Die Erfindung betrifft eine Anhängerbremssteuereinrichtung.
Anhängerbremssteuereinrichtungen, die vom Zugfahrzeug pneumatisch gesteuert werden, sind in mehreren Varianten bekannt, haben aber den Nachteil, dass sie eine ziemlich lange Ansprechzeit aufweisen. In Bremsanlagen, die für das Zugund das Anhängerfahrzeug gebaut sind, ist es ohne Schwierigkeiten möglich, die Anhängerbremssteuereinrichtung ausgehend von derjenigen des Zugfahrzeuges hydraulisch zu steuern. Wenn aber nachträglich eine Anhängerbremssteuereinrichtung an einen hydraulischen Bremskreis des Zugfahrzeuges angeschlossen werden soll, entstehen in der Praxis Schwierigkeiten, hauptsächlich weil die Hersteller von Fahrzeugen eine Garantie ablehnen, sobald am Bremssystem ein Eingriff vorgenommen wird.
Reparaturwerkstätten lehnen es daher ab, einen solchen Eingriff vorzunehmen. Ähnliche Schwierigkeiten würden auftreten, wenn durch einen ähnlichen Eingriff am hydraulischen Bremssystem des Zugfahrzeuges ein mechanisch-elektrischer Geber angeschlossen würde. von dem ausgehend dann die Anhängerbremssteuereinrichtung gesteuert würde.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine bezüglich der Herstellungs- und Installationskosten tragbare Anhängerbremssteuereinrichtung zu schaffen, die eine kurze Ansprechzeit aufweist und deshalb primär elektrisch gesteuert ist und die zudem keinen Eingriff in das hydraulische Bremssystem des Zugfahrzeuges erheischt. Die Erfindung geht dabei vom Grundgedanken aus, die bei einer Bremsung des Zugfahrzeuges auftretende Verzögerung dieses letzteren auf elektrischem Wege zu messen und in der Grösse der Brems veuQeerung entsprechende Signale nach Verstärkung zur Steuerung einer vorzugsweise mit Unterdruck oder mit Druckluft arbeitenden Anhängerbremsung zu benützen.
Wegen der hohen Kosten müssen dabei elektrische Oszillatoren und Schwingkreise und dafür brauchbare Geber von elektrischen Signalen zum vornherein ausser Betracht fallen.
Die erfindungsgemässe Anhängerbremssteuereinrichtung ist gekennzeichnet durch: a) einen im Zugfahrzeug installierten Kreispendel-Ver zögemngsgeber, der bei einer Bremsung des Zugfahrzeuges die Lichtmenge steuert, die von einer mit konstanter Spannung gesplesener Lichtquelle auf ein Photoelement fällt, so dass in diesem der Widerstand proportional zur jeweiligen Verzögerung zunimmt oder abnimmt, b) elektronische Mittel, die in Abhängigkeit des jeweiligen Photoelement-Widerstandswertes ein elektrisches Signal abgeben.
das zur jeweiligen Verzögerung in einer vorbe stimmten Funktion steht, c) eine elektropneumatische Wandlervorrichtung, welche in Abhängigkeit des elektrischen Signals einen Vakuumzylinder oder Druckluftbremszylinder beaufschlagt, oder eine elektrisch betätigte Bremse, die in Abhängigkeit des elektrischen Signals betätigt wird.
In einer Ausführungsform besteht das Photoelement vorzugsweise aus einem Photowiderstand; die elektronischen Mittel weisen vorzugsweise einen Operationsverstärker und mindestens einen Leistungstransistor auf; die elektropneumatische Vorrichtung weist vorzugsweise einen elektrodynamischen Wandler auf. der mechanisch mit einem fein und rtickuirkungsarm ansprechenden pneumatischen Steuerglied verbunden ist. welches seinerseits über ein Relaisventil auf den Kolben des Bremszylinderkolbenaggregates einwirkt.
Beiliegende Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschema der ersten Ausführungsform,
Fig. 2 ein mehr Einzelheiten darstellendes Schema dieser Ausführungsform, und zwar mit Vakuumbremssteuermitteln im Anhängerfahrzeug, und
Fig. 3 ein ähnliches Schema der zweiten Ausführungsform, in welcher das Anhängerfahrzeug mit elektrisch betätigten Bremsen ausgerüstet ist.
In der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 sind wie üblich Stopplichter 51 über einen Stopplichtschalter 52 an eine Batterie 53 angeschlossen. In einem mit einer stabilisierten Spannung gespeisten, im Zugfahrzeug zu installierenden Kreispendel-Verzögerungsgeber 54 wird ein elektrisches Signal erzeugt, das der bei Bremsung des Zugfahrzeuges auftretenden Verzögerung proportional ist. Dieses Signal wird über einen Eingangsspannungsteiler einem Verstärker 55 zugeführt. Das im Verstärker 55 verstärkte Signal steuert eine elektropneumatische Wandlervorrichtung 56, die eine diesem Signal proportionale Kraft erzeugt.
