Im wesentlichen werden derzeit im Schienenfahrzeugbereich drei Bremssysteme eingesetzt : Elektropneumatische Bremssysteme, elektrohydraulische Bremssysteme sowie elektromechanische Bremssysteme. Das Bremssystem kann dabei als aktives oder passives Bremssystem ausgeführt sein, je nachdem ob die Kraft eines Brems- aktuators zum Einbremsen (aktives Bremssystem) oder zum Lösen der Bremse (passives Bremssystem) aufgebracht werden muß. Für den Fall von Betriebsstörun- gen erfolgt bei elektropneumatischen Systemen eine Energiespeicherung in Druck- luftbehältern, bei elektrohydraulischen Systemen in Hydrobehältern und bei elektro- mechanischen Systemen in Form von Speicherfedern.

Aus dem Stand der Technik sind elektromechanische Bremszuspanneinrichtungen für Schienenfahrzeuge mit einem Bremsaktuator bekannt, der eine Betriebsbrems- einheit sowie eine Speicherbremseinheit mit einem Energiespeicher umfaßt. Die Be- triebsbremseinheit beinhaltet einen Bremskrafterzeuger zum Zuspannen und/oder Lösen der Bremse, beispielsweise in Form eines elektromotorischen Antriebs. Die Speicherbremseinheit umfaßt mindestens einen Energiespeicher zum Speichern und Abgeben von Energie zum Zuspannen der Bremse als betriebliche Notbremse im Sinne einer unterlegten Sicherheitsebene bei Ausfall der Betriebsbremseinheit und/oder als Park-oder Feststellbremse. Die Speicherbremseinheit ist im allgemei- nen als Federspeicherbremse ausgebildet.

Ein Kraftumsetzer sorgt für eine Umsetzung der vom Bremskrafterzeuger und/oder vom Energiespeicher abgegebenen Energie in eine Bremszuspannbewegung. Der elektromotorische Antrieb ist durch eine Regelungs-und Leistungselektronik zu schlupfgeregelten oder lastkorrigierten Bremsungen ansteuerbar. Für den Soll-Ist-

Vergleich sind Werte für jeweils vorliegende Ist-Bremskraft notwendig, so daß Sen- soren zur unmittelbaren Bremskraftmessung oder zur Messung von Größen vorge- sehen werden müssen, aus denen die Ist-Bremskraft ableitbar ist.

Bei elektropneumatischen und elektrohydraulischen Brems-systemen werden im all- gemeinen Drucksensoren zur Messung des in der Druckluft oder in der Hydraulik- flüssigkeit vorhandenen Betriebsdrucks verwendet, aus dem dann die Höhe der momentanen Bremskraft ableitbar ist. Bei elektromechanischen Systemen sind sol- che Medien jedoch nicht vorhanden.

Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine elektrome- chanische Bremszuspanneinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher eine Messung der Bremskraft auf einfache und genaue Weise möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung Der mechatronische Scherkraftmeßbolzen vereinigt mit Kraftumsetzung und gleich- zeitiger Kraftmessung zwei Funktionen in sich. Daher kann die erfindungsgemäße Bremszuspanneinrichtung zum einen klein bauen, zum anderen ergeben sich weni- ger Bauelemente und ein geringeres Gewicht. Indem der Kraftsensor direkt und un- mittelbar in den Kraftfluß des Kraftumsetzers integriert ist, ergibt sich darüber hinaus eine hohe Meßgenauigkeit. Der Scherkraftmeßbolzen kann mechanisch hoch dau- erfest ausgelegt werden, zur Gewährleistung einer sicheren Kraftübertragung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Wei- terbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Bremszu- spanneinrichtung möglich.

Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform der Erfindung bildet der Scherkraftmeßbolzen einen Gelenkbolzen eines wenigstens zwei Kraftübertra- gungselemente des Kraftumsetzers miteinander verbindenden Gelenks. Das Gelenk lenkt einen vom Bremsaktuator linear betätigbaren Pleuel an einen Bremshebel einer auf Bremsbacken wirkenden Exzenteranordnung an. Hierdurch befindet sich der Kraftmeßstelle in unmittelbarer Nähe der Kraftwirkstelle, weshalb der Einfluß von

Störgrößen wie beispielsweise Lagerreibung oder Hysterese gering ist, so daß da- durch sehr genaue Messungen möglich werden.

