Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für eine Reibbremsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch eine Reibbremsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, und ein Verfahren zum Kalibrieren einer Messvorrichtung.

Die Offenbarung bezieht sich vornehmlich auf den Bereich der Scheibenbremsen im Nutzfahrzeugsektor, aber auch im Personenkraftwagensektor sowie im Schienenfahrzeugsektor. Im Grunde sind alle Anwendungen denkbar, bei denen eine Reibungsbremse beziehungsweise Reibbremsvorrichtung zum Einsatz kommt und bei denen sich bei einer Bremsung mit der Reibbremsvorrichtung mindestens zwei Körper berühren. Die sich während einer Bremsung berührenden Körper der Reibbremsvorrichtung werden auch Reibpartner genannt. Zwei derartige Körper sind beispielsweise ein Bremsbelag und eine Bremsscheibe bei einer Scheibenbremse. Durch eine Bremsung beziehungsweise eine Bremswirkung wird ein Abrieb der Reibpartner und ein damit verbundener Verschleiß der Reibpartner erzeugt. Der Abrieb kann als sogenannter Bremsstaub anfallen.

Gemäß dem Stand der Technik erfolgt eine Sensierung des Verschleißes der Reibpartner kontinuierlich mittels eines sogenannten kontinuierlichen Verschleißsensors (Continuous-Wear-Sensors, CWS). Es ist bekannt, dass ein CWS ein analoges Messgerät umfasst, welches auf eine zu bestimmende Messgröße indirekt schließt. Es ist auch bekannt, dass ein CWS einen direkten oder indirekten Kontakt mit einem Reibpartner oder einer benachbarten Komponente wie einer Nachstellspindel oder einem Bremskolben selbst haben kann. Der Kontakt besteht hierbei fortlaufend, d.h., kontinuierlich, um kontinuierlich den Verschleiß des Reibpartners ermitteln zu können. Bei der Sensierung des Verschleißes sind typischerweise derartige Komponenten relevant, die sich mit zunehmendem Verschleiß der Bremspartner in der Regel voneinander entfernen - also ihre Position relativ zueinander stetig über den Bremsenverschleiß verändern. Im Fall von Scheibenbremsen ist typischerweise ein Referenzpunkt zur Sensierung an einem Bremssattel angeordnet; und relativ zu dem Referenzpunkt erfasst ein Positionssensor die Position des Bremskolbens. Diese stets größer oder auch kleiner werdende Distanz zwischen den Reibpartnern ist die Messgröße, die herkömmliche und kontinuierlich messende Verschleißsensoren aufnehmen, um letztlich auf die vorherrschende Stärke der Reibpartner, beispielsweise einer Restbelag- und Bremsscheibenstärke, hinreichend genau schließen zu können. Es ist auch bekannt, dass dabei die kontinuierlichen Verschleißsensoren häufig den gesamten Bremsenverschleiß, d. h. im Falle einer Scheibenbremse den Verschleiß zweier Bremsbeläge sowie des beidseitigen Verschleißes der Bremsscheibe erfassen können.

WO 2017/063726 A1 offenbart eine Scheibenbremse, insbesondere für ein Nutzfahrzeug. Die Scheibenbremse weist einen Verschleißsensor und eine Nachstelleinrichtung auf, die ein Nachstellelement in Form einer Druckschraube und/oder einer Druckhülse aufweist, wobei das Nachstellelement eine Ausnehmung aufweist, in die zum Rückstellen der Nachstelleinrichtung eine mit dem Nachstellelement drehgekoppelte Rückstelleinrichtung hineinragt, und der Verschleißsensor zumindest teilweise in der Ausnehmung liegt.

Alternativ oder zusätzlich kann der Verschleiß durch den Einsatz von Belagsverschleißanzeigern (engl. Pad Wear Warning Indicator - PWWI) ermittelt werden. Belagsverschleißanzeiger sind direkt an den Bremsbelägen angeordnet und weisen einen oder mehrere Durchschleifkontakte auf, die je nur auf einen einzelnen Zustand wie z. B. eine „90%-Warngrenze“ indizieren können. Insofern kann dabei von keiner kontinuierlichen Verschleißmessung gesprochen werden, die Ausgabewerte liefert, um von einem Steuergerät bspw. für eine in der Praxis etablierte Verschleißharmonisierung weiterverarbeitet werden zu können.

Ferner ist es bekannt, dass Bremsstaubpartikel, die durch Abrieb entstehen, nicht einfach in die Umwelt freigelassen, sondern durch sogenannte Bremsstaubpartikelfilter in einer Kammer gebunden werden. Das Binden beziehungsweise Auffangen von Bremsstaubpartikeln kann wünschenswert und/oder gesetzliche vorgeschrieben und somit notwendig sein.

DE 10 2012 016 835 A1 offenbart eine Bremsstaubaufnahmevorrichtung für Kraftfahrzeuge. Es wird vorgeschlagen, den Bremsenabrieb, welcher bei einer Scheibenbremse zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe entsteht, aufzufangen und zu entsorgen. Die zwischen Belag und Scheibe austretenden Partikel werden in Verbindung mit dem durch die Scheibe verursachten Luftstrom in den Formfilter befördert und darin eingelagert. Die Bremsstaubaufnahmevorrichtung umfasst ein Filterelement und eine Filterelementaufnahme, wobei das Filterelement als Formfilter ausgebildet ist und der Formfilter zumindest zwei Teilbereiche aufweist, die unterschiedliche Porositäten aufweisen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindungsmeldung ist es, den Stand der Technik zu bereichern und die oben genannten Aspekte zu verbessern. Insbesondere kann es eine Aufgabe der Erfindung sein, eine Verbesserung einer Schätzung des Bremsenverschleiß einer Bremse bereitzustellen, wobei Abrieb quantitativ und qualitativ einem Verschleißzustand zuordenbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Die Aufgabe wird auch durch die Gegenstände der weiteren unabhängigen und/oder nebengeordneten Ansprüche gelöst.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Messvorrichtung für eine Reibbremsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Die Messvorrichtung umfasst eine Staubsammeleinrichtung zum Sammeln von Staubpartikeln zweier Reibpartner der Reibbremsvorrichtung, wobei die Reibpartner dazu eingerichtet sind, durch Reibung miteinander eine Bremswirkung zu erzeugen, und eine Staubmessanordnung zum Taxieren einer Menge von in der Staubsammeleinrichtung gesammelter Staubpartikel.

