WO2023110342A1

WO2023110342A1 - Bremsenträgeranordnung für eine scheibenbremse eines fahrzeugs, insbesondere nutzfahrzeugs, sowie bremssystem mit selbiger

Info

Publication number: WO2023110342A1
Application number: PCT/EP2022/082957
Authority: WO
Inventors: Paul Henning; Tobias Maier; Alexander Rodenberg; Axel Stender; Oliver Topic; Jan-Christoph VON DER BEEKE
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: DE102021133126A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsenträgeranordnung (1) für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, mit einem Bremsenträger (3), der zur Aufnahme eines Bremsmoments (M_u) eingerichtet ist, einem Achsadapter (5) zur Montage des Bremsenträgers (3) am Fahrzeug, und einer Schraubverbindung (12), mittels derer der Bremsenträger (3) am Achsadapter (5) mit einer Vorspannkraft (Fv) befestigt ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Schraubverbindung (12) wenigstens eine Schraube (13_E, 13_A) mit einer daran angeordneten Messeinrichtung (29) aufweist, die zur Erfassung einer Änderung der Vorspannkraft (F_v) eingerichtet ist.

Description

Bremsenträgeranordnung für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, sowie Bremssystem mit selbiger

Die Erfindung betrifft eine Bremsenträgeranordnung für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wobei die Bremsenträgeranordnung einen Bremsenträger aufweist, der zur Aufnahme eines Bremsmoments eingerichtet ist, einen Achsadapter, der zur Montage des Bremsenträgers am Fahrzeug eingerichtet ist, und eine Schraubverbindung, mittels derer der Bremsenträger am Achsadapter mit einer Vorspannkraft befestigt ist. Bremsenträgeranordnungen der vorstehend bezeichneten Art sind allgemein bekannt. Sie werden in Scheibenbremsen verwendet und dienen dazu, einen Bremssattel aufzunehmen, welcher für eine Zuspannbewegung von Bremsbelägen der Scheibenbremse relativ zur Bremsscheibe verantwortlich ist. Die Bremsenträger dienen ferner der ortsfesten Halterung der Scheibenbremse am Fahrzeug, zumeist an einem Achsadapter, auch als Achsflansch bezeichnet. Die Bremsenträger aus der Bremsenträgeranordnung sind typischerweise dazu eingerichtet, ein Bremsmoment aufzunehmen, das von der Bremsscheibe bei einem Verzögerungsvorgang unter Haft- oder Gleitreibung mit den Bremsbelägen der Scheibenbremse auftritt, wobei die Bremsbeläge am Bremsenträger in Umfangsrichtung abgestützt sind. Die Abstützung erfolgt beispielsweise mittels sogenannter Bremsbelags-Trägerhörner, welche die Bremsbeläge in Umfangsrichtung einfassen. Der Bremsenträger nimmt also die durch das Bremsmoment einwirkende Bremskraft auf und leitet sie über den Achsadapter ans Fahrzeug ab.

Im Betrieb von Scheibenbremsen treten mehrere Herausforderungen auf. Zum einen unterliegen die Scheibenbremsen einem kontinuierlichen Verschleiß. Umwelteinflüsse und das Betriebsverhalten können sich negativ auf den Zustand der Bremsscheibe und der Bremsbeläge auswirken, was eine Verschlechterung einer Leistungsfähigkeit und eines Verhaltens der Scheibenbremse nach sich zieht. Mit anderen Worten ist es aufgrund verschiedenster Einflussgrößen schwierig, den Zustand der Scheibenbremse, das heißt deren „Gesundheit“, kontinuierlich zu überwachen.

Eine weitere Herausforderung im Betrieb von Scheibenbremsen ist die Regelung von Bremsvorgängen. Insbesondere bei Bremssystemen, die zum Erhöhen der Fahrzeugstabilität Bremsassistenzsysteme verwenden, beispielsweise Antiblockiersystemen (ABS) und dergleichen, werden aus Gründen der Praktikabilität derzeit Kenngrößen wie etwa der Bremsdruck bei pneumatischen oder hydraulischen Systemen, die Fahrzeugbeschleunigung oder die Raddrehzahl zur Regelung der Bremsen verwendet, die aber keinen direkten Aufschluss über das aufgebrachte Bremsmoment bzw. die wirkende Bremskraft selbst geben können. Aufgrund der Anzahl der benötigten Sensoren und der notwendigen Kommunikationsmittel zum Auslesen der Sensorsignale bedingen diese Systeme einen gewissen Aufwand in der Herstellung und Inbetriebnahme.

