DE69612197T2

DE69612197T2 - Bremsbelagverschleissanzeiger

Info

Publication number: DE69612197T2
Application number: DE69612197T
Authority: DE
Inventors: Mats Ekeroth
Original assignee: Haldex AB
Current assignee: Haldex AB
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2016-05-30
Also published as: WO1996041970A1; AR002416A1; SE504466C2; TR199701572T1; KR19990022383A; EP0830521A1; DE69612197D1; KR100374432B1; AU6019796A; CN1187236A; SE9502094L; BR9608527A; EP0830521B1; AU698855B2; ZA964840B; RU2155891C2; US6105730A; SE9502094D0; JPH11507717A; CN1076453C

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen des Verschleißes von Bremsbelägen in einer Kraftfahrzeugbremse, welche vorzugsweise über einen Automatikbremshebel mit eingebautem Bremsennachsteller betätigt wird, wobei der Hebel dazu dient, von einem Bremszylinder stammende Bremskraft zu übertragen, und an einer Bremsenbetätigungs- Steuerkurvenwelle gelagert ist. Die Vorrichtung läßt sich auch zum Anzeigen des Hubs einer Bremszylinder-Druckstange verwenden, welche mit dem Bremshebel verbunden ist. Wenngleich die Vorrichtung für einen Bremshebel angegeben wird, so sind doch auch ähnliche Einsatzmöglichkeiten im Rahmen der Erfindung gegeben.

Hintergrund der Erfindung

Es sind zahlreiche Vorrichtungen für den oben genannten Zweck bekannt, sie reichen von einfachen mechanischen Vorrichtungen zu ziemlich komplizierten elektrischen und elektronischen Geräten. Ein gutes Beispiel für letztgenannte Kategorie ist die Vorrichtung gemäß der US-A-5 253 735, die als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird. Dort sind drei relativ zueinander drehbare und auf einer Steuerkurvenwelle benachbart zu dem Bremshebel angeordnete Scheiben mit Magneten und Hall- Elementen in einer bestimmten Anordnung vorgesehen, um gewisse Information über den Zustand der Bremse zu liefern.
Die Grundfunktion einer Vorrichtung der genannten Art besteht in der Bereitstellung von Information über den Verschleiß der Bremsbeläge, so daß diese rechtzeitig ersetzt werden können, und dementsprechend kann man den Begriff Verschleißsensor verwenden. Ein richtig ausgestalteter und montierter Verschleißsensor kann aber auch nützliche Information über den Kolbenhub des verwendeten Bremszylinders und über die Gesamtfunktion der Bremsen an einem Fahrzeug liefern.
Von großer Bedeutung ist, daß ein Verschleißsensor robust ist und extrem rauhen Umgebungsbedingungen unterhalb des Fahrzeugs standhalten kann. Außerdem soll der Sensor geringe Abmessungen aufweisen, bedingt durch den häufig nur sehr begrenzten verfügbaren Raum. Die seitens des Sensor bereitgestellte Information soll möglichst genau sein, außerdem soll sie kompatibel mit anderer in modernen Fahrzeugen verfügbarer Information sein, also in Fahrzeugen, in denen Rechner und andere elektronische Einrichtungen immer umfangreicheren Einsatz finden.