Dabei wurde erkannt, dass der Verschleiß der Reibpartner anhand der Menge bzw. der Ansammlung der anfallenden Staubpartikel ermittelt werden kann. Beim Bremsen, also beim Betätigen der Reibbremsvorrichtung, werden Partikel der Reibpartner in Form von Staubpartikeln aus den Reibpartnern herausgelöst und in der Staubsammeleinrichtung aufgefangen. Damit werden die Staubpartikel gebunden und/oder es wird kein oder weniger Staub in die Umwelt des Fahrzeugs entlassen.

Die Staubmessanordnung ist zum Taxieren der Menge der gesammelten Staubpartikel eingerichtet, also zum Nachvollziehen einer kontinuierlichen Messung der Menge der gesammelten Staubpartikel. Durch optionale Zuhilfenahme weiterer Informationen, wie bekannter Geometrien der Reibpartner und Verschleißverhältnisse kann der Menge ein repräsentativer Verschleiß, beispielsweise ein prozentualer Verschleiß in %, zugeordnet und somit auch der Zustand der Reibbremsvorrichtung qualitativ angegeben werden. Aus dem Verschleiß können weitere Informationen abgeleitet werden. Für eine Scheibenbremse ist so eine Restbelagstärke, beispielsweise in mm, und eine Bremsscheibenstärke, beispielsweise in mm, ableitbar. Die Informationen und/oder Kenntnis über die Restbelag- und Bremsscheibenstärke ist optional, da bereits allein die ermittelte Braumsstaubpartikel-Menge alle notwendigen Informationen indirekt zum Ermitteln des Bremsenverschleißes umfassen.

Damit kann eine Angabe zum Verschleiß in Abhängigkeit der Nutzung der Reibpartner gemacht werden. Eine Messung zur Bestimmung insbesondere des Summenverschleiß der Reibpartner ist effektiv möglich.

Für die Messvorrichtung können vorhandene Komponenten einer Reibbremsvorrichtung genutzt werden, um eine kontinuierliche Verschleißmessung zu ermöglichen. Damit ist eine kontinuierliche Verschleißmessung kosteneffektiv und zuverlässig möglich. Durch die Bremsverschleißsensierung einer Bremse mit einer derartigen Staubsammeleinrichtung kann der Abrieb sowohl quantitativ als auch qualitativ einem Verschleißzustand zugeordnet werden. Eine bestehende und insbesondere gekapselte Reibbremsvorrichtung kann mit der Messvorrichtung verhältnismäßig einfach und effektiv aufgerüstet werden.

Vorzugsweise ist die Staubmessanordnung zum Ermitteln einer Masse der Menge von Staubpartikeln eingerichtet. Um effektiv auf den resultierenden Verschleiß schließen zu können, kann der tatsächlich vorhandene Abrieb beziffert werden, indem die Bremsstaupartikel-Masse, beispielsweise in kg oder eine in kg umrechenbare Einheit ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich ist die Staubmessanordnung zum Ermitteln eines Volumens der Menge von Staubpartikeln eingerichtet. Um effektiv auf den resultierenden Verschleiß schließen zu können, kann das Bremsstaubpartikel-Volumen, beispielsweise in cm ³ oder eine in cm ³ umrechenbare Einheit, ermittelt werden. Alternativ kann die Anzahl der Staubpartikel ermittelt werden, um auf die Menge und somit den Verschleiß der Reibpartner schließen zu können. Die Masse, das Volumen und die Anzahl der Staubpartikel sind kontinuierlich messbare Größen, die jederzeit erfassbar sind und einen genauen Aufschluss über den Verschließ der Reibpartner geben können.

Vorzugsweise ist die Messvorrichtung zum Bestimmen einer Masse der Staubsammeleinrichtung einschließlich der Menge von Staubpartikeln eingerichtet. Mit anderen Worten ist die Messvorrichtung zum Bestimmen der Summe der Massen der Staubsammeleinrichtung und der Masse der Menge der Staubpartikel eingerichtet. Die Masse der Staubsammeleinrichtung zusammen mit den Staubpartikel lässt sich effektiv bestimmen. Dabei wurde erkannt, dass die Masse der Staubsammeleinrichtung einschließlich der Menge der Staubpartikel mit steigendem Verschleiß ansteigt. Die Masse der Staubsammeleinrichtung einschließlich der Menge von Staubpartikel kann absolut ermittelt werden, also als Summe der Massen der Staubsammeleinrichtung und der Masse der Menge der Staubpartikel. Alternativ ist es möglich, dass die Masse der Staubsammeleinrichtung einschließlich der Menge von Staubpartikel relativ zur Masse der Staubsammeleinrichtung ermittelt wird. D. h., dass ein durch einen Abrieb begründendes Inkrement der Masse der Menge der Staubpartikel ermittelt wird.