Es war daher ein Bestreben, die bestehenden Scheibenbremssysteme dahingehend zu verbessern, dass eine verbesserte Möglichkeit zum Überwachen des Zustands, insbesondere Gesundheitszustands, der Scheibenbremse ermöglicht wird und auch eine verbesserte Möglichkeit zur Regelung der Bremse, ohne dabei die Wirtschaftlichkeit der Bremssysteme insgesamt zu beeinträchtigen.

Folglich lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die vorstehend beschriebenen Nachteile bei Scheibenbremsen für Fahrzeuge der eingangs genannten Art möglichst weitgehend abzumildern. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine Scheibenbremse eine bessere Möglichkeit zur Zustandsüberwachung und/oder Regelung bereitzustellen.

Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe, indem sie eine Bremsenträgeranordnung der eingangs bezeichneten Art vorschlägt, bei welcher die Schraubverbindung wenigstens eine Schraube mit einer daran angeordneten Messeinrichtung aufweist, die zur Erfassung einer Änderung der Vorspannkraft eingerichtet ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es vor allem die bislang mangelnde unmittelbare Kenntnis über das von jeder einzelnen Bremse aufgebrachte Bremsmoment war, die eine genauere Zustandsüberwachung bislang vereitelte. Ferner beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass die unmittelbare Kenntnis über die von jeder Bremse aufgebrachte Bremskraft bzw. das von jeder Bremse aufgebrachte Bremsmoment eine Optimierung der Regelung des Bremsmoments ermöglichen würde. Die Erfindung setzt bei der Frage an, an welcher Stelle der Scheibenbremse mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Messung möglich ist, die direkt mit dem von der Scheibenbremse aufgenommenen Bremsmoment in Wechselwirkung steht. Die Erfinder haben erkannt, dass die Schraubverbindung zwischen dem Bremsenträger und dem Achsadapter bei Aufbringen eines Bremsmoments stets in sehr vorhersagbarer Weise belastet wird. Aufgrund der fest definierten geometrischen Anordnung der Schraubverbindung relativ zur Bremsscheibe verändert sich die auf die Schraubenverbindung wirkende Vorspannkraft bei jedem Verzögerungsvorgang infolge der von der Scheibenbremse durch das anliegende Bremsmoment in Umfangsrichtung erzeugten Schubspannungen. Diese Schubspannungen bewirken nicht nur eine Verformung des Bremsenträgers, sondern erzeugen auch eine auch eine zusätzliche Kraftkomponente, die den Bremsenträger auf einer Einlaufseite vom Achsadapter fort zieht, und auf einer Auslaufseite gegen den Achsadapter drückt. Es ist diese Wechselwirkung, die über das Erfassen der Änderung der Vorspannkraft direkt gemessen werden kann.

Wenn sich also bei einer oder mehreren Bremsen relativ zu einer oder mehreren weiteren Bremsen am Fahrzeug aufgrund überdurchschnittlichen Verschleißes beispielsweise eine Verschlechterung der Reibeigenschaften zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe einstellt, wirkt sich dies in einem vergleichsweise schwächeren aufgebrachten Bremsmoment aus, was wiederum zu einer verringerten Änderung der Vorspannkräfte führt. Zudem kann ein Wechsel zwischen Haftreibung und Gleitreibung an der Reibpaarung Bremsscheibe/Bremsbelag und/oder an der Reibpaarung Reifen/Untergrund direkt gemessen werden, weil auch hier aufgrund der mit den geänderten Reibwerten einhergehenden Änderung des übertragenen Bremsmoments eine Änderung der Vorspannkraft erfasst werden kann. Somit erlaubt die erfindungsgemäß an der Schraubverbindung vorgesehene Messeinrichtung ein direktes Regeln des Bremsverhaltens als Funktion der Änderung der Vorspannkraft, und folglich als Funktion des Bremsmoments.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Schraube mit daran angeordneter Messeinrichtung an der Schraubverbindung zwischen Bremsenträger und Achsadapter ist eine sehr einfache Nachrüstbarkeit: Es ist zum Einrüsten lediglich notwendig, eine oder mehrere konventionelle Schrauben der Schraubverbindung zu ersetzen durch eine erfindungsgemäße Schraube mit daran angeordneter Messeinrichtung. Nach erfolgter Kalibrierung kann sodann bei jedem Fahrzeug mit gleich welcher Scheibenbremse eine direkte Überwachung des Bremsmoments anhand der Änderung der Vorspannkraft durchgeführt werden.