Bei voller Signalstärke, die bei indirektem Bremssystem im nicht gebremsten Zustand auftritt, ist diese Kraft mit einer Federkraft im Gleichgewicht, und es entsteht keine resultierende Kraft auf ein das letzte Glied der elektropneumatischen Wandlervorrichtung bildendes Steuerventil. Bei abnehmender Signalintensität in der elektropneumatischen Wandlervorrichtung nimmt auch die abgegebene Kraft ab. Zwischen der konstanten Federkraft und der abnehmenden Kraft entsteht eine resultierende Differenzkraft, die zur Betätigung des Steuerventils verwendet wird, wobei letzteres praktisch rückführungsfrei ist in dem Sinne, dass der Eingangs- und der Ausgangsdruck praktisch keinen Einfluss auf die Betätigungskraft hat.
In der elektropneumatischen Wandlervorrichtung wird der Ausgangsdruck des Steuerventils einem Differentialmembrankolbensystem zugeführt; er erzeugt in diesem eine Kraft, die der eines vorgeschalteten elektrodynamischen Wandlers gleich ist und zudem der Kraft der Feder entgegengerichtet ist. Durch die Rückkopplung des Ausgangsdruckes des Steuerventils wird erreicht, dass dieses durch eine Kraftabnahme des elektrodynamischen Wandlers so lange angesteuert wird, bis der Steuerdruck im Differentialkolbensystem eine Kraft erzeugt, die der Kraftabnahme des elektrodynamischen Wandlers entspricht. Eine Abnahme oder Zunahme der Signalintensität am Eingang des elektrodynamischen Wandlers ergibt also eine genau entsprechende Abnahme bzw. Zunahme des Druckes im Steuerventil, vorausgesetzt, dass eine Vakuumbremseinrichtung im Anhängerfahrzeug vorgesehen ist.
Bei Verwendung einer Druckluftbremseinrichtung gibt sinngemäss eine Kraftabnahme im Wandler einen zunehmenden Druck im Steuerventil. Um eine möglichst rückführungsfreie und hysteresisarme Charakteristik des Steuerventils zu erreichen, müssen die Durchflussquerschnitte in letzterem sehr klein gewählt werden, die Durchflussmengen sind zur direkten Ansteuerung der Bremszylinder 57 des Anhängerfahrzeuges ungenügend.
Daher muss zwischen dem Steuerventil der elektropneumatischen Wandlervorrichtung 56 und diesen Bremszylindern 57 ein Relaisventil 58 bekannter Bauart zwischengeschaltet werden.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 werden nunmehr die Einzelheiten des Aufbaues beschrieben, wobei vorerst angenommen wird, dass sich die Einrichtung im Ruhezustand befindet, also der Stopplichtschalter 52 offen ist (ungebremster Zustand). Der Verzögerungsgeber weist ein Kreispendel 59 auf, das bei Verzögerungen des Zugfahrzeuges um eine elektrische Lichtquelle 60 herum pendelt und dabei die Lichtmenge, die dabei von dieser Lichtquelle auf einen Photowiderstand 61 fällt, mehr oder weniger abschirmt. Zur Stabilisation der Speisespannung der Lichtquelle 60 sind eine Zenerdiode 62 und ein Vorwiderstand 63 vorgesehen.
Der Verstärker 55 weist als Hauptteile einen integrierten Operationsverstärker 64 und in einer nachgeschalteten Leistungsstufe einen Transistor 65 auf. Dem Operationsverstärker 64 ist ein Eingangsspannungsteiler zugeordnet, in welchem zwischen dem Knotenpunkt 66 und einem Speiseleiter 67 ein Widerstand 68 und zwischen dem Knotenpunkt 66 und einem an die Masse angeschlossenen Leiter 69 der Photowiderstand 61 und ein gewöhnlicher Widerstand 70 in Parallelschaltung angeordnet sind. Es ist ferner ein Gegenkopplungsspannungsteiler vorgesehen, in welchem dies- und jenseits eines Knotenpunktes 71 die Widerstände 72 bzw. 73 angeordnet sind. Im Verstärker 55, der an sich von bekannter Bauart ist, findet man nebstdem Hilfs- und Schutzwiderstände 74 bis 78 und einen Kondensator 79; mit 80 sind die Ausgangsklemmen des Verstärkers 55 bezeichnet.
Bei nichtbetätigtem Bremspedal ist der Stopplichtschalter 52 offen. In diesem Ruhezustand ist der eine Anschluss der Lichtquelle 60 über dem Vorwiderstand 63, die Stopplichter 51 und die Masse mit dem Pluspol der Batterie 53 und der andere Anschluss der Lichtquelle 60 direkt über die Masse ebenfalls mit dem Pluspol der Batterie verbunden. Die Lichtquelle 60 leuchtet daher nicht auf. Es trifft daher auch keine Lichtstrahlung auf den Photowiderstand 61 auf, und dieser weist einen grossen Widerstandswert auf. Am Knotenpunkt 66 des Eingangsspannungsteilers, dessen Widerstand 68 über den Speiseleiter 67 mit dem Pluspol der Batterie 53 verbunden ist, tritt eine in bezug auf die Masse positive Spannung auf, weil der Knotenpunkt über die dem Photowiderstand 61 und die parallel zu ihm geschalteten Widerstände 70 und 74 mit der Masse verbunden sind.