Vorzugsweise weist die Messvorrichtung einen relativ zum Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, auslenkbaren Auslenkungsabschnitt auf, wobei der Auslenkungsabschnitt in Abhängigkeit von einer Masse der Staubsammeleinrichtung einschließlich der Menge der Staubpartikel auslenkbar ist. Die Masse der Menge der Staubpartikel und eine damit zusammenhängende Kraft, insbesondere eine Gewichtskraft und/oder eine Trägheitskraft, kann eine Auslenkung des Auslenkungsabschnitts zur Folge haben. Die Auslenkung kann dabei proportional zur Masse der Menge der Staubpartikel sein, womit eine Messung der Auslenkung einen Aufschluss über die Masse der in der Staubsammeleinrichtung gesammelten Staubpartikel zulässt. Der Auslenkungsabschnitt kann dabei integraler Bestandteil der Staubsammeleinrichtung sein. Mit anderen Worten sind die Staubsammeleinrichtung und der Auslenkungsabschnitt beispielsweise einstückig ausgeführt und/oder umfassen ein gemeinsames einstückig ausgebildetes Gehäuse. Alternativ kann der Auslenkungsabschnitt beispielsweise zur Aufhängung eines in der Staubsammeleinrichtung angeordneten Messbehälters eingerichtet sein, wobei der Messbehälter zum Sammeln und Wiegen von Staubpartikeln eingerichtet ist.

Vorzugsweise weist die Staubsammeleinrichtung einen fahrzeugfesten Halterungsabschnitt und einen zwischen den Halterungsabschnitt und dem Auslenkungsabschnitt angeordneten und verformbaren Entkopplungsabschnitt zum Auslenken des Auslenkungsabschnitts auf, und die Masse der Staubsammeleinrichtung einschließlich der Menge der Staubpartikel ist anhand einer Verformung des Entkopplungsabschnitts bestimmbar. In dieser Ausführungsform ist der Entkopplungsabschnitt dazu eingerichtet, eine Auslenkung des Auslenkungsabschnitt zu ermöglichen. Analog zum Auslenkungsabschnitt kann der Entkopplungsabschnitt dabei integraler Bestandteil der Staubsammeleinrichtung sein. Die Auslenkung kann mittels eines an der Entkopplungsstelle angeordneten Dehnungsmessstreifens messbar sein, um die Auslenkung zuverlässig, präzise und effektiv der Masse zuordnen zu können.

Vorzugsweise weist die Messanordnung einen Beschleunigungssensor und einen Kraftsensor zum Messen einer auf die Staubsammeleinrichtung wirkenden Kraft auf. Durch den Beschleunigungssensor, den Kraftsensor und einer bekannten Masse der Staubsammeleinrichtung ist eine effektive Bestimmung der Masse der Staubsammeleinrichtung über die newtonschen Gesetze möglich. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich die Staubsammeleinrichtung einschließlich der Menge der Staubpartikel unter dem Einfluss der durch den Kraftsensor ermittelbaren Kraft mit einer durch den Beschleunigungssensor ermittelbaren Beschleunigung beschleunigt, wobei somit auf die Gesamtmasse der Staubsammeleinrichtung einschließlich der Menge der Staubpartikel geschlossen werden kann. Bei Kenntnis der Masse der Staubsammeleinrichtung kann so auf die Masse der Menge der Staubpartikel geschlossen werden. Damit ist eine effektive und kontinuierliche Bestimmung der Masse erzielbar.

Vorzugsweise ist die Messvorrichtung zur Füllstandsmessung der Staubsammeleinrichtung eingerichtet. Dazu kann die Messvorrichtung einen Füllstandssensor umfassen. Die Füllstandsmessung ist effektiv, um insbesondere das Volumen der Menge der Staubpartikel zu schätzen. Bei der Füllstandsmessung kann beispielsweise ein Füllstand einer ein Filter umfassenden Staubsammeleinrichtung erfasst werden.

Vorzugsweise ist die Staubmessanordnung zum mechanischen, elektromechanischen, resistiven, kapazitiven und/oder optischen Taxieren der Menge der Staubpartikel eingerichtet. Ein mechanisches Taxieren kann besonders kosteneffektiv sein, beispielsweise durch das Taxieren der Menge durch eine Waage und/oder durch einen Schwimmer. Die Auslenkung der Waage und/oder des Schwimmers kann erfasst werden, um die Masse und/oder ein Volumen der Menge der Staubpartikel zu erfassen. Ein elektromechanisches Taxieren kann besonders kosteneffektiv und zuverlässig sein. Beispielsweise kann die Masse über einen Dehnungsmessstreifens erfasst werden, wobei Dehnungsmessstreifens seine elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit seiner Verformung ändert. Ein resistives Taxieren kann über ein Ermitteln eines elektrischen Widerstands und/oder einer Leitfähigkeit der Menge der Staubpartikel effektiv Aufschluss über die Menge der Staubpartikel geben. Ein kapazitives und/oder optisches Taxieren kann insbesondere zur Ermittlung des Volumens der Menge der Staubpartikel dienen. Durch die genannten Messmethoden ist ein kontinuierliches und effektives Taxieren der Menge der Staubpartikel möglich. Optional können eine oder mehrere der genannten Messmethoden zum Taxieren der Menge der Staubpartikel verwendet werden. Beispielsweise kann eine Kombination mehrerer der Messmethoden verwendet werden, um eine Plausiblitätsprüfung durchführen zu können und/oder die Genauigkeit des Taxierens zu verbessern.

Vorzugsweise ist die Staubsammeleinrichtung von einer Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, evakuiert. Damit ist es möglich, eine emissionsarme und/oder emissionsfreie Reibbremsvorrichtung bereitzustellen. Damit ist insbesondere eine Kapselung einer axial betätigten Scheibenbremse möglich. Die die Evakuierung der Staubsammeleinrichtung ist das Taxieren der Menge der Staubpartikel besonders effektiv und zuverlässig möglich, da sichergestellt werden kann, dass keine Staubpartikel unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Damit kann eine Schätzung des Verschleißes der Reibpartner weiter verbessert werden.

Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung eine Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder ist mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung verbindbar, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung zum Empfangen von einer die Menge der Staubpartikel betreffenden Mengeninformation eingerichtet ist, und wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung zum Durchführen eines Ermittelns eines Verschleißes der Reibpartner in Abhängigkeit der Mengeninformation eingerichtet ist. Der Verwendung einer bekannten Datenverarbeitungsvorrichtung beziehungsweise eines bekannten Steuergeräts in Fahrzeuge ist möglich, da mit der Messvorrichtung eine kontinuierliche Messung und Prüfung des Bremsenzustands möglich ist, und auch die für die Steuergeräten relevanten Eingangsgrößen optional beibehalten werden können.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Reibbremsvorrichtung bereitgestellt. Die Reibbremsvorrichtung umfasst eine hier beschriebene Messvorrichtung. Optional weist die Messvorrichtung ein als optional und/oder vorteilhaft beschriebenes Merkmal auf, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Das Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfasst eine hier beschriebene Messvorrichtung und/oder eine hier beschriebene Reibbremsvorrichtung, umfassend die hier beschriebene Messvorrichtung. Optional weist die Messvorrichtung ein als optional und/oder vorteilhaft beschriebenes Merkmal auf, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kalibrieren einer hier beschriebenen Messvorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren weist die Schritte auf: Taxieren der Menge von in der Staubsammeleinrichtung gesammelter Staubpartikel; empirisches Ermitteln des Verschleißes der Reibpartner; und Ableiten eines Zusammenhangs zwischen der Menge der Staubpartikel und dem Verschließ der Reibpartner.

Das Kalibieren der Messvorrichtung beschreibt das möglichst effektive und genaue Ableiten beziehungsweise Bestimmen des Zusammenhangs zwischen der Menge der Staubpartikel und dem Verschließ der Reibpartner.

Dazu wird die Menge der gesammelten Staubpartikel taxiert beziehungsweise ermittelt wie oben mit Bezug zu der Messvorrichtung beschrieben. Es wird der Verschließ der Reibpartner empirisch ermittelt, beispielsweise durch eine Messung. Das empirische Ermitteln des Verschließ erfolgt beispielsweise durch einen Prüfstandversuch und/oder einen Feldversuch, wobei die Reibpartner durch Bremsen verschlissen werden. Durch den Verschließ der Reibpartner fallen die Staubpartikel an und der Verschleiß der Reibpartner wird beispielsweise anhand der Abnutzung der Reibpartner bestimmt. Bei einer Auswertung der Bremsstaubpartikel-Menge werden möglichst viele Informationen und Parameter aufgezeichnet, um eine möglichst genaue und aussagekräftige Datenbasis bezüglich des Verschleißes und des Abriebs erhalten zu können. Somit lässt sich eine charakteristische Kennlinie ableiten und verwenden, um den Zusammenhang zwischen der Menge der Staubpartikel und dem Verschließ der Reibpartner zu charakterisieren. Die Kennlinie kann analog zu Kennlinien bei der Verwendung von CWS verwendet werden, um den Verschleiß anzugeben und beispielsweise Warn- und/oder Fehlermeldungen bei hohem Verschleiß auszulösen.

Vorzugsweise weist das Verfahren den Schritt auf: Plausibilisieren der taxierten Menge der Staubpartikel anhand des empirisch ermittelten Verschleißes. Zum Plausibilisieren kann der Abrieb unter Berücksichtigung von Materialeigenschaften und/oder einer Geometrie der Reibpartner theoretisch vorhergesagt werden. Anhand der empirisch gewonnenen Datenbasis können die theoretisch ermittelten Werte anschließend überprüft beziehungsweise plausibilisiert werden. Daraus lässt sich beispielsweise der Grad der Isolierung beziehungsweise Evakuierung der Staubsammeleinrichtung beziffern und/oder Parameter und Korrekturfaktoren für die Verschleißbestimmung beziehungsweise Zusammenhang zwischen der Menge der Staubpartikel und dem Verschließ der Reibpartner für den ableiten.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sowie deren technische Effekte ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung der in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsformen. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ablaufplans eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 300a, insbesondere Nutzfahrzeugs 300b, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 300a, insbesondere Nutzfahrzeug 300b, wird im Folgenden als Fahrzeug 300a, 300b bezeichnet.

Das Fahrzeug 300a, 300b weist eine Reibbremsvorrichtung 200 auf. Die Reibbremsvorrichtung 200 ist eine Scheibenbremsvorrichtung und weist drei Reibpartner 220, 230, 240 auf. Beispielsweise ist einer der Reibpartner 230 eine Bremsscheibe, ein anderer der Reibpartner 220 ist ein reaktionsseitiger Bremsbelag und an einer dem Fahrzeug 300a, 300b abgewandten Seite der Bremsscheibe angeordnet, und ein anderer der Reibpartner 240 ist ein zuspannseitiger Bremsbelag und an einer dem Fahrzeug 300a, 300b zugewandten Seite der Bremsscheibe angeordnet. Die Bremsscheibe ist also der Reibpartner 230, der zwischen den zwei anderen Reibpartnern 220, 240 angeordnet ist. Durch Betätigen der Reibbremsvorrichtung 200 kommen die Reibpartner 220, 230, 240 miteinander in Kontakt. Der Kontakt zwischen den Reibpartnern 220, 230, 240 führt zu Reibung zwischen den Reibpartnern 220, 230, 240 und damit zu einer Bremswirkung sowie zu einem Verschleiß der Reibpartner 220, 230, 240 und einem Anfall von Staubpartikeln 210 (nicht in Figur 1 gezeigt), die sich aus den Reibpartnern 220, 230, 240 herauslösen beziehungsweise ablösen.

In einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform kann die Reibbremsvorrichtung 200 eine andere Art von Bremse sein, beispielsweise eine Trommelbremse und/oder eine Keilbremse, und/oder eine andere Anzahl von Reibpartnern aufweisen.

Das Fahrzeug 300a, 300b beziehungsweise die Reibbremsvorrichtung 200 umfasst eine Messvorrichtung 100.

Die Messvorrichtung 100 umfasst eine Staubsammeleinrichtung 110 und eine Staubmessanordnung 120.

