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Bremsschuh mit Belagverschleiss- und Temperatursensor - Dokument DE69935569T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69935569T2 29.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000999377
Titel Bremsschuh mit Belagverschleiss- und Temperatursensor
Anmelder Meritor Heavy Vehicle Systems, LLC, Troy, Mich., US
Erfinder Kramer, Dennis A., Troy, MI 48098, US;
Malinowski, Mark E., Farmington Hills, MI 48334, US
Vertreter Prinz und Partner GbR, 80335 München
DE-Aktenzeichen 69935569
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.10.1999
EP-Aktenzeichen 991200056
EP-Offenlegungsdatum 10.05.2000
EP date of grant 21.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse F16D 66/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F16D 66/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Bremsbackenbaugruppe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die meisten Kraftfahrzeuge weisen eine Bremsanlage mit einem Satz Bremsbackenbaugruppen zur Verlangsamung der Drehung der Räder des Fahrzeugs auf, wenn die Bremsen betätigt werden. Üblicherweise weist jede Bremsbackenbaugruppe einen Bremsbelag aus einem Reibmaterial auf, das sich während Betätigungen der Bremse allmählich abnutzt. Nachdem die Bremse viele Male betätigt worden ist, nutzt sich der Bremsbelag unter eine kritische Materialstärke ab und sollte daher ersetzt werden. Folglich muss der Bremsbelag regelmäßig auf übermäßige Abnutzung hin untersucht werden. Um zeit- und kostenaufwendige optische Überprüfungen des Bremsbelags zu vermeiden, sind dem Stand der Technik mehrere Arten von Bremsbelagverschleißsensoren zu entnehmen, die anzeigen, wann der Bremsbelag ausgetauscht werden muss.

Eine Art von Bremsbelagverschleißsensor, manchmal als Drahtschleifensensor bezeichnet, zeigt an, wenn sich der Bremsbelag unter eine kritische Stärke abgenutzt hat. Drahtschleifensensoren aus dem Stand der Technik sind zwar relativ kostengünstig und einfach, zeigen aber nicht die Temperatur des Bremsbelags an.

In der gattungsgemäßen GB 1 603 741 A wird zur Überwachung der Temperatur eines Bremsbelags eine Detektorschaltung verwendet. Eine in einem Epoxidharzblock eingebettete Diode ist in einer Öffnung des Bremsbelags aufgenommen.

In der US 5 419 415 A ist ein Gerät zur Überwachung von Aufzugbremsen hinsichtlich Verschleiß und Temperaturanstieg gezeigt. Eine Sensorschaltung ist in einem Harzträger eingebettet und, von der Oberfläche des Bremsbelags entfernt, in den Bremsbelag eingelegt.

Ebenfalls zur Überwachung des Verschleißes und der Temperatur eines Bremsbelags werden in der US 2 494 269 A mehrere auf Wärme ansprechende Elemente verwendet, die auf verschiedenen Höhen unmittelbar in den Bremsbelag eingebettet sind.

Dementsprechend wäre es wünschenswert, einen kostengünstigen und einfachen Sensor bereitzustellen, der sowohl erfasst, wenn sich der Bremsbelag unter eine kritische Stärke abgenutzt hat, als auch, wenn die Temperatur des Bremsbelags einen vorbestimmten Temperaturschwellwert überschritten hat.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei einer offenbarten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bremsbackenbaugruppe für ein Fahrzeug die Merkmale von Anspruch 1. Eine elektrische Verschleißschleifenschaltung ist in dem Gehäuse untergebracht und leitet als Reaktion auf eine Verschleißunterbrechung in der Schleifenschaltung Strom von einer Stromquelle zu einem Fernanzeiger. Ein wärmeempfindliches Schaltelement ist in dem Gehäuse untergebracht und mit der Verschleißschleifenschaltung elektrisch in Reihe geschaltet und leitet als Reaktion darauf, dass die Temperatur des Gehäuses einen vorbestimmten Temperaturschwellwert übersteigt, Strom von der Stromquelle zu dem Fernanzeiger.