Die Erfindung wird weitergebildet, indem die Messeinrichtung einen Kraftmessaufnehmer aufweist, der dazu eingerichtet ist, eine Änderung der Vorspannkraft zwischen der Schraube und dem Achsadapter zu messen. In der Regel weist die Schraube hierzu einen Schraubenkopf auf, der an einer korrespondierenden Stirnfläche des Achsadapters anliegt, während ein Gewinde der Schraube mit dem Bremsenträger in Eingriff steht. Schrauben mit daran angeordneten Messeinrichtungen sind kommerziell erhältlich. Einige bevorzugte Messverfahren nutzen die Längenänderung der Schraube infolge ihrer Vorspannung und messen jene über Dehnungsmessstreifen und dergleichen.

In einer Ausführungsform weist der Kraftmessaufnehmer eines oder mehrere piezoresistive Sensorelemente auf. Besonders bevorzugt weist der Kraftmessaufnehmer einen Dünnschichtsensor auf, welcher vorzugsweise eine oder mehrere piezoresistive Sensorschichten aufweist. Der Vorteil von Messeinrichtungen mit einem solchen Kraftmessaufnehmer liegt unter anderem in ihrem geringen Einbaumaß, was insbesondere den Aspekt der Montierbarkeit an Fahrzeugen und vor allen Dingen auch den Aspekt der Nachrüstbarkeit bei räumlich begrenzten Einbauverhältnissen unterstützt.

In einer Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine Datenübertragungsschnittstelle auf, welche dazu eingerichtet ist, insbesondere mit vorbestimmter Taktrate, die für eine Änderung der Vorspannkraft repräsentativen Signale zu übertragen. Die Taktrate der Datenübertragungsschnittstelle liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 Hz oder darüber, weiter vorzugsweise in einem Bereich von 40 Hz oder darüber. Der erstgenannte Bereich ist vorzugsweise für Überwachungsaufgaben vorgesehen, die mit einer geringeren Taktrate auskommen, und bietet den Vorteil eines geringeren Energiebedarfs. Der zweitgenannte Bereich ist vorzugsweise für Anwendungsfälle vorgesehen, in denen die erfasste Änderung der Vorspannkraft zum Regeln der Bremse, beispielsweise für eine ABS- Funktion, verwendet werden soll. Für letzteren Bereich kann die Taktrate auch signifkant höher sein, beispielsweise in einem Bereich von 100 Hz oder mehr liegen.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Datenübertragungsschnittstelle als Drahtlosschnittstelle ausgebildet. Bevorzugte drahtlose Übertragungschnittstellen sind beispielsweise Funkschnittstellen wie die Folgenden:

- WAN-Schnittstelle (Wide Area Network), besonders bevorzugt LPWAN- Schnittstelle (Low Power Wide Area Network);

- ISM- und/oder SRD-Schnittstelle (Industrial, Scientific and Medical Band; Short Range Device), vorzugsweise ISM-Band Region 1 (433 MHz), SRD-Band Europa (868 MHz) oder ISM-Band Region 2 (915 MHz), und/oder

- Bluetooth-Schnittstelle, vorzugsweise BLE (Bluetooth Low Energy).