Die am Knotenpunkt 66 auftretende Spannung wird über den Schutzwiderstand 75 dem nichtintervertierenden Eingang 3 des Operationsverstärkers 64 zugeführt. Am Ausgang 7 dieses Operationsverstärkers ist ein Lastwiderstand 77 und die Basis des Transistors 65 der Leistungsstufe angeschlossen. Der Kollektor dieses Transistors 65 ist mit der Masse und der Emitter über eine Tauchspule 83 der nachstehend beschriebenen Wandlervorrichtung 56 mit dem Speiseleiter 67 verbunden. Der die Widerstände 72 und 73 umfassende Gegenkopplungsspannungsteiler ist parallel zur Tauchspule 83 geschaltet, und die am Knotenpunkt 71 dieses Spannungsteilers abgegriffene Gegenkopplungsspannung wird über den Schutzwiderstand 76 den intervertierenden Eingang 4 des Operationsverstärkers zugeführt.
Die Widerstände, welche den Eingangsspannungsteiler und den Gegenkopplungsspannungsteiler bilden, sind so bemessen, dass im oben beschriebenen Ruhezustand die dem nichtintervertierenden Eingang 3 des Operationsverstärkers 64 zugeführte Spannung gerade so gross ist, dass am Lastwiderstand 77 ein Spannungsabfall entsteht, der ausreicht, den Transistor 65 praktisch vollständig leitend zu machen.
Der durch die Tauchspule 83 fliessende Strom nimmt deshalb im Ruhezustand seinen maximalen Wert an. Die Gegenkopplung sorgt dafür, dass der ganze Verstärker 55 einen konstanten Verstärkungsgrad aufweist, auch dann, wenn die von der Batterie abgegebene Spannung Schwankungen unterworfen ist. Der Kondensator 79 vermindert die Verstärkung bei hohen Frequenzen, was zur Folge hat, dass sich eine durch die Gegenkopplung entstehende Schwingneigung nicht auswirkt.
Die elektropneumatische Wandlervorrichtung 56 weist als Hauptteile einen elektrodynamischen Wandler 81 mit einem Permanentmagneten 82 und die Tauchspule 83, ferner ein Steuerventil 84 mit einem Gehäuse 85 und einem plattenförmigen beweglichen Ventilglied 86 und schliesslich eine Reaktionseinheit 87 auf. Letztere weist einen Differentialmembrankolben 88 auf, der in einem Gehäuse 89 arbeitet und dessen Stange 90 an ihrem freien Ende mit dem einen Ende einer Zugfeder 91 verbunden ist, deren anderes Ende an einer zur Einstellung der Vorspannung der Feder dienenden Stellschraube 92 angehängt ist.
Eine das Wirkglied 86 des Steuerventils 84 tragende Stange 93 ist sehr nahe beim Wirkglied 86 im Gehäuse 85 kippbar gelagert, durchsetzt praktisch spielfrei die Kolbenstange 90 und trägt an ihrem freien Ende die Tauchspule 83 des elektrodynamischen Wandlers 81.
Im Ruhezustand, also bei offenem Stopplichtschalter, wird der Tauchspule 83 vom Verstärker 55 über die Anschlussleiter 94 ein maximaler Strom zugeführt, weshalb sie vollständig in den Permanentmagneten 82 eintaucht! Dabei wird die Stange 93 im Uhrzeigersinn um die Kipplagerstelle im Gehäuse 85 gekippt entgegen dem Widerstand der Feder 91; der Ventilwirkteil 86 hält bei der entsprechenden Kippung die Einmündung 95 einer Saugleitung 96 - in dem ein Vakuumbehälter 97 eingesetzt ist und die an eine Unterdruckquelle 97, etwa im Antriebsmotor des Zugfahrzeuges, angeschlossen ist - verschlossen; zugleich wird durch das Steuerventilwirkglied 86 die Einmündung 99 eines in die Atmosphäre ausmündenden Kanals 100 freigegeben. In der Kammer 101 des Steuerventilgehäuses 85 herrscht also atmosphärischer Druck.
Dieser pflanzt sich durch eine Verbindungsleitung 102 in die Kammer 103 der Reaktionseinheit 87 weiter und über die Verbindungsleitung 104 auch in.die obere Kammer 105 des Relaisventils 58 weiter. Letzteres ist von bekannter Bauart und weist nebst dem Gehäuse 106 wie üblich eine Kolbenmembran 107, bewegliche Schliessglieder 108, 109 und eine Schliessfeder 110 auf. Dieses Relaisventil ist vorgesehen, weil das Steuerventil nicht für den Durchlass von grossen Luftmengen geeignet ist, wie er für die Betätigung des Kolbens 111 im Bremszylinder 57 erforderlich ist.
Die Arbeitskammer dieses Bremszylinders ist durch die Verbindungsleitung 112 mit der unteren Kammer 113 des Relaisventils 58 verbunden. Der Sauglufteinlass 114 ist durch die Verbindungsleitung mit dem Unterdruckbehälter 97 verbunden. Bei aus der Kammer 105 mit dem atmosphärischen Druck beaufschlagter Kolbenmembran 107 nehmen die Schliessglieder 108, 109 im Relaisventil die gezeigte Lage ein; die Kammer 113 ist mit der Atmosphäre verbunden, der Bremszylinder 57 ist entlüftet, und somit sind die Bremsen des Anhängerfahrzeuges in diesem Zustand ungebremst.
Es wird nun der Betriebszustand beschrieben, der herrscht, wenn der Stopplichtschalter 52 durch leichtes Antippen des Bremspedals geschlossen ist, aber noch keine Bremsung des Zugfahrzeuges, also keine Verzögerung desselben, eingetreten ist.