Das Schaltelement hat vorzugsweise dann, wenn die Temperatur des Gehäuses unterhalb des vorbestimmten Temperaturschwellwerts liegt, einen ersten Widerstand, und dann, wenn die Temperatur des Gehäuses oberhalb des vorbestimmten Temperaturschwellwerts liegt, einen zweiten Widerstand, der etwa dem eines offenen Stromkreises entspricht. Wenn also die Temperatur des Gehäuses oberhalb des vorbestimmten Temperaturschwellwerts liegt, wird bei dem zweiten Widerstand des Schaltelements Strom von der Stromquelle zu dem Fernanzeiger geleitet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Schaltelement ein Polymerbauteil mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und weist die Baugruppe zur Vorspannung des vorbestimmten Temperaturschwellwerts einen mit dem Schaltelement elektrisch in Reihe geschalteten Vorspannungswiderstand auf.

Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind am besten aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, die im folgenden kurz beschrieben werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Seitenansicht einer Trommelbremsanlage, die eine Bremsbackenbaugruppe mit einem Bremsbelagverschleiß- und -temperatursensor nach der vorliegenden Erfindung aufweist.

2A und 2B sind Querschnittansichten alternativer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremsbelagverschleiß- und -temperatursensors.

3 ist ein Schaltplan des in einem Fahrzeug eingebauten Bremsbelagverschleiß- und -temperatursensors.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Mit Bezug auf 1 ist eine Bremsbackenbaugruppe mit einem Bremsbelagverschleiß- und -temperatursensor gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die in einer Fahrzeugbremsanlage eingebaut ist. Die im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Bremsbackenbaugruppe kann in mehrere unterschiedliche Arten herkömmlicher Bremsanlagen eingebaut werden, zu denen unter anderem Trommelbremsanlagen und Scheibenbremsanlagen gehören. Die Bremsbackenbaugruppe ist also in 1 nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend, sondern nur zum Zwecke der Beschreibung in einer Trommelbremsanlage dargestellt.

1 ist eine Seitenansicht einer Tommelbremsanlage 10. Die Trommelbremsanlage 10 weist eine zylindrische Bremstrommel 12, eine insgesamt bei 14 gezeigte erste Bremsbackenbaugruppe, eine insgesamt bei 16 gezeigte zweite Bremsbackenbaugruppe sowie einen Aktuator 18 auf. Die Wirkungsweise der Bremstrommelbaugruppe 10 im allgemeinen ist bekannt. Die erste und die zweite Bremsbackenbaugruppe 14 bzw. 16 sind vorzugsweise identisch, so dass eine Beschreibung der ersten Bremsbackenbaugruppe 14 bzw. ihrer Bauteile auch auf die zweite Bremsbackenbaugruppe 16 zutrifft. Die Trommelbremsanlage 10 kann von unterschiedlicher Systemausführung sein, wie etwa eine S-Nockenbremse, eine Keilspreizbremse oder eine von einem Hydraulikzylinder betätigte Trommelbremse. Der in 1 schematisch gezeigte Aktuator 18 stellt einen bekannten Betätigungsmechanismus für Trommelbremsanlagen dar, wie etwa einen S-Nockenmechanismus, einen Keilmechanismus oder einen Hydraulikzylinder. Der Aktuator 18 bewegt die erste und die zweite Bremsbackenbaugruppe 14 bzw. 16 in Kontakt mit der sich drehenden Bremstrommel 12 und kann hydraulisch oder pneumatisch gesteuert werden. Ferner könnte, wie bekannt ist, ein einziger Aktuator sowohl die erste als auch die zweite Bremsbackenbaugruppe 14 bzw. 16 in Kontakt mit der sich drehenden Bremstrommel 12 bewegen.