Durch die Verwendung einer Funkschnittstelle wie beispielsweise einer WAN- Schnittstelle oder einer LPWAN-Schnittstelle wird eine weitere Flexibilisierung erreicht. Es ist möglich, elektronische Auswerteeinheiten und/oder Steuergeräte zum Empfang der für die Änderung der Vorspannkraft repräsentativen Signale zu verwenden, die an verschiedenen Orten im Fahrzeug untergebracht sein können.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Bremsenträgeranordnung für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches einen Reifendruck-Sensor aufweist, der mittels einer Drahtlosschnittstelle mit einer Empfangseinheit des Fahrzeugs kommuniziert. Die Drahtlosschnittstelle der Messeinrichtung ist in dieser Ausführungsform korrespondierend zu der Drahtlosschnittstelle des Reifendruck-Sensors ausgewählt. Daraus ergibt sich der Synergie-Effekt, dass dieselbe Empfangstechnik, insbesondere dieselbe Empfangseinheit, zum Empfang der Sensorsignale vom Reifendrucksensor und von der Messeinrichtung verwendet werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann die Datenübertragungsschnittstelle auch als kabelgebundene Schnittstelle ausgebildet sein, vorzugsweise als Bus- Schnittstelle. Ein Bus-System ist ohnehin in den meisten Fahrzeugen heutzutage verbaut. Das Bus-System kann unter der Voraussetzung, dass die Übertragungsrate ausreichend hoch ist, auch zur Übermittlung der für die Änderung der Vorspannkraft repräsentativen Signale verwendet werden.

Die Messeinrichtung ist vorzugsweise teilweise oder vollständig in die Schraube integriert. Teilintegrierte Messeinrichtungen sind beispielsweise kommerziell unter der Produktbezeichnung „Smart Screw Connection“ von Fraunhofer CCIT bzw. Fraunhofer IIS erhältlich.

In weiteren Ausführungsformen kann die Datenübertragungsschnittstelle an einem Schraubenkopf oder in einem Schraubenkopf der Schraube angeordnet sein. Indem die Schraube am Achsadapter montiert ist, befindet sich der Schraubenkopf auf einer Zuspannseite des Bremsenträgers und damit auf einer von der Felge abgewandten Seite des Bremsenträgers. Die Datenübertragungsschnittstelle ist auf diese Weise bereits gut vor potentiell störenden Umwelteinflüssen geschützt. In einer weiteren Ausführungsform weist die Schraubverbindung mindestens eine um die Schraube herum angeordnete Unterlegscheibe auf und die Messeinrichtung ist teilweise oder vollständig in die Unterlegscheibe integriert. Bei Verwendung von sogenannten Messscheiben, also Unterlegscheiben, bei denen die Messeinrichtung mit der Scheibe zusammenwirkt, ist ein Einsatz konventioneller Schrauben ermöglicht, die einen Austausch bei mechanischer Beschädigung des Schraubgewindes vereinfachen, weil die Messeinrichtung in der Regel weiterverwendet werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine Energiegewinnungseinheit auf, die zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Temperaturdifferenzen zwischen der Schraube und dem Bremsenträger und/oder aus Vibrationen zwischen der Schraube und dem Bremsenträger eingerichtet ist. Derartige Energiegewinnungseinheiten sind unter dem Begriff des Energy Harvesting bekannt und eignen sich zur Energiegewinnung und - Speicherung gerade für Anwendungsfälle, bei denen nur wenig elektrische Energie zum Betrieb der Messeinrichtung benötigt wird, wie insbesondere bei Einsatz der hier vorgeschlagenen piezoresistiven Sensortechnologie. Wird zudem ein energetisch genügsames Datenübertragungssystem wie beispielsweise ein LPWAN-System oder ein BLE-System verwendet, kann auch die Datenübertragungsschnittstelle über diese Energiegewinnungsform mit betrieben werden. Sowohl Temperaturdifferenzen als auch Vibrationen treten im Betrieb von Nutzfahrzeugen in der Regel in ausreichendem Maße auf.

Die Bremsenträgeranordnung ist vorstehend jeweils unter Bezugnahme auf eine Schraubverbindung mit einer Schraube und einer Messeinrichtung beschrieben worden. Hierunter ist zu verstehen, dass die Schraubverbindung mindestens eine Schraube aufweisen soll und mindestens eine Messeinrichtung, aber jeweils auch mehrere dieser Bauteile aufweisen kann.