Durch das Schliessen des Stopplichtschalters 52 wird einerseits die volle Batteriespannung an die Stopplichter 51 angelegt, so dass diese aufleuchten, anderseits wird an die Lichtquelle 60 über den Vorwiderstand 63 eine Spannung angelegt, so dass die Lichtquelle 60 aufleuchtet und den Photowiderstand 61 voll bestrahlt. Dadurch sinkt der Widerstandswert des Photowiderstandes auf seinen Minimalwert. Dies hätte zur Folge, dass die in bezug auf die Masse positive Spannung am nichtintervertierenden Eingang 3 des Operationsverstärkers entsprechend dem Abnehmen des Widerstandswertes des Photowiderstandes 61 relativ stark absinken würde, was jedoch keinen Einfluss auf den Strom, der durch die Tauchspule 83 fliesst, hätte, da ja der Transistor 65 schon vollständig leitend ist.
Um zu verhindern, dass die positive Spannung am Eingang 3 des Operationsverstärkers nicht absinkt, sondern um einen solchen Betrag zunimmt, so dass der durch die Tauchspule 83 fliessende Strom um angenähert 1/4 abnimmt, wird der Knotenpunkt 66 des Eingangsspannungsleiters über den Widerstand 74 ebenfalls mit dem Pluspol der Batterie 53 verbunden.
Da der Stromdurchfluss durch die Tauchspule 83 bei unverändert gebliebenem Magnetfeld des Permanentmagneten 82 um etwa 1/4 abgenommen hat, sinkt auch die von der Tauchspule übertragene Axialkraft um einen entsprechenden Betrag. Das von der Feder 91 auf die Stange 93 ausgeübte Kippmoment überwiegt nun das von der Tauchspule 83 aus geübte Kippmoment. Dementsprechend wird das Ventilglied 86 im Gegenuhrzeigersinn gekippt, wobei es zuerst die Einmündung 99 des Kanals 100 verschliesst und dann die Einmündung 95 der Saugleitung 96 freigibt. Dementsprechend sinkt der Druck in der Kammer 101 des Steuerventils 84, der Kammer 103 der Reaktionseinheit 87 und der oberen Kammer 105 des Relaisventils 58.
In der Reaktionseinheit 87 herrscht am Reaktionskolben 88 Kräftegleichgewicht, was etwa dann der Fall sein wird, wenn der Druck in der Kammer 101 um etwa 1/4 des atmosphärischen Druckes abgesunken ist. Die gleiche Druckabsenkung ergibt sich in der Kammer 105 des Relaisventils 58. In diesem wird zuerst das Schliessglied 109 am Sitz des Gehäuses zum Anliegen kommen und anschliessend sich das Schliessglied 110 vom Schliessglied 109 abheben, mit der Folge, dass die Kammer 113 samt der Verbindungsleitung 112 und dem Arbeitsraum des Bremszylinders 57 mit der Saugleitung in Verbindung gebracht wird.
Der Gleichgewichtszustand im Relaisventil 58 stellt sich' ein, sobald in den Kammern 105 und 113 Druckgleichgewicht herrscht; somit kommt im Bremszylinder 57 der etwa 1/4 at betragende Unterdruck zur Wirkung und die Bremsen des Anhängerfahrzeuges werden leicht angelegt.
Es werden nun die Vorgänge beschrieben, die sich abspielen, wenn das Zugfahrzeug durch Betätigung des Bremspedals gebremst wird, also eine Verzögerung erfährt.
Durch die Wirkung der Verzögerung wird das Kreispendel 59, dessen Drehachse quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist. in Abhängigkeit der Grösse der Verzögerung angelenkt und deckt dabei je nach dem Mass der Verzögerung den Photowiderstand 61 ab, so dass der Widerstandswert desselben proportional zur Grösse der Verzögerung zunimmt.
Mit der Zunahme des Widerstandswertes des Photowiderstandes steigt die Spannung am Knotenpunkt 66 und somit auch am Eingang 3 des Operationsverstärkers an. Dies bewirkt, dass der Spannungsabfall über dem Lastwiderstand 77 abnimmt. Da mit diesem Spannungsabfall der Transistor 65 der Leistungsstufe gesteuert wird, nimmt der durch die Tauchspule 83 fliessende Strom in dem Masse, je mehr das Kreispendel 59 den Photowiderstand abdeckt, ab. Bei der maximalen Verzögerung ist der durch die Tauchspule 83 fliessende Strom praktisch gleich Null, wodurch, wie nachstehend erläutert wird, die maximale Bremsung eingeleitet wird. Somit ist in Analogie zu bekannten Druckluft- und Unterdruckbremsen eine Bremsung des unabsichtlich losgelösten Anhängers gewährleistet.
In der vom Verstärker 55 gespiesenen Tauchspule 83 des Wandlers 81 ist der Stromdurchfluss zur Verzögerung des Zugfahrzeuges umgekehrt proportional. Bei zunehmender Verzögerung nimmt also die auf die Tauchspule einwirkende magnetische Kraft ab und im Zusammenspiel mit der Reaktionseinheit 87 stellt sich in der Kammer 101 des Steuerventils 84 ein entsprechend grösserer Unterdruck ein, ähnlich wie dies schon für den Betriebszustand beschrieben wurde, bei dem die Fussbremse nur bis zum Aufleuchten der Stopplichter angetippt wird. Auch wie schon dort beschrieben, wird dieser vergrösserte Unterdruck durch das Relaisventil 58 auf die Arbeitskammer des Bremszylinders 57 übertragen, in welchem somit der Kolben mit verstärkter Kraft verstellt wird und eine entsprechend vergrösserte Bremswirkung auf die Räder des Anhängerfahrzeuges ausübt.