Die Bremstrommel 12, die sich um eine Drehachse 20 dreht, hat eine Innenfläche 22 und eine Außenfläche 24. Die erste und die zweite Bremsbackenbaugruppe 14 bzw. 16, die sich angrenzend an die Innenfläche 22 der Bremstrommel 12 befinden, weisen einen Bremsbelag 26 mit einer vorbestimmten Stärke auf. Die Bremsbeläge 26 bestehen aus einem bekannten Reibmaterial, das an einer Grundplatte 28 befestigt ist. Jeder Bremsbelag 26 hat eine Verschleißfläche 32, die die Innenfläche 22 der sich drehenden Bremstrommel 12 berührt, wenn der Aktuator 18 die erste und die zweite Bremsbackenbaugruppe 14 bzw. 16 gegen die Bremstrommel 12 schiebt. Durch den Reibkontakt zwischen den Verschleißflächen 32 und der sich drehenden Bremstrommel 12 erhöht sich die Temperatur jedes Bremsbelags 26 und wird jeder Bremsbelag 26 hinsichtlich seiner Stärke abgenutzt. Während wiederholter Betätigungen der Bremse steigt die Temperatur der Bremsbeläge 26 eventuell über eine kritische Temperatur hinaus an, was zu einem Bremsfading-Zustand führt. Nach zahlreichen Bremsbetätigungen nutzen sich die Bremsbeläge 26 schließlich unter eine kritische Stärke ab und müssen deshalb ersetzt werden. Jeder Bremsbelag 26 weist auch eine Schnittstellenfläche 34 auf, die die Grundplatte 28 berührt.

Ein in 1 schematisch gezeigter Bremsbelagverschleiß- und -temperatursensor 36 ist an der Grundplatte 28 der ersten Bremsbackenbaugruppe 14 befestigt. Der Sensor 36 ist so angeordnet, dass er sich bei Bremsbetätigungen mit der allmählichen Abnutzung des Bremsbelags 26 abnutzt. Aufgrund des Reibkontakts mit der Innenfläche 22 der sich drehenden Bremstrommel 12 bei Bremsbetätigungen erhöht sich die Temperatur des Sensors 36 gleichzeitig mit der des Bremsbelags 26. In 1 ist der Sensor 36 angrenzend an den Bremsbelag 26 angeordnet. Alternativ dazu kann der Sensor 36 im Bremsbelag 26 eingebettet bzw. untergebracht sein. Der Sensor 36 kann in der ersten und/oder der zweiten Bremsbackenbaugruppe 14 bzw. 16 aufgenommen sein, braucht aber üblicherweise nur in der auflaufenden Bremsbackenbaugruppe aufgenommen zu sein, die dem größten Bremsbelagverschleiß ausgesetzt ist.

2A ist eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen Bremsbelagverschleiß- und -temperatursensors 36. Der Sensor 36 weist ein mit Gewinde versehenes Ende 38 zur Befestigung an der Grundplatte 28 der ersten Bremsbackenbaugruppe 14 und ein Gehäuse 40 auf, welches sich während Bremsbetätigungen gleichzeitig mit dem Bremsbelag 26 der ersten Bremsbackenbaugruppe 14 abnutzt und dessen Temperatur sich dabei erhöht. Das Gehäuse 40 besteht aus einem Körper aus einem Werkstoff 42 mit einem angrenzend an das mit Gewinde versehene Ende 38 des Sensors 36 angeordneten proximalen Ende 44 und einem distalen Ende 46, welches gleichzeitig mit der Verschleißfläche 32 des Bremsbelags 26 das Fahrzeug berührt. Der Körper aus dem Werkstoff 42 hat eine Wärmeleitfähigkeit, die ungefähr der des Bremsbelags 26 entspricht. Eine elektrische Verschleißschleife 48 und ein wärmeempfindliches Schaltelement 50 sind elektrisch in Reihe geschaltet und in dem Körper aus Werkstoff 42 untergebracht.

Bei dieser Ausführungsform bildet die Verschleißschleife 48, die auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist, eine insgesamt bei 52 angegebene Verschleißstelle. Nach zahlreichen Bremsbetätigungen nutzt sich das distale Ende 46 des Sensors 36 schließlich über die Verschleißstelle 52 hinaus ab, wodurch eine Verschleißunterbrechung in der Verschleißschleife 48 entsteht. Die Verschleißschleife 48 wird nämlich durch Kontakt mit der Bremstrommel 12 geöffnet.