Eine bevorzugte Maßnahme sieht vor, daß der Meßaufnehmer zur Bremskraftmes- sung wenigstens einen am Umfang des Scherkraftmeßbolzens gehaltenen Dehn- meßstreifen beinhaltet. Dehnmeßstreifen haben bekanntermaßen eine hohe Meß- genauigkeit bei gleichzeitig breitem Meßbereich und sind unempfindlich gegenüber Temperatur-änderungen und Druckstößen, was vor allem bei der im Rahmen von Notbremsungen schlagartig eintretenden Krafteinwirkung von Vorteil ist. Darüber zeichnen sie sich durch eine gute Langzeitstabilität sowie hohe Korrosionsbestän- digkeit aus.

Gemäß einer Weiterbildung sind redundante Meßaufnehmer und/oder redundante Sensorsignal-Auswerteelektroniken, insbesondere redundante Meßaufnehmer mit unterschiedlichen Meßprinzipien und/oder redundante Sensorsignal- Auswerteelektroniken unterschiedlichen Aufbaus und Art vorgesehen. Damit wird eine erhöhte Zuverlässigkeit der Meßanordnung erzielt, außerdem ist eine Plausibi- litätsprüfung durch Vergleich der Meßsignale zweier oder mehrerer Meßkreise mög- lich.

Zeichnungen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Bremsaktuators mit einem integrierten Scherkraftmeßbolzen ; Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Scherkraftmeßbolzens von Fig. 1 entlang der Linie tt-tt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete, bevorzugte Ausführungsform einer elekt- romechanischen Bremszuspanneinrichtung ist für ein Schienenfahrzeug vorgesehen und beinhaltet einen Bremsaktuator 2 mit einer Betriebsbremseinheit und einer Speicherbremseinheit. Die Betriebsbremseinheit hat einen elektrischen Antrieb, bei- spielsweise einen elektrischen Stellmotor 4, der in einem Aktuatorgehäuse 6 des

Bremsaktuators 2 untergebracht ist. Ein mechanischer Kraftumsetzer 8 dient zur Umsetzung der vom Bremsaktuator 2 abgegebenen Energie in eine Bremszuspann- bewegung.

Der Stellmotor 4 versetzt eine koaxiale Bremsspindel 10 in Drehung, welche durch den Kraftumsetzer 8 in eine Bremszuspannbewegung von Bremsbelägen 12 in Richtung auf eine Bremsscheibe 14 gewandelt werden. Der Kraftumsetzer 8 umfaßt unter anderem eine Spindel/Mutter-Baueinheit 16 mit einer auf der Bremsspindel 10 drehbar gelagerten Spindelmutter 18, welche bei Drehung der Bremsspindel 10 Li- nearbewegungen in Richtung der Spindelachse ausführen kann. Das vom Stellmotor 4 abgewandte Ende der Bremsspindel 10 ragt in einen zylindrischen Hohlabschnitt eines Pleuels 20 hinein, der mit der Spindelmutter 18 axialfest verbunden ist. Außer- dem ist der zylindrische Hohlabschnitt des Pleuels 20 in einer Schiebehülse 22 axi- alfest gehalten, gegen welche wenigstens eine sich am Aktuatorgehäuse 6 abstüt- zende Speicherfeder 24 in Bremslösestellung vorgespannt ist. Die Speicherfeder 24 ist Teil der Speicherbremseinheit und dient als Energiespeicher zum Speichern und Abgeben von Energie zum Zuspannen der Bremse als betriebliche Notbremse im Sinne einer unterlegten Sicherheitsebene bei Ausfall der Betriebsbremseinheit und/oder als Park-oder Feststellbremse. Sowohl die Betriebs-als auch die Spei- cherbremseinheit wirken auf den Pleuel 20. Die Speicherfeder 24 ist durch eine Ver- riegelungseinrichtung 26 in der vorgespannten Stellung gehalten.