Das Steuerventil 84 ist dank seiner besonderen Ausbildung (Kipplagerung der Stange 93 sehr nahe bei der Ebene der Schliessfläche des Wirkteiles 86) in der Lage, auch unter der Einwirkung von nur sehr kleinen vorhandenen Steuerkräften einen Druck stabil und hysteresisarm zu steuern. Die Ausbildung des Steuerventils hat ferner den Vorteil gegen über Prallplattensystemen, dass sie luftverlustfrei ist, wenn ein Sollwert einmal geregelt ist.
Mit Bezugnahme auf die Fig. 3 wird nun eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher im Anhängerfahrzeug eine elektromagnetisch betätigte Anhängerbremse 116 von an sich bekannter Bauart vorhanden ist. Die Stopplichter sind wieder mit 51, der Stopplichtschalter mit 52 und die Batterie mit 53 bezeichnet. Mit 117 ist zusammenfassend ein Verzögerungsgeber bezeichnet, in welchem ein Kreispendel 118 so im Zugfahrzeug angeordnet ist, dass bei zunehmender Verzögerung des Zugfahrzeuges eine zunehmende Lichtmenge aus einer elektrischen Lichtquelle 119 auf einen Photowiderstand 120 einfällt. Zur Stabilisierung der Speisespannung der Lichtquelle 119 ist eine Zenerdiode 123 vorgesehen, die mit einem Vorwiderstand 121 zusammenarbeitet.
Der Verstärker
122 enthält einen aus den Widerständen 124 und 125 bestehenden Eingangsspannungsleiter, den gleichen Operationsverstärker 64 wie die Ausführung gemäss der Fig. 2, eine zwei Transistoren 126 und 127 aufweisende Leistungsstufe und einen aus den Widerständen 128 und 129 bestehenden Gegenkopplungsspannungsteiler. Der Emitter des Transistors
127 ist über eine Wicklung 130 der elektrisch betätigten Bremse 116 mit der Masse verbunden. Die Bremse 116 ist unwirksam, wenn kein Strom durch ihre Wicklung 130 fliesst.
Der Verstärker 122 und der Verzögerungsgeber 117 werden über einen gemeinsamen Speiseleiter 131 gespiesen, welcher mit den Stopplichtern 51 an den Stopplichtschalter 52 angeschlossen ist. Bei nichtbetätigtem Bremspedal ist der Stopplichtschalter 52 offen, die Stopplichter 51 leuchten nicht auf und der Verstärker 122 sowie der Verzögerungsgeber 117 sind spannungslos. Daher ist auch die Wicklung 130 der Bremse 116 stromlos.
Wenn das Bremspedal betätigt wird, schliesst der Stopplichtschalter 52, die Stopplichter 51 leuchten und dem Verstärker 122 und dem Verzögerungsgeber 117 wird über den Speiseleiter 131 die Batteriespannung angelegt. Die Lichtquelle 119 leuchtet auf und solange keine Verzögerung eintritt, wird der Photowiderstand 120 nicht bestrahlt, weil das Kreispendel 118 die Lichtstrahlung abdeckt. Dieser ist parallel zum Widerstand 124 des Eingangsspannungsteilers geschaltet. Der Widerstandswert des Photowiderstandes ist in dieser Betriebsphase relativ hoch.
Die Widerstände 124 und
125 sind so gewählt, dass am Knotenpunkt 132 eine solche gegenüber der Masse positive Spannung dem Eingang 3 des Operationsverstärkers über den Schutzwiderstand 75 zugeführt wird, dass am Lastwiderstand 77 am Ausgang 7 des Operationsverstärkers 64 ein kleiner Spannungsabfall auftritt, welcher die Leistungsstufe nicht anzusteuern vermag, dass ein nennenswerter Strom durch die Wicklung 130 fliesst.
Mit zunehmender Verzögerung wird der Photowiderstand 120 stärker bestrahlt. Umgekehrt zur Zunahme der Bestrah läwird der Widerstandswert des Photowiderstandes 120 kleirNe)r und die in bezug auf die Masse positive Spannung am Knotenpunkt 132 nimmt proportional zur Verzögerung zu.
Der Spannungsabfall am Lastwiderstand 77 steigt und damit auch der der Wicklung 130 der Bremse 116 zugeführte Strom, in dem Masse wie die Verzögerung zunimmt. Dies bewirkt, dass die Bremswirkung zunimmt.
The invention relates to a trailer brake control device.
Trailer brake control devices that are pneumatically controlled by the towing vehicle are known in several variants, but have the disadvantage that they have a fairly long response time. In brake systems that are built for the towing vehicle and the trailer vehicle, it is possible without difficulty to hydraulically control the trailer brake control device starting from that of the towing vehicle. If, however, a trailer brake control device is to be connected to a hydraulic brake circuit of the towing vehicle at a later date, difficulties arise in practice, mainly because the manufacturers of vehicles reject a guarantee as soon as an intervention is made on the brake system.