Als Alternative kann das Schaltelement 50 an der Verschleißstelle 52 angeordnet sein, wie in 2B dargestellt. Bei dieser alternativen Ausführungsform befindet sich das Schaltelement 50 näher am distalen Ende 46 des Sensors 36, und die Temperatur des Schaltelements 50 kann deshalb die Temperatur der Verschleißfläche 32 des Bremsbelags 26 genauer widerspiegeln.

3 ist ein Schaltplan des in einem Fahrzeug eingebauten Bremsbelagverschleiß- und -temperatursensors 36. Die elektrische Verschleißschleife 48 und das wärmeempfindliche Schaltelement 50 bilden gemeinsam einen Schaltkreis 53. Der Schaltkreis 53 ist mit einem Anzeiger 54 elektrisch parallelgeschaltet. Eine Stromquelle 56 stellt ein Betätigungssignal für den Anzeiger 54 bereit.

Üblicherweise gibt der Schaltkreis 53 das Betätigungssignal als Kurzschlusspfad oder niederohmigen Pfad nach Masse ab. Somit ist der Anzeiger 54 normalerweise ausgeschaltet. Wenn die Verschleißschleife 48 jedoch verschlissen bzw. das Schaltelement 50 geöffnet ist, wird das Betätigungssignal von der Stromquelle 56 zum Anzeiger 54 geleitet. Wenn somit der Schaltkreis 53 unterbrochen wird, wird der Anzeiger betätigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Schaltelement 50 ein Polymerbauteil mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und mit einem ersten Widerstand, der dann, wenn die Temperatur des Gehäuses 40 unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwerts liegt, etwa einem geschlossenen Stromkreis oder einem Kurzschluss entspricht, und mit einem zweiten Widerstand, der dann, wenn die Temperatur des Gehäuses 40 oberhalb des vorbestimmten Temperaturschwellwerts liegt, etwa einem offenen Stromkreis entspricht. Wenn also die Temperatur des Gehäuses 40 oberhalb des vorbestimmten Temperaturschwellwerts liegt, wird bei dem zweiten Widerstand des Schaltelements das Betätigungssignal von der Stromquelle 56 zu dem Anzeiger 54 geleitet.

Anders als bei herkömmlichen Bremsbelagverschleiß- und -temperatursensoren sind bei der vorliegenden Erfindung zur Feststellung der Temperatur eines Bremsbelags keine zusätzlichen Elektronikbauteile zur Messung des Widerstands eines Bauelements erforderlich, wie etwa ein Temperaturfühler, Thermistor, widerstandsbehafteter Temperaturmessfühler oder andere ähnliche Arten von Bauteilen. Folglich stellt die vorliegende Erfindung einen genauen und dennoch kostengünstigen Sensor zur Verfügung, der sowohl erfasst, wenn sich ein Bremsbelag unter eine kritische Stärke abgenutzt hat, als auch, wenn die Temperatur des Bremsbelags einen vorbestimmten Temperaturschwellwert überschritten hat.

Eine Vorrichtung, die den Funktions- und Konstruktionserfordernissen des Schaltelements 50 entspricht, wird von der Raychem Corporation in Menlo Park, Kalifornien, USA, hergestellt und ist im Handel als „Polyswitch"® bekannt. Ein bestimmtes Raychem-Teil, Teilenummer SMD030-2, ist zur Integrierung in die vorliegende Erfindung besonders geeignet. Dieser Polyswitch® zeigt einen scharfen Anstieg des Widerstands, wenn die Temperatur des Polyswitch® über den Phasenübergangspunkt für Grundmaterial des Polyswitch® ansteigt. Der Phasenübergangspunkt für diesen Polyswitch® beträgt etwa 220 C. Dementsprechend stellt der Phasenübergangspunkt den vorbestimmten Temperaturschwellwert bei der vorliegenden Erfindung dar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zur Vorspannung des vorbestimmten Temperaturschwellwerts ein Vorspannungswiderstand 58 mit dem Schaltelement 50 elektrisch in Reihe geschaltet. Somit wird der Widerstand des Vorspannungswiderstands 58 so gewählt, dass der vorbestimmte Temperaturschwellwert dementsprechend verringert wird.