Die Erfindung

Ein Verschleißsensor, der den obigen sowie weiteren Anforderungen genügt, wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß eine auf ihrer Oberfläche in eine Anzahl gleich großer Kreissektoren unterteilte kodierte Scheibe mindestens einen kodierten, als Kreissegment geformten Pfad aufweist, wobei sich in jedem Sektor ein gleich langer magnetischer Bereich befindet und die magnetischen Bereiche in verschiedenen kodierten Pfaden unterschiedliche Längen aufweisen, und daß in einem Teil benachbart zu der kodierten Scheibe ein Hall-Element vorgesehen ist, um jeden kodierten Pfad zu fühlen, wobei die kodierte Scheibe und das Teil relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind.
Die kodierte Scheibe ist vorzugsweise an die Steuerkurvenwelle gekoppelt, wohingegen die Hall-Elemente in einem Deckel des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet sind.
In einer praktischen und bevorzugten Ausführungsform besitzt die kodierte Scheibe drei Sektoren mit jeweils einem Winkel von 120º, die im Prinzip den maximalen Betriebsbereich des Verschleißsensors ausmachen. Zwei dieser Sektoren weisen jeweils zwei kodierte Pfade auf, wohingegen der dritte Sensor drei kodierte Pfade besitzt und die Anzahl von Hall- Elementen sieben beträgt.
Auf diese Weise beträgt die Genauigkeit der Vorrichtung 1º, was als sehr gut betrachtet wird.
Wenn nur Information über den Verschleißzustand erforderlich ist, so ist das Gehäuse des Verschleißsensors an den Bremshebel gekoppelt, was ein einfaches Gerät mit vergleichsweise wenig Varianten ergibt.
Wenn außerdem Information über den Bremszylinder-Kolbenhub und die Bremsenfunktion erwünscht ist, sollte das Gehäuse an einem festen Teil des Gehäuse-Chassis angebracht sein.
Innerhalb des Deckels ist eine elektronische Schaltung zum Umsetzen der von den Hall-Elementen kommenden Signale in analoge oder digitale Ausgangssignale angebracht, welche sich für die weitere Verarbeitung innerhalb des Fahrzeugs eignen.
Die Gesamtdicke der Vorrichtung (kodierte Scheibe und Gehäuse mit Hall-Elementen sowie elektronischer Schaltung) kann bis zu 10 mm betragen, was in vielen Fällen nur dem für den Sensor verfügbaren Raum entspricht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird in größerer Einzelheit im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Automatikbremshebels in Verbindung mit einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung oder eines Verschleißsensors gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Vorderansicht einer kodierten Scheibe innerhalb des Sensors, betrachtet von rechts in Fig. 1;
Fig. 3 eine Vorderansicht eines Deckels für den Sensor von links;
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Automatikbremshebels gemäß einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verschleißsensors;
Fig. 5 eine Vorderansicht einer kodierten Scheibe innerhalb dieses Sensors von rechts in Fig. 4; und
Fig. 6 eine Frontansicht eines Deckels für den Sensor von links.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Ein automatischer Bremshebel 1, dargestellt in den Fig. 1 und 4, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Er besitzt einen eingebauten Bremsennachsteller und ist an einer S-Steuerkurven-Keilwelle 2 angebracht. In in den Fig. 1 und 4 nicht dargestellter Weise ist diese Welle 2 an ihrem anderen Ende mit einer S-Steuerkurve ausgestattet, die, wenn sie verschwenkt wird, an Bremsschuhen befindliche Bremsbeläge bremsend an eine Bremstrommel andrückt. Mit dem oberen Ende in den Fig. 1 und 4 ist der Bremshebel 1 mit einer Druckstange eines vorzugsweise pneumatischen Bremszylinders gekoppelt, welcher an einem Fahrzeug-Chassis befestigt ist.
Diese S-Steuerkurven-Bremsanordnung ist bei Schwerlast- Straßenfahrzeugen wie zum Beispiel Lastkraftwagen und Bussen üblich.