Ein plattenförmiger Pleuelkopf 28 des Pleuels 20 ragt aus der Schiebehülse 22 her- aus und ist mit einem Pleuelauge 30 versehen. Wie insbeondere aus Fig. 2 hervor- geht, durchragt ein Gelenkbolzen 32 das Pleuelauge 30 sowie hierzu koaxiale Durchgangsbohrungen 34 von das Pleuelauge 30 axial umgreifenden, an einem En- de eines Bremshebels 36 ausgebildeten Wangen 38. Die Wangen 38 des Bremshe- bels 36, der Pleuelkopf 28 und der Gelenkbolzen 32 bilden zusammen ein Gelenk 40 des Kraftumsetzers 8, wodurch der Bremshebel 36 am Pleuel 20 senkrecht zur Spindelachse 42 angelenkt ist. Bei Antrieb der Bremsspindel 10 in Bremszuspann- richtung bzw. bei Lösen der Verriegelungseinrichtung 26 der Speicherfeder 24 wird aufgrund des dann axial ausfahrenden Pleuels 20 der Gelenkbolzen 32 unter ande- rem durch im wesentlichen senkrecht zur Bolzenachse 44 angreifende Scherkräfte beansprucht.

Das andere Ende des Bremshebels 36 wirkt auf eine Exzenteranordnung mit einer Exzenterwelle 46, die an einen Zangenhebel 48 angelenkt ist, der zusammen mit einem weiteren Zangenhebel 50 eine Bremszange 52 bildet. An den einen Enden der Zangenhebel 48,50 sind jeweils Belaghalter 54 mit Bremsbelägen 12 angeord- net, die in Richtung der Achse der Bremsscheibe 14 verschieblich sind. Die von den Bremsbelägen 12 abgewandt liegenden Enden der Zangenhebel 48,50 sind mitein- ander über einen Druckstangensteller 56 verbunden, der vorzugsweise elektrisch betätigt ausgelegt ist. Die beschriebene Anordnung bildet ebenfalls einen Teil des Kraftumsetzers 8, der die vom Stellmotor 4 oder von der Speicherfeder 24 veran- laßten Ausfahrbewegungen des Pleuels 20 in eine Bremszuspannbewegung der Bremsbeläge 12 in Richtung auf die Bremsscheibe 14 wandelt.

Erfindungsgemäß wird der Gelenkbolzen 32 des Gelenks 40 durch einen Scherkraftmeßbolzen 58 gebildet. Der Scherkraftmeßbolzen ist mit wenigstens ei- nem Meßaufnehmer 60 zur Messung von Größen versehen, aus welchen die an den Bremsbelägen 12 wirkende Bremskraft mittelbar oder unmittelbar ableitbar ist. In bevorzugter Ausführungsform wird der Meßaufnehmer durch Dehnmeßstreifen (DMS) 60 gebildet, welche beispielsweise in einer Ebene senkrecht zur Bolzenachse 44 umlaufenden Nuten 62 aufgenommen sind. Die Nuten 62 mit den Dehn- meßstreifen 60 befinden sich im Bereich der axialen Stoßstellen des Pleuelkopfes 28 mit den Wangen 38 des Bremshebels 36 und somit genau in den Scherebenen des auf Scherung beanspruchten Scherkraftmeßbolzens 58. Die Dehnmeßstreifen 60 sind am Umfang des Scherkraftmeßbolzens 58 vorzugsweise durch Klebung derart befestigt, daß sie den aufgrund der gegensinnig wirkenden Scherkräfte hervorgeru- fenen Scherverformungen des Scherkraftmeßbolzens 58 proportionale Signale er- zeugen und diese an eine Auswerteelektronik 64 liefern.

Alternativ können die Nuten 62 entfallen und die Dehnmeßstreifen 60 auch direkt an der äußeren Mantelfläche des Scherkraftmeßbolzens 58 festgelegt sein. Gemäß ei- ner weiteren Alternative oder zusätzlich können Dehnmeßstreifen 60 in einer zur Bolzenachse 44 koaxialen Hohlbohrung des Scherkraftmeßbolzens 58 gehalten sein, wobei dieser dann dünnwandig ausgeführt ist. Anstatt am Scherkraftmeßbolzen 58 oder zusätzlich hierzu können auch ein oder mehrere Dehnmeßstreifen 60 am Bremshebel 36 angeordnet sein, um aus den Verformungen des Bremshebels 36 die Bremskräfte ableiten zu können.