Die Staubsammeleinrichtung 110 ist zum Sammeln von Staubpartikeln 210 der Reibpartner 220, 230, 240 der Reibbremsvorrichtung 200 eingerichtet. Die Staubsammeleinrichtung 110 ist von einer Umgebung 310 des Fahrzeugs 300a, 300b, evakuiert. D.h., die Staubsammeleinrichtung 110 ist dazu eingerichtet, die aus den Reibpartnern 220, 230, 240 ausgelösten Staubpartikel 210 aufzufangen und/oder zu binden. Dafür kann die Staubsammeleinrichtung 110 ein in Figur 1 nicht gezeigtes Dichtungselement aufweisen. Die vorgeschlagene Messvorrichtung 100 zur Ermittlung des Belagverschleißes ist zuverlässiger und genauer, wenn die Messvorrichtung 100 einer Abkapselung gegenüber der Umwelt unterliegt, damit alle Bremsstaubpartikel 210 für eine genaue Messung berücksichtigt werden können. Gleichermaßen wird durch die Evakuierung vermieden, dass Fremdstoffe wie bspw. Wasser in den Sammelbehälter 110 gelangen und somit ein Messergebnis verfälschen könnten.

Die Staubmessanordnung 120 ist zum Taxieren einer Menge 215 von in der Staubsammeleinrichtung 110 gesammelter Staubpartikel 210 eingerichtet. Ausführungsformen der Messvorrichtung 100 und insbesondere der Staubmessanordnung 120 sind mit Bezug zu Figuren 2 bis 4 beschrieben. Wie in Figur 1 gezeigt, weist das Fahrzeug 300a, 300b eine Datenverarbeitungsvorrichtung 150 auf. Die Messvorrichtung 100 ist mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 150 verbunden, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung 150 zum Empfangen von einer die Menge 215 der Staubpartikel 210 betreffenden Mengeninformation 151 von der Messvorrichtung 100 eingerichtet ist. Dabei kann die Messvorrichtung 100 eine der Mengeninformation 151 entsprechende Spannung aus einer Größe wie einer Wegstrecke in mm oder einer Masse in kg sensorisch ermitteln und einen Spannungswert an die Datenverarbeitungsvorrichtung 150 als Mengeninformation 151 ausgeben. Dem Spannungswert ist durch die Datenverarbeitungsvorrichtung 150 ein Verschleißzustand zuordenbar. Die Mengeninformation 151 kann somit als Funktion der Masse oder des Volumens bzw. der Anzahl der Staubpartikel 210 mit einem indirekten Informationsgehalt über den Verschleißzustand der Reibpartner 220, 230, 240 aufgefasst werden. Der Verschleißzustand kann dann stets über die Spannung und vorheriger Festlegung des Zusammenhangs zwischen der Menge 215 der Staupartikel 210 und den Verschließ der Reibpartner 220, 230, 240 indirekt beziffert werden; beispielsweise. 1 V = 0% Verschleißzustand, 3V = 100% Verschleißzustand, Werte dazwischen folgen einem beispielsweise linearen Verlauf.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 150 kann beispielsweise ein Steuergerät (electronic control unit, ECU) des Fahrzeugs 300a, 300b sein. In einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform kann die Messvorrichtung 100 die Datenverarbeitungsvorrichtung 150 umfassen und beispielsweise über einen Feldbus beziehungsweise eine CAN-Schnittstelle mit einem fahrzeugseitigen Steuergerät verbindbar sein.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 150 ist zum Durchführen eines Ermittelns eines Verschleißes der Reibpartner 220, 230, 240 in Abhängigkeit der Mengeninformation 151 eingerichtet. Ist ein zulässiger Abrieb und somit ein zulässiger und über einen Zusammenhang zwischen der Menge 215 der Staupartikel 210 und den Verschleiß der Reibpartner 220, 230, 240 definierter Gesamtverschleiß überschritten, kann über die Datenverarbeitungsvorrichtung 150 mittels vorbestimmter Warngrenzen eine Warnmeldung ausgegeben werden. Der Verschleißzustand der Reibbremsvorrichtung 200 kann über den Zusammenhang zwischen der Menge 215 der Staupartikel 210 und den Verschließ der Reibpartner 220, 230, 240 qualitativ und/oder quantitativ, beispielsweise mit 100% - 0%, ausgegeben und/oder im Fahrzeug 300a, 300b angezeigt werden.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Messvorrichtung 100 ist eine Messvorrichtung 100 für eine Reibbremsvorrichtung 200 eines Fahrzeugs 300a, 300b wie mit Bezug zu Figur 1 beschrieben. Die Messvorrichtung 100 ist schematisch in Figur 2 in einer Seitenansicht dargestellt. Dabei sind ein als Bremsbelag ausgeführter Reibpartner 220 und mit einer gestrichelten Linie ein als Bremsschreibe ausgeführter Reibpartner 230 schematisch angedeutet. Der weitere Reibpartner 240 ist nicht dargestellt.

Beim Bremsen werden, wie schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeigt, Staubpartikel 210 aus den Reibpartnern 220, 230, 240 gelöst. Bedingt durch eine auf die Staubpartikel 210 wirkende Gewichtskraft und/oder einen innerhalb der Messvorrichtung 200 wirkenden Luftstrom werden die Staubpartikel 210 in die Staubsammeleinrichtung 110 wie durch einen Pfeil mit einer Strichlinie schematisch gezeigt bewegt. Die Staubpartikel 210 bilden eine schematisch illustrierte Menge 215 der Staubpartikel 210. Die Menge 215 der Staubpartikel 210 weist eine Masse M und ein Volumen V auf. Die Menge 215 der Staubpartikel 210 beziehungsweise dessen Volumen V definiert einen Füllstand 146 der Staubsammeleinrichtung 110.

Die Staubmessanordnung 120 ist zum Ermitteln der Masse M der Menge 215 von Staubpartikeln 210 eingerichtet. Dafür weist die Messvorrichtung 200, genauer die Staubsammeleinrichtung 110, einen relativ zum Fahrzeug 300a, 300b, auslenkbaren Auslenkungsabschnitt 115 auf.