Der Zweck des in den Bremshebel 1 eingebauten Bremsen-Nachstellers ist es, das Spiel zwischen jedem Bremsbelag einerseits und der Bremstrommel andererseits unabhängig vom Verschleiß des Bremsbelags konstant zu halten. Er tut dies, indem er die Steuerkurvenwelle 2 in Relation zu dem Bremshebel 1 allmählich verschwenkt oder dreht. Die Gesamtdrehung der Steuerkurvenwelle 2 beim endgültigen Verschleiß der Bremsbeläge liegt in der Größenordnung von 90-100º.
Zum Ausüben seiner beabsichtigten Funktion benötigt ein Automatikbremshebel 1 einen Referenz- oder Fixpunkt. Im dargestellten Fall wird dies mit Hilfe eines Steuerarms 3 realisiert, der gegenüber dem Bremshebel 1 drehbar und an einem ortsfesten Arm 4 befestigt ist, welcher seinerseits an dem Fahrzeug-Chassis befestigt ist, und zwar mit Hilfe einer Schraube 5 und einer Mutter 6.
Um in erster Linie eine Anzeige über den Verschleiß der Bremsbeläge, aber auch über den Hub der den Bremshebel 1 mit dem Bremszylinder verbindenden Druckstange zu erhalten, ist ein Sensor 7 (Fig. 1) oder 8 (Fig. 4) an dem Bremshebel 1 in einer im folgenden zu beschreibenden Weise angeordnet.
Ein Sensor 1, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, besteht aus drei Teilen: einem Grundring 9, einer kodierten Scheibe 10 (Fig. 2) und einem Deckel 11 (Fig. 3).
Die kodierte Scheibe 10 ist in Relation zu ihrem Gehäuse drehbar, wobei letzteres aus dem Grundring 9 und dem damit zu einer Einheit zusammengeschnappten Deckel 11 besteht. Der Innenumfang 10' der kodierten Scheibe 10 ist so ausgebildet, daß er auf die Verzahnung der S- Steuerkurvenwelle 2 paßt und mit ihr drehbar ist, wenn der Sensor 7 an dem Ende der Welle 2 montiert ist, welches aus dem Bremshebel 1 hervorsteht, wobei der Sensor in geeigneter Lage gehalten wird, zum Beispiel durch eine Beilagscheibe 12 und einen Sperring 13. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist das Sensorgehäuse 9, 11 mit dem Bremshebel 1 in der bei 14 dargestellten Weise verbunden. Zu diesem Zweck besitzt der Deckel 11 eine Lasche 11'.
Die kodierte Scheibe 10 ist mit einem Muster aus magnetischen Bereichen, die im folgenden noch beschrieben werden, ausgestattet und kann aus Polyamid mit magnetischem Material bestehen, wohingegen der Deckel 11 mit einer Anzahl von Hall-Elementen 15 zum Fühlen der magnetischen Bereiche ausgestattet ist.
Es wurde bereits erwähnt, daß die Gesamtdrehung des Bremshebels 1 bis zum vollen Verschleiß der Bremsbeläge im Bereich von 90-100º liegt. Hinzu kommt eine weitere Drehung entsprechend dem maximalen Druckstangenhub von etwa 30º. Dementsprechend sollte der Sensor 7 in der Lage sein, Signale für eine Drehung im Bereich von 0-120º abzugeben.
Diese Fähigkeit wird dadurch erhalten, daß die Oberfläche der kodierten Scheibe 10 in drei Sektoren mit jeweils einem Winkel von 120º unterteilt ist. (Abweichungen von dem exakten Wert von 120º sind möglich.) In zwei von diesen Sektoren gibt es jeweils zwei kodierte Pfade in Form von Kreissegmenten, in dem dritten Sektor gibt es drei derartige kodierte Pfade. Jeder derartige kodierte Pfad enthält eine Reihe aufeinanderfolgender magnetischer Süd- und Nordpole, in Fig. 2 dargestellt als weiße bzw. schraffierte Bereiche. Die Längen der magnetischen Bereiche unterscheiden sich zwischen den einzelnen kodierten Pfaden, innerhalb eines bestimmten kodierten Pfades jedoch besitzen Südpole und Nordpole jeweils gleiche Länge.
Jedes Hall-Element 15 in dem Deckel 11 dient zum Fühlen des Vorhandenseins eines Südpols oder eines Nordpols in einem bestimmten kodierten Pfad. Dementsprechend beträgt die Anzahl von Hall-Elementen 15 innerhalb des Deckels 11 sieben in Gruppen von zwei, zwei bzw. drei.
Bei einer Relativdrehung zwischen der kodierten Scheibe 10 und dem Deckel 11, in der die Anordnung der magnetischen Bereiche und der Hall- Elemente in der oben erläuterten Weise gegeben ist, läßt sich zeigen, daß die Kombination der Signale von den sieben Hall-Elementen 15 eine Genauigkeit von 1º ergibt.
In der nachstehenden Tabelle ist der Winkelbereich 30 bis 40º willkürlich gewählt, um darzulegen, daß jeder Grad einer gewissen Kombination von Signalen (1 = Nordpol, 0 = Südpol) von den sieben Hall-Elementen 15 entspricht.