Repair shops therefore refuse to undertake such an intervention. Similar difficulties would arise if a mechanical-electrical transmitter were connected through a similar intervention in the hydraulic brake system of the towing vehicle. from which the trailer brake control device would then be controlled.
The invention is therefore based on the object of creating a trailer brake control device which is portable in terms of manufacturing and installation costs, which has a short response time and is therefore primarily electrically controlled and which, in addition, does not require any intervention in the hydraulic braking system of the towing vehicle. The invention is based on the basic idea of electrically measuring the deceleration of the latter when braking the towing vehicle and using signals corresponding to the magnitude of the brake veuQeerung after amplification to control trailer braking, preferably with negative pressure or compressed air.
Because of the high costs, electrical oscillators and resonant circuits and generators of electrical signals that can be used for this must be disregarded from the outset.
The trailer brake control device according to the invention is characterized by: a) a circular pendulum delay sensor installed in the towing vehicle which, when the towing vehicle brakes, controls the amount of light that falls from a light source spanned with constant voltage on a photo element so that the resistance is proportional to the respective Delay increases or decreases, b) electronic means which emit an electrical signal as a function of the respective photo element resistance value.
which stands for the respective delay in a certain vorbe function, c) an electropneumatic converter device which acts on a vacuum cylinder or air brake cylinder depending on the electrical signal, or an electrically operated brake that is operated as a function of the electrical signal.
In one embodiment, the photo element preferably consists of a photo resistor; the electronic means preferably have an operational amplifier and at least one power transistor; the electropneumatic device preferably has an electrodynamic converter. which is mechanically connected to a fine, low-feedback pneumatic control element. which in turn acts on the piston of the brake cylinder piston unit via a relay valve.
The accompanying drawing shows two exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
1 shows a block diagram of the first embodiment,
Fig. 2 is a more detailed schematic of this embodiment, with vacuum brake control means in the trailer, and
Fig. 3 is a similar scheme of the second embodiment in which the trailer vehicle is equipped with electrically operated brakes.
In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, stop lights 51 are connected as usual to a battery 53 via a stop light switch 52. An electrical signal that is proportional to the deceleration that occurs when the towing vehicle is braked is generated in a pendulum deceleration sensor 54, which is supplied with a stabilized voltage and is to be installed in the towing vehicle. This signal is fed to an amplifier 55 via an input voltage divider. The signal amplified in the amplifier 55 controls an electropneumatic converter device 56 which generates a force proportional to this signal.
At full signal strength, which occurs with the indirect braking system in the non-braked state, this force is in equilibrium with a spring force and there is no resulting force on a control valve forming the last link of the electropneumatic converter device. As the signal intensity in the electropneumatic converter device decreases, the force output also decreases. A resulting differential force arises between the constant spring force and the decreasing force, which is used to actuate the control valve, the latter being practically free of feedback in the sense that the inlet and outlet pressures have practically no influence on the actuation force.
In the electro-pneumatic converter device, the output pressure of the control valve is fed to a differential diaphragm piston system; it generates a force in this which is equal to that of an upstream electrodynamic converter and which is also opposed to the force of the spring. The feedback of the output pressure of the control valve ensures that this is controlled by a force decrease in the electrodynamic converter until the control pressure in the differential piston system generates a force that corresponds to the force decrease in the electrodynamic converter. A decrease or increase in the signal intensity at the input of the electrodynamic converter therefore results in an exactly corresponding decrease or increase in the pressure in the control valve, provided that a vacuum braking device is provided in the trailer vehicle.
When using a compressed air brake device, a force decrease in the converter results in an increasing pressure in the control valve. In order to achieve a characteristic of the control valve that is as free of feedback and hysteresis as possible, the flow cross-sections in the latter must be selected to be very small; the flow rates are insufficient for direct control of the brake cylinders 57 of the trailer vehicle.
A relay valve 58 of a known type must therefore be interposed between the control valve of the electropneumatic converter device 56 and these brake cylinders 57.
The details of the construction will now be described with reference to FIG. 2, it being initially assumed that the device is in the idle state, that is to say that the stop light switch 52 is open (unbraked state). The decelerator has a circular pendulum 59 which, when the towing vehicle decelerates, swings around an electrical light source 60 and more or less shields the amount of light that falls from this light source onto a photoresistor 61. A zener diode 62 and a series resistor 63 are provided to stabilize the supply voltage of the light source 60.
The main part of the amplifier 55 is an integrated operational amplifier 64 and a transistor 65 in a downstream power stage. The operational amplifier 64 is assigned an input voltage divider in which a resistor 68 is arranged between the node 66 and a feed conductor 67 and the photoresistor 61 and an ordinary resistor 70 are arranged in parallel between the node 66 and a conductor 69 connected to ground. Furthermore, a negative feedback voltage divider is provided in which the resistors 72 and 73 are arranged on one side and on the other side of a node 71. In the amplifier 55, which is of a known type, there are auxiliary and protective resistors 74 to 78 and a capacitor 79; with 80 the output terminals of the amplifier 55 are designated.