Die Staubsammeleinrichtung 110 einschließlich der Menge 115 der Staubpartikel 110 weist eine Masse M‘ auf. Die Masse M‘ bedingt eine auf den Auslenkungsabschnitt 115 wirkende Kraft F, die schematisch mit einem Pfeil mit einer gestrichenen Linie gezeigt ist. Die Kraft F ist beispielweise die auf die Masse M‘ und somit die Staubsammeleinrichtung 110 und die Menge 115 der Staubpartikel 110 wirkende Gewichtskraft. Der Auslenkungsabschnitt 115 ist in Abhängigkeit von einer Masse M‘ der Staubsammeleinrichtung 110 einschließlich der Menge 215 der Staubpartikel 210 auslenkbar.

Die Staubsammeleinrichtung 110 weist einen fahrzeugfesten Halterungsabschnitt

116 und einen zwischen den Halterungsabschnitt 116 und dem Auslenkungsabschnitt 115 angeordneten und verformbaren Entkopplungsabschnitt

117 zum Auslenken des Auslenkungsabschnitts 115 auf. Dabei ist der Entkopplungsabschnitt 117 verformbar. Die Verformung des Entkopplungsabschnitts 117 bewirkt die Auslenkung des Auslenkungsabschnitts 115 und ist abhängig von der Masse M‘ der Staubsammeleinrichtung 110 einschließlich der Menge 115 der Staubpartikel 110. Damit ist anhand der Verformung des Entkopplungsabschnitts 117 die Masse M‘ der Staubsammeleinrichtung 110 einschließlich der Menge 115 der Staubpartikel 110 bestimmbar.

An dem Entkopplungsabschnitt 117 kann dafür ein nicht-gezeigter Dehnungsmesstreifen derart angeordnet sein, dass der Dehnungsmessstreifen bei einer Verformung des Entkopplungsabschnitts 117 eine davon abhängige Verformung erfährt. Die elektrischen und/oder resistiven Eigenschaften des Dehnungsmessstreifens ändern sich somit in Abhängigkeit der Verformung des Entkopplungsabschnitts 117. Die elektrischen und/oder resistiven Eigenschaften des Dehnungsmesstreifen sind messbar, womit die Staubmessanordnung 120 zum elektromechanischen und/oder resistiven Taxieren der Menge 215 der Staubpartikel 210 eingerichtet ist.

Mit anderen Worten beschreibt Figur 2 eine Messvorrichtung 100 zum Wiegen. Die Massenbestimmung der Masse M der Menge 215 der Staubpartikel ist anhand des in dem Bremsstaubpartikelfilter, also der Sammelbehälter 110, befindlichen Inhalt fortlaufend möglich. Dabei ist der Sammelbehälter 110 von einem an dem Halterungsabschnitt 116 angeordneten Radende (nicht gezeigt) durch den Entkopplungsabschnitt 117 von dem Auslenkungsabschnitt 115 funktionell und/oder strukturell separiert. Die Messung der Masse M erfolgt vorteilhaft in einem möglichst ruhenden Zustand, wenn z. B. das Fahrzeug 300a, 300b ruht oder wenn es auf einer möglichst ebenen Fahrbahn fährt, um Störeinflüsse möglichst gering zu halten. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Messvorrichtung 100 gemäß Figur 3 wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben, wobei insbesondere Unterschiede zu der Messvorrichtung 100 gemäß Figur 2 beschrieben werden.

Die Staubmessanordnung 120 gemäß Figur 3 ist zum Ermitteln einer Masse M der Menge 215 von Staubpartikeln 210 eingerichtet. Dafür weist der Staubsammelbehälter 110 insbesondere den Auslenkungsabschnitt 115 auf.

Die Messanordnung 100 weist einen Beschleunigungssensor 130 und einen Kraftsensor 140 zum Messen einer auf die Staubsammeleinrichtung 110 wirkenden Kraft F auf. Der Kraftsensor 140 ist zwischen dem Halterungsabschnitt 116 und dem Auslenkungsabschnitt 150 angeordnet, um die auf den Sammelbehälter 110, insbesondere den Auslenkungsabschnitt 115, wirkende Kraft F zu messen. Der Beschleunigungssensor 130 ist in dem Auslenkungsabschnitt 115 angeordnet und dazu eingerichtet, eine Beschleunigung a (nicht in Figur 3 dargestellt) des Auslenkungsabschnitts 115 zu messen.

Die Messvorrichtung 100 gemäß Figur 3 setzt ein zu der Messanordnung gemäß Figur 2 zusätzliches oder alternatives indirektes Messverfahren um, das auf dem Newtonschen Massenträgheitsgesetz basiert. Dabei wird auf die Masse M über die wirkende Kraft F und die Beschleunigungen a mittels eines Kraftsensors 140 und des Beschleunigungssensors 130 geschlossen. Damit ist eine Berechnung der Masse M der Menge 215 der Staubpartikel 210 in einem dynamisch bewegten System möglich, was dem praktischen Einsatz und einer kontinuierlichen Messung zuträglich sein kann.

Die Beschleunigung a repräsentiert dabei die Beschleunigung, die durch den Beschleunigungssensors 130 aufgenommen werden kann. In einer nicht gezeigten Ausführungsform können mehrere Beschleunigungssensoren zur Plausibilisierung und/oder Verbesserung der Messung der Beschleunigung a verwendet werden, beispielsweise einer direkt am Radende und einer an dem Sammelbehälter 110. Durch die Anordnung des Beschleunigungssensors 130 ist der Beschleunigungssensors 130 über ein Feder- und/oder Dämpfungselement von dem Fahrzeug 300a, 300b weitgehend entkoppelt. Wenn der Sammelbehälter 110 eine Beschleunigung a erfährt, beispielsweise wenn das Fahrzeug 300a, 300b über ein Schlagloch fährt, erfahren der Beschleunigungssensor 130 und der Sammelbehälter 110 die gleiche Beschleunigung a. Damit kann von der von dem Beschleunigungssensor 130 gemessenen Beschleunigung a auf die Beschleunigung des Sammelbehälters 110 und insbesondere die Beschleunigung der Menge 215 der Staubpartikel 210 geschlossen werden.