Elektronische Schaltkreise, die zum Umsetzen der verschiedenen Signale von den Hall-Elementen 15 in ein analoges oder digitales Ausgangssignal benötigt werden, sind ebenfalls an dem Deckel 11 gelagert. Ein mit einem Kontakt 17 versehenes Kabel 16 ist an die Lasche 11' angeschlossen, um das Ausgangssignal und eine Eingangsspannung des Sensors zu übertragen.
Um den momentanen Stromverbrauch während des Betriebs zu minimieren, ist die elektronische Schaltung vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie ein sequentielles Lesen der Hall-Elemente vornimmt. Ein normales Hall-Element besitzt einen Nennstrom von 5 mA, was bei sieben gleichzeitig arbeitenden Hall-Elementen einem Gesamtstromverbrauch von 35 mA entspricht (zuzüglich des Verbrauchs für die elektronische Schaltung). Erfindungsgemäß ist die elektronische Schaltung derart ausgebildet, daß sie die verschiedenen Hall-Elemente sequentiell, jeweils eines zu einem gegebenen Zeitintervall in der Größenordnung von Millisekunden betreibt, was bedeutet, daß die momentane Stromaufnahme für die Anzeigevorrichtung lediglich 5 mA (zuzüglich des Bedarfs für die elektronische Schaltung) beträgt, wobei aber immer noch gewährleistet ist, daß der kombinierte Ablesewert von den sieben Hall-Elementen nicht beeinträchtigt ist.
Eine etwas modifizierte Ausführungsform ist in den Fig. 4 bis 6 dargestellt. Mit der Ausnahme des Deckels für den Sensor 8 sind sämtliche Teile die gleichen wie bei der vorhergehenden Ausführungsform und tragen dementsprechendgleiche Bezugszeichen. Der Deckel hier trägt die Ziffer 18. Dieser Deckel 18 besitzt eine Lasche 18', die an dem ortsfesten Arm 4 befestigt ist, an dem auch der Steuerarm 3 des Bremshebels 1 angekoppelt ist. Der Deckel 18 ist mit Hall-Elementen 15 in der gleichen Weise wie der Deckel 11 ausgestattet.
Bei der ersten Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3, die einfach ist und vergleichsweise wenig Einbauvarianten bietet, ist das Sensorgehäuse 9, 11 mit dem Bremshebel 1 gekoppelt und dementsprechend mit diesem drehbar, wohingegen die kodierte Scheibe 10 an der Steuerkurvenwelle 2 befestigt und mit ihr drehbar ist. Das über das Kabel 16 und den Kontakt 17 gelieferte Signal ist kennzeichnend für die Relativbewegung zwischen dem Bremshebel 1 und der Steuerkurvenwelle 2 und kann dementsprechend nur Information über den Verschleiß des Bremsbelags liefern; allerdings ist diese Information grundlegend für die Vorrichtung.
Zusätzliche Information läßt sich aus der Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 6 erlangen, bei der das Sensorgehäuse 9, 11 an dem ortsfesten Arm 14 angekoppelt ist, der seinerseits an dem Fahrzeug-Chassis befestigt ist. Folglich liefert diese Ausführungsform Information über sämtliche Winkel- oder Drehbewegungen der Steuerkurvenwelle 2.
Auf diese Weise läßt sich folgende Information in drei Bereichen ableiten:
1. Belagsverschleißinformation: Wenn man den Winkelwert für neue Bremsbeläge weiß, ist es einfach, den Winkel für vollständig verschlissene Beläge zu definieren.
2. Kolbenhub-Information: Indem man den Winkelwert für eine vollständig gelöste Bremse kennt, ist es einfach, diesen Winkel mit dem Winkel bei betätigter Bremse zu vergleichen.
3. Bremsenfunktion: Indem man die Information von den verschiedenen Sensoren sämtlicher Räder des Fahrzeugs vergleicht, kann man auf einfache Weise erkennen, ob eine Bremse nicht ordnungsgemäß funktioniert, zum Beispiel, ob die Bremsluft unterbrochen ist oder ob die S- Steuerkurvenwelle gebrochen ist, etc.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl von Kreissektoren drei, die Anzahl der kodierten Pfade und Hall-Elemente beträgt sieben, wobei die beschriebene Ausgestaltung eine Genauigkeit von 1º liefert. Allerdings sind Ausgestaltungen mit einer anderen Anzahl möglich und liefern andere Genauigkeiten: eine geringere Anzahl liefert geringere Genauigkeit, eine höhere Anzahl liefert höhere Genauigkeit.