When the brake pedal is not actuated, the stop light switch 52 is open. In this idle state, one connection of the light source 60 is connected via the series resistor 63, the stop lights 51 and the ground to the positive pole of the battery 53 and the other connection of the light source 60 is also connected directly to the positive pole of the battery via the ground. The light source 60 therefore does not light up. Therefore, no light radiation strikes the photoresistor 61 either, and this has a high resistance value. At the junction 66 of the input voltage divider, the resistor 68 of which is connected to the positive pole of the battery 53 via the feeder 67, a positive voltage with respect to ground occurs because the junction is connected to the photoresistor 61 and the resistors 70 and 70 connected in parallel to it 74 are connected to ground.
The voltage occurring at the node 66 is fed to the non-interverting input 3 of the operational amplifier 64 via the protective resistor 75. A load resistor 77 and the base of the transistor 65 of the power stage are connected to the output 7 of this operational amplifier. The collector of this transistor 65 is connected to ground and the emitter is connected to the feeder 67 via a plunger coil 83 of the converter device 56 described below. The negative feedback voltage divider comprising the resistors 72 and 73 is connected in parallel with the plunger coil 83, and the negative feedback voltage tapped at the node 71 of this voltage divider is fed to the interverting input 4 of the operational amplifier via the protective resistor 76.
The resistors, which form the input voltage divider and the negative feedback voltage divider, are dimensioned so that in the idle state described above the voltage fed to the non-interverting input 3 of the operational amplifier 64 is just large enough that a voltage drop occurs at the load resistor 77 that is sufficient for the transistor 65 in practice to make fully conductive.
The current flowing through the plunger coil 83 therefore assumes its maximum value in the idle state. The negative feedback ensures that the entire amplifier 55 has a constant gain, even if the voltage output by the battery is subject to fluctuations. The capacitor 79 reduces the gain at high frequencies, with the result that a tendency to oscillate caused by the negative feedback does not have any effect.
The main parts of the electropneumatic converter device 56 are an electrodynamic converter 81 with a permanent magnet 82 and the plunger coil 83, furthermore a control valve 84 with a housing 85 and a plate-shaped movable valve member 86 and finally a reaction unit 87. The latter has a differential diaphragm piston 88 which works in a housing 89 and whose rod 90 is connected at its free end to one end of a tension spring 91, the other end of which is attached to an adjusting screw 92 which is used to adjust the bias of the spring.
A rod 93 carrying the active member 86 of the control valve 84 is tiltably mounted very close to the active member 86 in the housing 85, passes through the piston rod 90 with practically no play and carries the plunger coil 83 of the electrodynamic converter 81 at its free end.
In the idle state, i.e. when the stop light switch is open, the plunger coil 83 is supplied with a maximum current from the amplifier 55 via the connecting conductor 94, which is why it is completely immersed in the permanent magnet 82! The rod 93 is tilted clockwise around the tilting bearing in the housing 85 against the resistance of the spring 91; the valve element 86 keeps the opening 95 of a suction line 96 - in which a vacuum container 97 is inserted and which is connected to a vacuum source 97, for example in the drive motor of the towing vehicle - closed when tilted accordingly; at the same time, the confluence 99 of a channel 100 opening into the atmosphere is released by the control valve active member 86. In the chamber 101 of the control valve housing 85 there is therefore atmospheric pressure.
This propagates through a connecting line 102 into the chamber 103 of the reaction unit 87 and via the connecting line 104 also into the upper chamber 105 of the relay valve 58. The latter is of known design and, in addition to the housing 106, has, as usual, a piston diaphragm 107, movable closing elements 108, 109 and a closing spring 110. This relay valve is provided because the control valve is not suitable for the passage of large amounts of air, as is necessary for actuating the piston 111 in the brake cylinder 57.
The working chamber of this brake cylinder is connected to the lower chamber 113 of the relay valve 58 by the connecting line 112. The suction air inlet 114 is connected to the vacuum container 97 by the connecting line. When the piston diaphragm 107 is acted upon by atmospheric pressure from the chamber 105, the closing members 108, 109 in the relay valve assume the position shown; the chamber 113 is connected to the atmosphere, the brake cylinder 57 is vented, and thus the brakes of the trailer vehicle are unbraked in this state.
The operating state will now be described which prevails when the stop light switch 52 is closed by lightly tapping the brake pedal, but the towing vehicle has not yet been braked, that is, the same has not been decelerated.
By closing the stop light switch 52, on the one hand, the full battery voltage is applied to the stop lights 51 so that they light up; on the other hand, a voltage is applied to the light source 60 via the series resistor 63 so that the light source 60 lights up and fully irradiates the photoresistor 61. As a result, the resistance value of the photoresistor drops to its minimum value. The consequence of this would be that the voltage at the non-interverting input 3 of the operational amplifier, which is positive with respect to ground, would decrease relatively sharply in accordance with the decrease in the resistance value of the photoresistor 61, which would, however, have no effect on the current flowing through the moving coil 83, since the transistor 65 is already fully conductive.
In order to prevent the positive voltage at input 3 of the operational amplifier from falling, but increasing by such an amount that the current flowing through the plunger coil 83 decreases by approximately 1/4, the junction 66 of the input voltage conductor via the resistor 74 is also connected to the positive terminal of the battery 53.
Since the current flow through the plunger coil 83 has decreased by approximately 1/4 while the magnetic field of the permanent magnet 82 has remained unchanged, the axial force transmitted by the plunger coil also drops by a corresponding amount. The tilting moment exerted by the spring 91 on the rod 93 now outweighs the tilting moment exerted by the plunger coil 83. Accordingly, the valve member 86 is tilted in the counterclockwise direction, whereby it first closes the junction 99 of the channel 100 and then releases the junction 95 of the suction line 96. The pressure in the chamber 101 of the control valve 84, the chamber 103 of the reaction unit 87 and the upper chamber 105 of the relay valve 58 decreases accordingly.