In einer Ausführungsform weist die Bremsenträgeranordnung neben einer ersten Messeinrichtung zusätzlich eine zweite Messeinrichtung auf, die an einer zweiten Schraube angeordnet ist und die ebenfalls zur Erfassung einer Änderung der Vorspannkraft eingerichtet ist. Die Verwendung mehrerer Messeinrichtungen an der Schraubverbindung kann beispielsweise vorteilhaft zum Einsatz gebracht werden, indem aus den beiden erfassten Änderungen der Vorspannkraft ein Differenzsignal gebildet wird, welches dann von der Datenübertragungsschnittstelle übertragen wird oder welches in einer elektronischen Auswerteeinheit aus den beiden Einzelsignalen gebildet wird. Über ein solches Differenzsignal können störende Umgebungseinflüsse, die sich auf eine einzelne Messeinrichtung signalverfälschend auswirken könnten, weitgehend eliminiert werden. Die Messeinrichtungen können beispielsweise beide auf einer Einlaufseite der Schraubverbindung angeordnet werden, beide auf einer Auslaufseite oder es kann eine Messeinrichtung an der Einlaufseite und eine Messeinrichtung an der Auslaufseite angeordnet werden.

Die Erfindung ist vorstehend in einem ersten Aspekt unter Bezugnahme auf die Bremsenträgeranordnung selbst beschrieben worden. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Bremssystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, umfassend eine Scheibenbremse und eine Bremsenträgeranordnung.

Die Erfindung löst bei diesen Bremssystemen die eingangs bezeichnete zugrundeliegende Aufgabe, indem das Bremssystem eine Bremsenträgeranordnung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen aufweist, sowie eine elektrische Auswerteeinheit, die signalleitend mit der Messeinrichtung verbunden und dazu eingerichtet ist, von der Messeinrichtung repräsentative Signale für die erfasste Änderung der Vorspannkraft zu empfangen, und als Funktion der Änderung ein zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsenträger wirkendes Bremsmoment und/oder eine zwischen der Bremsscheibe und dem Bremsenträger wirkende Bremskraft zu bestimmen.

Die Erfindung macht sich dieselben Vorteile und Erkenntnisse zunutze wie die Bremsenträgeranordnung gemäß dem ersten Aspekt. Mögliche Ausführungsformen der Bremsenträgeranordnung des ersten Aspekts sind zugleich mögliche Ausführungsformen des Bremssystems und umgekehrt, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

In einer weiteren Ausführungsform des Bremssystems, in welcher die Bremsenträgeranordnung mehrere Messeinrichtungen aufweist, ist die elektronische Auswerteeinheit dazu eingerichtet, aus den von den Messeinrichtungen übermittelten Signalen ein Differenzsignal zu bilden.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einer Verwendung einer Schraube mit daran angeordneter Messeinrichtung zur Erfassung einer Änderung der Vorspannkraft einer Schraubverbindung, mittels welcher ein Bremsenträger eines Nutzfahrzeugs an einem Achsadapter des Nutzfahrzeugs befestigt ist.

Die Erfindung macht sich bezüglich der Verwendung dieselben Vorteile und Erkenntnisse zunutze wie die erfindungsgemäße Bremsenträgeranordnung und das Bremssystem nach den ersten beiden Aspekten. Mögliche Ausführungsformen der Bremsenträgeranordnung und des Bremssystems sind zugleich mögliche Ausführungsformen der Verwendung, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Bremsenträgeranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Schraube mit der Hand angeordneter Messeinrichtung für die Bremsenträgeranordnung gemäß Figur 1 . In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Bremssystems 100 mit einer Bremsenträgeranordnung 1 für eine Scheibenbremse eines Nutzfahrzeugs dargestellt. Die Bremsenträgeranordnung 1 weist einen Bremsenträger 3 auf, der an einem Achsadapter 5 befestigt ist. Zur Befestigung des Bremsenträgers 3 am Achsadapter 5 ist auf einer Zuspannseite 7 des Bremsenträgers 3 eine Schraubverbindung 12 vorgesehen. Die Schraubverbindung 12 weist eine Anzahl Schrauben 1 3E auf, die auf einer Einlaufseite E des Bremsenträgers 3 in korrespondierende Aufnahmen 11 E des Achsadapters 5 eingesetzt sind, sich durch diese hindurch erstrecken und mit dem Bremsenträger 3 verschraubt sind. Auf einer Auslaufseite A des Bremsenträgers 3 ist eine Anzahl Schrauben 1 3A angeordnet, welche ebenfalls sich durch korrespondierende Aufnahmen 11 A am Achsadapter 5 hindurch erstrecken und mit dem Bremsenträger 3 auf dessen Zuspannseite 7 verschraubt sind. Die Schraubverbindung 12 ist mit einer Vorspannkraft F_v vorgenommen, vgl. Fig. 2. Der Bremsenträger 3 weist eine erste Brückenstrebe 15 auf, an welcher die Schraubverbindung 12 angreift, sowie eine gegenüberliegende zweite Brückenstrebe 19 auf einer Felgenseite 9 der Bremsenträgeranordnung 1 .