Claims

1. Vorrichtung zum Anzeigen von Bremsbelagverschleiß in einer Fahrzeugbremse, welche vorzugsweise über einen Automatikbremshebel (1) mit eingebautem Bremsennachsteller betätigt wird, wobei der Hebel dazu dient, von einem Bremszylinder stammende Bremskraft zu übertragen, und an einer Bremsenbetätigungs-Steuerkurvenwelle (2) gelagert ist, wobei die Vorrichtung eine kodierte Scheibe und ein benachbart zu der kodierten Scheibe angeordnetes Hall-Element enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die kodierte Scheibe (10), die auf ihrer Oberfläche in eine Anzahl gleich großer Kreissektoren unterteilt ist, mindestens zwei kodierte Pfade aufweist, jeweils als Kreissegmente geformt, wobei sich in jedem Sektor gleich lange magnetische Bereiche befinden, welche in den verschiedenen kodierten Pfaden unterschiedliche Längen besitzen, und daß das Hall-Element (15) in einem Teil (14) vorgesehen ist, welches der kodierten Scheibe benachbart ist, um jeden kodierten Pfad zu fühlen, und die kodierte Scheibe (10) und das Teil (11) relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kodierte Scheibe (10) drei Kreissektoren mit jeweils einer Winkelerstreckung von 120º aufweist, daß zwei Sektoren jeweils zwei kodierte Pfade und ein Sektor drei kodierte Pfade aufweist, und daß die Anzahl von Hall-Elementen (15) sieben beträgt.

3. Fahrzeugbremse, vorzugsweise über einen Automatikbremshebel (1) mit eingebautem Bremsennachsteller betätigt, wobei der Hebel von einem Bremszylinder stammende Bremskraft übertragen soll und an einer Bremsenbetätigungs-Steuerkurvenwelle (2) gelagert ist, wobei die Bremse eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die kodierte Scheibe (10) mit der Steuerkurvenwelle (2) verbunden ist, und daß die Hall-Elemente (15) in einem Deckel (11) eines Gehäuses (9, 11) für die Vorrichtung angeordnet sind.

4. Bremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9, 11) mit dem Bremshebel (1) verbunden ist.

5. Fahrzeug mit einer Bremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9, 11) mit einem feststehenden Teil (4) des Fahrzeug- Chassis verbunden ist.

6. Bremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Deckel (11) eine elektronische Schaltung gelagert ist, welche von den Hall-Elementen (15) stammende Signale in ein analoges oder digitales Ausgangssignal umsetzt.

7. Bremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung die verschiedenen Hall-Elemente (15) sequentiell nacheinander betreibt, um momentanen Stromverbrauch zu minimieren.