In the reaction unit 87 there is an equilibrium of forces at the reaction flask 88, which will be the case approximately when the pressure in the chamber 101 has dropped by about 1/4 of the atmospheric pressure. The same pressure drop results in chamber 105 of relay valve 58. In this, the closing element 109 will first come to rest against the seat of the housing and then the closing element 110 will lift off the closing element 109, with the result that the chamber 113 together with the connecting line 112 and the working space of the brake cylinder 57 is brought into communication with the suction line.
The state of equilibrium in relay valve 58 is established as soon as there is pressure equilibrium in chambers 105 and 113; Thus, the approximately 1/4 at vacuum comes into effect in the brake cylinder 57 and the brakes of the trailer are easily applied.
The processes will now be described which take place when the towing vehicle is braked by actuating the brake pedal, that is, when it experiences a delay.
Due to the effect of the delay, the circular pendulum 59, the axis of rotation of which is arranged transversely to the direction of travel. hinged as a function of the size of the delay and thereby covers the photoresistor 61 depending on the extent of the delay, so that the resistance value thereof increases proportionally to the size of the delay.
With the increase in the resistance value of the photoresistor, the voltage at node 66 and thus also at input 3 of the operational amplifier increases. This causes the voltage drop across the load resistor 77 to decrease. Since the transistor 65 of the power stage is controlled with this voltage drop, the current flowing through the plunger coil 83 decreases the more the circular pendulum 59 covers the photoresistor. At the maximum deceleration, the current flowing through the plunger coil 83 is practically zero, as a result of which, as will be explained below, the maximum braking is initiated. Thus, in analogy to known compressed air and vacuum brakes, braking of the unintentionally detached trailer is guaranteed.
In the plunger coil 83 of the converter 81 fed by the amplifier 55, the current flow is inversely proportional to the deceleration of the towing vehicle. With increasing deceleration, the magnetic force acting on the plunger coil decreases and, in interaction with the reaction unit 87, a correspondingly greater negative pressure is established in the chamber 101 of the control valve 84, similar to the one already described for the operating state in which the foot brake is only used until the stop light is tapped. As already described there, this increased negative pressure is transmitted through the relay valve 58 to the working chamber of the brake cylinder 57, in which the piston is adjusted with increased force and exerts a correspondingly increased braking effect on the wheels of the trailer vehicle.
Thanks to its special design (tilting of the rod 93 very close to the plane of the closing surface of the active part 86), the control valve 84 is able to control a pressure in a stable and hysteresis-free manner even under the action of only very small control forces. The design of the control valve also has the advantage over baffle plate systems that it is free of air loss once a setpoint has been regulated.
With reference to FIG. 3, an embodiment will now be described in which an electromagnetically actuated trailer brake 116 of a type known per se is present in the trailer vehicle. The stop lights are again designated by 51, the stop light switch by 52 and the battery by 53. In summary, 117 denotes a deceleration transmitter in which a circular pendulum 118 is arranged in the towing vehicle in such a way that as the towing vehicle decelerates, an increasing amount of light from an electrical light source 119 strikes a photoresistor 120. To stabilize the supply voltage of the light source 119, a Zener diode 123 is provided, which works together with a series resistor 121.
The amplifier
122 contains an input voltage conductor consisting of resistors 124 and 125, the same operational amplifier 64 as the embodiment according to FIG. 2, a power stage comprising two transistors 126 and 127 and a negative feedback voltage divider consisting of resistors 128 and 129. The emitter of the transistor
127 is connected to ground via a winding 130 of the electrically operated brake 116. The brake 116 is ineffective when no current flows through its winding 130.
The amplifier 122 and the delay generator 117 are fed via a common feeder 131, which is connected to the stop light switch 52 with the stop lights 51. When the brake pedal is not actuated, the stop light switch 52 is open, the stop lights 51 do not light up and the amplifier 122 and the decelerator 117 are de-energized. The winding 130 of the brake 116 is therefore also de-energized.
When the brake pedal is actuated, the stop light switch 52 closes, the stop lights 51 light up and the battery voltage is applied to the amplifier 122 and the decelerator 117 via the feed conductor 131. The light source 119 lights up and as long as there is no delay, the photoresistor 120 is not irradiated because the circular pendulum 118 covers the light radiation. This is connected in parallel to resistor 124 of the input voltage divider. The resistance value of the photoresistor is relatively high in this operating phase.
The resistors 124 and
125 are selected so that at node 132 such a positive voltage with respect to ground is fed to input 3 of the operational amplifier via protective resistor 75, that a small voltage drop occurs at load resistor 77 at output 7 of operational amplifier 64, which is not able to control the power stage, that a significant current flows through the winding 130.
As the delay increases, the photoresistor 120 is more strongly irradiated. Conversely, as the irradiance increases, the resistance value of the photoresistor 120 becomes smaller and the voltage at node 132, which is positive with respect to ground, increases proportionally to the delay.
The voltage drop across the load resistor 77 increases, and so does the current supplied to the winding 130 of the brake 116 as the deceleration increases. This causes the braking effect to increase.