Die erste Brückenstrebe 15 weist ein einlaufseitiges Bremsbelagträgerhorn 1 7E und ein auslaufseitiges Bremsbelagträgerhorn 1 7A auf. Die Brückenstrebe 19 weist ebenfalls ein einlaufseitiges Bremsbelagträgerhorn 21 E und ein auslaufseitiges Bremsbelagträgerhorn 21 A auf. Die Bremsbelagträgerhörner 17E, A und 21 E, A dienen jeweils zum Abstützen von (nicht gezeigten) Bremsbelägen in Umfangsrichtung bezogen auf eine Rotationsachse X. Die Brückenstreben 15, 19 werden von Verbindungsstegen, nämlich einem ersten Verbindungssteg 1 8E auf der Einlaufseite E und einem zweiten Verbindungssteg 1 8A auf der Auslaufseite A, im Wesentlichen zueinander parallel gehalten. Zwischen den Verbindungstegen 1 8E, A und Brückenstreben 15, 19 ist ein Bremsscheibenschacht 20 ausgebildet, durch den hindurch sich eine (nicht gezeigte) Bremsscheibe erstrecken kann, die bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs von der Einlaufseite E in Richtung der Auslaufseite A um eine Rotationsachse X herum rotiert und bei Anlage an die Bremsbeläge ein Bremsmoment M_u bzw. eine Bremskraft F_u in Umfangsrichtung mittels der Bremsbeläge und der Bremsbelagträgerhörner 17, 21 auf den Bremsenträger 3 und über diesen auf den Achsadapter 5 überträgt.

Im Betrieb wird das Bremsmoment M_u in den Bremsenträger 3 eingeleitet und aufgrund der Tatsache, dass der Bremsenträger 3 nur auf der Zuspannseite 7 ortsfest am Achsadapter 5 befestigt ist, entstehen Schubspannungen in Richtungen des Pfeils Pi, die die beiden Brückenstreben 19, 15 relativ zueinander verschieben (in Fig. 2 überzeichnet dargestellt). Infolge dieser Verschiebung wird aber auch der einlaufseitige Verbindungssteg 1 8E in Richtung des Pfeils P2 ausgelenkt und der auslaufseitige Verbindungssteg 1 8A wird in Richtung des Pfeils P3 ausgelenkt. Aufgrund dieser Kraftkomponenten verändert sich die Vorspannkraft F_v der Schraubverbindung 12, und zwar auf der Einlaufseite E und der Auslaufseite A jeweils unterschiedlich, woraufhin Fig. 2 näher eingegangen wird.

Die Schraubverbindung 12 weist mindestens eine Schraube 1 3E oder 1 3A mit einer mindestens teilweise integrierten Messeinrichtung 29 auf. Die Schraubverbindung 12 kann auf der Einlaufseite E und/oder auf der Auslaufseite A aber auch mehrere solcher Schrauben 1 3E, 1 3A aufweisen.

Die Schraube 13E, 13A gemäß Fig. 2 weist einen Kopfabschnitt 23 auf, der in einen Kraftangriffsabschnitt 27, beispielsweise mit Sechskant-Werkzeugangriff, und einen Abschnitt der Messeinrichtung 29 unterteilt ist. An dem Kopfabschnitt 23 ist ein Gewinde 25 zum Einschrauben in den Bremsenträger 3 ausgebildet.

Unter Aufbringen eines Montagemoments M wird eine Vorspannkraft F_v aufgebracht, die zwischen dem Kopfabschnitt 23 der Schraube 1 3E, A und dem Achsadapter 5, an dem der Schraubenkopf anliegt, wirkt. Über die Vorspannkraft Fv und das Gewinde 25 wird der Bremsenträger 3 am Achsadapter 5 gehalten.