Der Auslenkungsabschnitt 115 ist durch den Entkopplungsabschnitt 117 von dem Radende beziehungsweise dem Halterungsabschnitt 116 entkoppelt, um zu vermeiden, dass das Gewicht des gesamten Radendes in die Dynamik des Auslenkungsabschnitts 115 einfließt.

Die Kraft F ist die Trägheitskraft die aus der Gesamtmasse M‘ der entkoppelten Staubsammeleinrichtung 110 beziehungsweise des Auslenkungsabschnitts 115 einschließlich der Menge 115 der Staubpartikel 110 und der Beschleunigung a resultiert, F = M‘ x a. Gemessen werden kann die Kraft F über den Kraftsensor 140, der als Zug- und/oder Drucksensor in die optional elastische Verbindungsstelle zwischen Bremsstaubpartikelfilter und Radende eingebracht wird, also an dem Entkopplungsabschnitt 117 angeordnet ist.

Die Messung der Kraft F und der Beschleunigung a durch den Kraftsensor 140 beziehungsweise den Beschleunigungssensor 130 kann insbesondere mechanisch und/oder elektromechanisch erfolgen, womit die Staubmessanordnung 120 zum mechanischen und/oder elektromechanischen Taxieren der Menge 215 der Staubpartikel 210 eingerichtet ist. Optional kann bei einem dynamischen Messvorgang eine Frequenzanalyse berücksichtigt werden.

Die Ausführungsform der Messvorrichtung 100 gemäß Figur 3 kann mit den Ausführungsform der Messvorrichtung 100 gemäß Figur 2 kombiniert werden, um eine Taxierung der Menge 215 der Staubpartikel 210 zu verbessern. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Messvorrichtung 100 gemäß Figur 4 wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 beschrieben, wobei insbesondere Unterschiede zu den Messvorrichtungen 100 gemäß Figuren 2 und 3 beschrieben werden.

Die Staubmessanordnung 120 ist zum Ermitteln eines Volumens V der Menge 215 von Staubpartikeln 210 eingerichtet. Dafür weist die Messvorrichtung 110 mehrere Füllstandssensoren 145 auf. Jeder der Füllstandssensoren 145 ist dazu eingerichtet, einen Füllstand 146 der Staubsammeleinrichtung 110 zu messen. Der Füllstands 146 ist dabei abhängig von dem Volumen V der Menge 215 der Staubpartikel 210 in der Staubsammeleinrichtung 110. In einer nicht gezeigten Ausführungsform weist die Staubmessanordnung 120 einen Füllstandssensor 145 auf.

Die Messvorrichtung 100 kann dazu eingerichtet sein, eine Volumenmessung der Menge 215 der Staubpartikeln 210 als unregelmäßige Körper durchzuführen, bei der eine mechanische Füllstandsmessung über einen Schwimmer, optional in Kombination mit einem Potentiometer erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Leitfähigkeitsmessung, eine kapazitive und/oder eine optische Füllstandsmessung der Menge 215 der Staubpartikel 215 durchgeführt werden, um den Füllstand 146 beziehungsweise das Volumen V der 215 der Staubpartikel 215 zu messen. In Figur 4 ist eine Füllstandsmessung innerhalb des Sammelbehältern 110 mittels berührungslosen, auf Ultraschall basierenden Füllstandssensoren 145 dargestellt, um direkt das Volumen V der 215 der Staubpartikel 215 zu messen und so auf den Verschleiß und andere Größen wie die Restbelagstärke schließen zu können.

Mit der Volumenmessung können Beschleunigungssensoren 130 und Kraftsensoren 140 entbehrlich sein. Damit können der Auslenkungsabschnitt 115 und der Entkopplungsabschnitt 117 entbehrlich sein. Allerdings kann sich das resultierende Volumen V ändern, beispielsweise kann das Volumen V durch Vibrationen und/oder von einer Fahrbahn herrührenden Stöße komprimiert werden. Ferner können Staubpartikel 210 in dem Sammelbehälter 210 aufgewirbelt werden. Daher kann die Ausführungsform der Messvorrichtung 100 gemäß Figur 4 mit den Ausführungsformen der Messvorrichtung 100 gemäß Figuren 2 und 3 kombiniert werden, um eine Taxierung der Menge 215 der Staubpartikel 210 zu verbessern.

Alternativ können kumulierende Durchflusssensoren zur Volumenstrommessung zum Einsatz kommen, die nicht von vorherrschenden Beschleunigungen a und Kräften F abhängig sind. Dafür kann ein Strom von Staubpartikeln 210 durch eine zwischen den Reibpartnern 220, 230, 240 und dem Staubsammelbehälter 110 angeordnete Messtrecke geführt werden. Dabei kann anhand des Volumenstroms das Volumen V der Staubpartikeln 210 gemessen werden und/oder die Anzahl der Staubpartikel 210 kann erfasst werden.

Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufplans eines Verfahrens 400 gemäß einem Aspekt der Erfindung.

Das Verfahren 400 ist zum Kalibrieren einer Messvorrichtung 100 wie mit Bezug zu Figuren 1 bis 4 beschrieben. Bei der Beschreibung der Figur 5 wird auf die Figuren 1 bis 4 sowie deren Beschreibung Bezug genommen.

Das Verfahren 400 weist den Schritt auf: Taxieren 410 der Menge 215 von in der Staubsammeleinrichtung 110 gesammelter Staubpartikel 210. Zum Kalibrieren der Messvorrichtung 100 wird die angefallene Masse M und/oder das angefallene Volumen V mittels empirischer Versuchsreihen anhand von Prüfstandläufen, Feldversuchen oder anderen möglichst unter real stattfindenden Bedingungen nachgewiesen. Dafür wird die Menge 215 von in der Staubsammeleinrichtung 110 gesammelter Staubpartikel 210 wie mit Bezug zu Figuren 1 bis 4 beschrieben erfasst.