Darüber hinaus kann jegliche andere Art von Meßaufnehmer verwendet werden, mit welchen die im Betrieb auftretenden Verformungen des Scherkraftmeßbolzens 58 und/oder des Bremshebels 36 meßbar sind, so beispielsweise in den Scherkraft- meßbolzen 58 integrierte Druckmessumformer, die vorzugsweise nach kapazitivem, piezoelektrischem oder piezoresistivem Prinzip arbeiten. Um eine möglichst hohe Zuverlässigkeit der Meßanordnung zu erzielen, können die Meßaufnehmer 60 und/oder die Auswertelektronik 64 redundant vorgesehen sein. Insbesondere kön- nen auch redundante Meßaufnehmer mit unterschiedlichen Meßprinzipien und re- dundante Auswerteelektroniken unterschiedlichen Aufbaus und Art vorhanden sein.

Der Scherkraftmeßbolzen 58 hat einen endseitigen, im Durchmesser vergrößerten Bolzenkopf 66, in welchem eine Sensorsignal-Auswerteelektronik 64 untergebracht ist, vorzugsweise dadurch, daß sie in den Bolzenkopf 66 eingegossen ist, wodurch eine schwingsdämpfende oder schwingungsentkoppelte Aufnahme gegeben ist. Bei den vorzugsweise verwendeten Dehnmeßstreifen 60 beinhaltet die Auswertelektro- nik 64 eine DMS-Brückenschaltung. Im Montagezustand schlägt eine stirnseitig Ringfläche des Bolzenkopfes 66 axial auf der oberen Wange 38 des Bremshebels 36 an, das vom Bolzenkopf 66 weg weisende Ende des Scherkraftmeßbolzens 58 hat zwei quer zur Bolzenachse 44 verlaufende Außennuten 68 zur Aufnahme eines lagesichernden Sprengrings.

In der Auswertelektronik 64 findet außerdem eine Umrechnung der Scherverfor- mungssignale in Signale für die jeweils an den Bremsbelägen 12 wirkende Ist- Bremskraft statt, welche an eine nicht dargestellte Steuerungs-und Regelungsein- richtung weitergeleitet werden, um anhand eines Soll-Ist-Vergleichs eine gewünschte Soll-Bremskraft einregeln zu können. Darüber hinaus dienen die empfangenen Sig- nale für die Ist-Bremskräfte zur Überwachung der Krafteinsteuerung und Funktions- fähigkeit der Bremszuspanneinrichtung 1 bei sicherheitsrelevanten Bremsungen. Zur Verifizierung der Meßergebnisse kann außerdem der antriebsseitig durch einen Stromsensor gemessene Motorstrom mit dem Signal für die Ist-Bremskraft abgegli- chen werden.

Bezuaszahlenliste 1 Bremszuspanneinrichtung 2 Bremsaktuator 4 Stellmotor 6 Aktuatorgehäuse 8 Kraftumsetzer 10 Bremsspindel 12 Bremsbelag 14 Bremsscheibe 16 Spindel-Mutter-Baueinheit 18 Spindelmutter 20 Pleuel 22 Schiebehülse 24 Speicherfeder 26 Verriegelungseinrichtung 28 Pleuelkopf 30 Pleuelauge 32 Gelenkbolzen 34 Durchgangsbohrungen 36 Bremshebel 38 Wangen 40 Gelenk 42 Spindelachse 44 Bolzenachse 46 Exzenterwelle 48 Zangenhebel

50 Zangenhebel 52 Bremszange 54 Belaghalter 56 Druckstangensteller 58 Scherkraftmeßbolzen 60 Meßaufnehmer (DMS) 62 Nuten 64 Auswerteelektronik 66 Bolzenkopf 68 Außennuten.