Wie in 3 dargestellt ist, ist der Anzeiger 54 eine Lichtquelle, die bei Betätigung ein optisches Warnsignal abgibt. Als Alternative kann der Anzeiger 54 ein Alarmgeber sein, der bei Betätigung ein akustisches Warnsignal abgibt.

Es sind bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung offenbart worden; der Fachmann erkennt jedoch, dass bestimmte Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen würden. Aus diesem Grunde sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung festzustellen.


Anspruch[de]
Bremsbackenbaugruppe für ein Fahrzeug, mit:

einem Bremsbelag (26) mit einer vorbestimmten Stärke, der sich während einer Betätigung der Fahrzeugbremse allmählich abnutzt und dessen Temperatur sich dabei erhöht,

einem Gehäuse (40), das so angeordnet ist, dass es sich gleichzeitig mit dem Bremsbelag (26) abnutzt und seine Temperatur sich dabei erhöht, wobei das Gehäuse (40) einen Körper aus verschleißbarem Werkstoff hat, und

einem in dem Gehäuse (40) untergebrachten Schaltkreis (53), der als Reaktion darauf, dass die Temperatur des Gehäuses (40) einen vorbestimmten Temperaturschwellwert übersteigt, Strom von einer Stromquelle (56) zu einem Fernanzeiger (54) leitet, und der erfasst, wenn sich der Bremsbelag unter eine kritische Stärke abgenutzt hat,

dadurch gekennzeichnet, dass der Körper aus verschleißbarem Werkstoff eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die etwa gleich derjenigen des Bremsbelags (26) ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei der der Schaltkreis (53) ein wärmeempfindliches Schaltelement (50) aufweist, das dann, wenn die Temperatur des Gehäuses (40) unterhalb des vorbestimmten Temperaturschwellwerts liegt, einen ersten Widerstand hat, und dann, wenn die Temperatur des Gehäuses (40) oberhalb des vorbestimmten Temperaturschwellwerts liegt, einen zweiten Widerstand hat, der etwa dem eines offenen Stromkreises entspricht. Baugruppe nach Anspruch 2, bei der bei dem zweiten Widerstand des wärmeempfindlichen Schaltelements (50) Strom von der Stromquelle (56) zu dem Fernanzeiger (54) geleitet wird. Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 und 3, bei der der erste Widerstand des wärmeempfindlichen Schaltelements (50) dann, wenn die Temperatur des Gehäuses (40) unter dem vorbestimmten Temperaturschwellwert liegt, etwa einem Kurzschluss entspricht. Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der das wärmeempfindliche Schaltelement (50) ein Polymerbauteil mit einem positiven Temperaturkoeffizienten ist. Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, die zur Vorspannung des vorbestimmten Temperaturschwellwerts einen mit dem wärmeempfindlichen Schaltelement (50) elektrisch in Reihe geschalteten Vorspannungswiderstand (58) aufweist. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zur Vorspannung des vorbestimmten Temperaturschwellwerts einen mit dem Schaltkreis (53) elektrisch in Reihe geschalteten Vorspannungswiderstand (58) aufweist. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schaltkreis (53) eine elektrische Verschleißschleifenschaltung (48) und ein wärmeempfindliches Schaltelement (50) aufweist, die in dem Gehäuse (40) untergebracht sind, und der Schaltkreis (53) in Reaktion auf eine Verschleißunterbrechung in der elektrischen Verschleißschleifenschaltung (48) Strom von der Stromquelle (56) zu dem Fernanzeiger (54) leitet, und das wärmeempfindliche Schaltelement (50) mit der elektrischen Verschleißschleifenschaltung (48) elektrisch in Reihe geschaltet ist. Baugruppe nach Anspruch 8, bei der der Schaltkreis (53) mit dem Fernanzeiger (54) elektrisch parallel geschaltet ist und dann, wenn die elektrische Verschleißschleife (48) unterbrochen wird oder die Temperatur des Gehäuses (40) den vorbestimmten Temperaturschwellwert übersteigt, ein Betätigungssignal von der Stromquelle (56) zu dem Fernanzeiger (54) leitet. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Fernanzeiger (54) bei Betätigung ein optisches Warnsignal abgibt. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Fernanzeiger (54) bei Betätigung ein akustisches Warnsignal abgibt.






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