Die Messeinrichtung 29 weist einen Kraftmessaufnehmer 31 auf, der beispielsweise ein piezoresistives Dünnschichtelement aufweisen kann. Der Kraftmessaufnehmer 31 beziehungsweise die Messeinrichtung 29 ist mit einer Datenübertragungsschnittstelle 33 wirkverbunden, die dazu eingerichtet ist, für eine von der Messeinrichtung 29 erfasste Änderung der Vorspannkraft F_v repräsentative Signale S zu übertragen, beispielsweise an eine elektronische Auswerteeinheit 35 des Bremssystems 100. Die elektronische Auswerteeinheit 35 kann beispielsweise auch dazu eingerichtet sein, Signale von anderen Sensoren des Fahrzeugs zu empfangen, beispielsweise von einem Reifendrucksensor 37, sofern die Datenübertragungsschnittstellen des Reifendrucksensors 37 und der Messeinrichtung 29 korrespondierend ausgewählt sind.

Die elektronische Auswerteeinheit 35 ist dazu eingerichtet, von der Datenübertragungsschnittstelle 33 die für die Änderung der Vorspannkraft F_v repräsentativen Signale S der ein oder mehreren Schrauben 1 3E, 1 3A ZU empfangen und als Funktion dieser Signale eine mit der jeweiligen Vorspannkraftänderung korrespondierende repräsentative Kenngröße für ein Bremsmoment M_u und/oder eine Bremskraft F_u zu ermitteln. Beispielsweise erfolgt die Ermittlung anhand einer Nachschlagetabelle („Lookup Table“), die vorab über eine Kalibration erstellt werden kann.

Für eine Schraube 1 3E mit daran angeordneter Messeinrichtung 29 würde sich bei einer Erhöhung der Vorspannkraft Fv dementsprechend eine Erhöhung des Bremsmoments M_u beziehungsweise der Bremskraft F_u ergeben und bei einer Schraube 13A mit daran angeordneter Messeinrichtung 29 auf der Auslaufseite A würde sich dementsprechend bei einer geringer werdenden Vorspannkraft Fv auf eine Erhöhung des Bremsmoments M_u beziehungsweise der Bremskraft F_u schließen lassen.

Anhand der hier vorgestellten Sensorik, die sich mit geringem Aufwand nachrüsten lässt, wird es mit der Erfindung möglich, eine direkte Kenngröße mit Aussagekraft für das Bremsmoment beziehungsweise die Bremskraft direkt am Bremsenträger zu ermitteln und als Basis für eine Zustandsüberwachung der Bremse oder eine Regelung des Bremsverhaltens zu verwenden. Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

1 Bremsentrageranordnung

3 Bremsenträger

5 Achsadapter

7 Zuspannseite

9 Felgenseite

11 E, 1 1 A Aufnahmen

12 Schraubverbindung

1 3E, 1 3A Schrauben

15 erste Brückenstrebe

1 8E erster Verbindungssteg

1 8A zweiter Verbindungssteg

19 zweite Brückenstrebe

1 7A auslaufseitiges Bremsbelagträgerhorn

1 7E einlaufseitiges Bremsbelagträgerhorn

20 Bremsscheibenschacht

21 A auslaufseitiges Bremsbelagträgerhorn

21 E einlaufseitiges Bremsbelagträgerhorn

23 Kopfabschnitt, Schraubenkopf

25 Gewinde

27 Kraftangriffsabschnitt

29 Messeinrichtung

31 Kraftmessaufnehmer

33 Datenübertragungsschnittstelle

35 elektronische Auswerteeinheit

37 weiterer Sensor des Fahrzeugs, etwa Reifendrucksensor

100 Bremssystem

A Auslaufseite

E Einlaufseite

M Montagemoment

S Signal X Rotationsachse

F_u Bremskraft

F_v Vorspannkraft

Mu Bremsmoment

Pi, P2, P3 Pfeile

Claims

Patentansprüche:

1 . Bremsenträgeranordnung (1 ) für eine Scheibenbremse eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, mit einem Bremsenträger (3), der zur Aufnahme eines Bremsmoments (Mu) eingerichtet ist, einem Achsadapter (5) zur Montage des Bremsenträgers (3) am Fahrzeug, und einer Schraubverbindung (12), mittels derer der Bremsenträger (3) am Achsadapter (5) mit einer Vorspannkraft (F_v) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (12) wenigstens eine Schraube (13E, 13A) mit einer daran angeordneten Messeinrichtung (29) aufweist, die zur Erfassung einer Änderung der Vorspannkraft (Fv) eingerichtet ist.

2. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Messeinrichtung (29) einen Kraftmessaufnehmer (31 ) aufweist, der dazu eingerichtet ist, eine Änderung der Vorspannkraft (Fv) zwischen der Schraube (13E, 13A) und dem Achsadapter (5) zu messen.

3. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Kraftmessaufnehmer (31 ) einen Dünnschichtsensor aufweist.

4. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (29) eine Datenübertragungsschnittstelle (33) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, insbesondere in vorbestimmten Taktraten, für eine Änderung der Vorspannkraft (Fv) repräsentative Signale (S) zu übertragen.

5. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach Anspruch 4, wobei die Datenübertragungsschnittstelle (33) als Drahtlosschnittstelle ausgebildet ist, vorzugsweise als Funk-Schnittstelle wie etwa WAN- Schnittstelle, ISM-Schnittstelle, SRD-Schnittstelle, oder Bluetooth-Schnittstelle.

6. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach Anspruch 5, wobei die Datenübertragungsschnittstelle (33) als kabelgebundene Schnittstelle ausgebildet ist, vorzugsweise als BUS-Schnittstelle.

7. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach Anspruch 5, wobei die Drahtlosschnittstelle korrespondierend zu einer Drahtlosschnittstelle eines Reifendrucksensors des Fahrzeugs ausgewählt ist.

8. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (29) teilweise oder vollständig in die Schraube (1 3E, 1 3A) integriert ist.

9. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach Anspruch 8, wobei die Datenübertragungsschnittstelle (33) an oder in einem Schraubenkopf (23) der Schraube (1 3E, 1 3A) angeordnet ist.

10. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schraubverbindung mindestens eine um die Schraube herum angeordnete Unterlegscheibe aufweist, und die Messeinrichtung teilweise oder vollständig in die Unterlegscheibe integriert ist.

11 . Bremsenträgeranordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (29) ein Energiegewinnungsgerät (39) aufweist, das zur Gewinnung elektrischer Energie aus

- Temperaturdifferenzen zwischen der Schraube (1 3E, 13A) und dem Bremsenträger (3) und/oder

- Vibrationen zwischen der Schraube (1 3E, 1 3A) und dem Bremsenträger (3) eingerichtet ist.

12. Bremsenträgeranordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (29) eine erste Messeinrichtung (29) ist, und die Schraubverbindung (12) ferner eine zweite Messeinrichtung (29) an einer zweiten Schraube (1 3E, 1 3A) aufweist, die zur Erfassung einer Änderung der Vorspannkraft (Fv) eingerichtet ist.

13. Bremssystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, umfassend eine Bremsenträgeranordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, und eine elektronische Auswerteeinheit (35), die signalleitend mit der Messeinrichtung (29) verbunden und dazu eingerichtet ist, von der Messeinrichtung (29) repräsentative Signale für die erfasste Änderung der Vorspannkraft (Fv) zu empfangen und als Funktion der Änderung der Vorspannkraft (Fv) ein Bremsmoment (M_u) und/oder eine Bremskraft (F_u) zu bestimmen.

14. Bremssystem nach Anspruch 13, wobei die Bremsenträgeranordnung (1 ) nach Anspruch 12 ausgebildet ist, und die elektronische Auswerteeinheit (35) dazu eingerichtet ist, aus den von den Messeinrichtungen (29) übermittelten Signalen S ein Differenz-Signal (dS) zu bilden.

15. Verwendung einer Schraube (13E, 13A) mit daran angeordneter Messeinrichtung (29) zur Erfassung einer Änderung der Vorspannkraft (Fv) einer Schraubverbindung (12) einer Bremsenträgeranordnung (1 ), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mittels welcher ein Bremsenträger (3) eines Nutzfahrzeugs an einem Achsadapter (5) des Nutzfahrzeugs befestigt ist.