Gemäß Figur 5 erfolgt ein empirisches Ermitteln 420 des Verschleißes der Reibpartner 220, 230, 240. Dabei werden die Reibpartner 220, 230, 240 begutachtet und/oder vermessen. Um eine hinreichend genaue Aussage über den jeweiligen Verschleiß der Reibpartner 220, 230, 240 treffen zu können, kann das Verhältnis des Verschleißes der individuellen Reibpartner 220, 230, 240 betrachtet werden. Dabei kann berücksichtigt werden, dass die Bremskomponenten ihr Verschleißlimit in der Regel nicht gleichzeitig erreichen. Beispielsweise weist der Bremsbelag- zu Bremsscheibenverschleiß ein Verhältnis von etwa 2:1 auf. Mit der Information über den Bremsbelag- zu Bremsscheibenverschleiß und Verschleißverhalten könnte dann auf den jeweiligen Verschleißzustand der Reibpartner 220, 230, 240 geschlossen werden und damit das Verschleißverhalten der Bremse als solches qualitativ beziffert werden. Durch die Menge 215 von in der Staubsammeleinrichtung 110 gesammelter Staubpartikel 210 kann auf den Summenverschleiß der Reibpartner 220, 230, 240 geschlossen werden.

In einem Beispiel beträgt der Bremsbelag- zu Scheibenverschleiß 1 :1 . Ist die Gesamtmasse der Bremsstaubpartikel 1 kg sind 0,5 kg der Bremsscheibe zuordenbar, wobei 0,5 kg einem Verschleiß der Bremsscheibe von X % entspricht. Von der Gesamtmasse der Bremsstaubpartikel von 1 kg sind 0.5 kg den Bremsbelägen zuordenbar. In der Annahme, dass beide Bremsbeläge gleichmäßig und gleich viel verschleißen, sind jeweils 0.25 kg dem zuspannseitigen und dem reaktionsseitigen Bremsbelag zuordenbar und 0.25 kg entsprechen Y % Verschleiß. Es erfolgt ein Ableiten 430 eines Zusammenhangs zwischen der Menge 215 der Staubpartikel 210 und dem Verschließ der Reibpartner 220, 230, 240. Der Zusammenhang zwischen der Menge 215 der Staubpartikel 210 und dem Verschließ der Reibpartner 220, 230, 240 wird durch eine Kennlinie abgebildet, die die Menge 215 von in der Staubsammeleinrichtung 110 gesammelter Staubpartikel 210 in einen Zusammenhang zu dem Verschleiß der Reibpartner 220, 230, 240 setzt. Dabei kann jeder der Reibpartner 220, 230, 240 einen unterschiedlichen Verschleiß aufweisen und so einer eigenen Kennlinie und einer eigenen Verschleißgrenzen zugeordnet werden. Daher können bei der Festlegung von Kennlinien entsprechende Sicherheitsreserven vorgesehen und berücksichtigt werden. Dabei kann berücksichtigt werden, dass die Bremsstaubpartikel-Masse keine homogene Dichte aufweist, denn beispielsweise die Reibpartner 220, 230, 240 Bremsscheibe mit einer Dichte von ca. 7,85 g/cm ³ und der Bremsbelag mit einer Dichte von ca. 3 g/cm ³ sind unterschiedlich beschaffen.

Durch eine Information über die Dichte der jeweiligen Reibpartner 220, 230, 240 und deren Geometrie, lässt sich entsprechend auf den Verschleißzustand schließen. Das empirische Ermitteln 420 anhand von Versuchsreihen, Prüfstandläufe und/oder Feldversuche wird durchgeführt, um eine möglichst umfassende Datenbasis zum Verschleiß zu erhalten und in der Praxis auftretende Störungen durch beispielsweise einen Differenz-, tangential- und radialverschleiß und ein Verfälschen das Messergebnis allgemein zu identifizieren.

Es erfolgt ein Plausibilisieren 440 der taxierten Menge 215 der Staubpartikel 210 anhand des empirisch ermittelten Verschleißes. Dazu wird die Menge 215 von in der Staubsammeleinrichtung 110 gesammelter Staubpartikel 210 der Theorie berechnet. Durch das Plausibilisieren 140 können Korrekturfaktoren ermittelt werden, die auf den Zusammenhang zwischen der Menge 215 der Staubpartikel 210 und dem Verschließ der Reibpartner 220, 230, 240 anzuwenden sind. Damit kann berücksichtigt werden, dass beispielsweise Leckagen ein vollständiges Sammeln der Staubpartikel 210 verhindern. Zur Plausibilitätsprüfung sind die betroffenen Reibpartner 220, 230, 240 durch zuverlässige und bereits etablierte Messverfahren auf ihren Verschleißzustand hin zu bewerten. Die ermittelten Durchschnittswerte werden dann einschließlich der Korrekturfaktoren als Sicherheitsreserven sowie etwaigen Leckageverlusten bzw. mangelnden Grad der Isolierung respektive Effizienzgrad die Partikel zum Staubsammelbehälter zu leiten, in der Kennlinie geführt.

Bezugszeichen (Teil der Beschreibung):

100 Messvorrichtung

110 Staubsammeleinrichtung

115 Auslenkungsabschnitt

116 Halterungsabschnitt

117 Entkopplungsabschnitt

120 Staubmessanordnung

130 Beschleunigungssensor

140 Kraftsensor

145 Füllstandssensor

146 Füllstand

150 Datenverarbeitungsvorrichtung

151 Mengeninformation

200 Reibbremsvorrichtung

210 Staubpartikel

215 Menge von Staubpartikeln

220 Reibpartner

230 Reibpartner

240 Reibpartner

300a Fahrzeug

300b Nutzfahrzeug

310 Umgebung

400 Verfahren

410 Taxieren

420 empirisches Ermitteln

430 Ableiten

440 Plausibilisieren

F Kraft

M Masse

M‘ Masse

V Volumen