DE1802143A1 - Steuersystem fuer eine hydrokinetische Bremse - Google Patents

Description

• Steuersystem für eine hydrokinetische Bremse Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine hydrokinetische Bremse.
• Wenn eine hydrokinetische Bremsung auf eine Anzahl von hintereinander gekoppelten Fahrzeugen angewendet wird, z.
• B bei einem Schienenzug mit vielen Anhängern, so sollte die Art, in der die Bremsung gesteuert wird, eine sanfte Verzögerung all der hintereinander gekoppelten Fahrzeuge sicherstdlen, ohne daß ein Fahrzeug gegen das nächstfolgende stößt. Die Bremswirkung, die durch eihydrokinetische Bremse oder Bremsen an jedem Fahrzeug bewirkt wird, muß daher automatisch so eingestellt werden, daß übermässige Kräfte zwischen den hintereinandergekiupWtelten Fahrzeugen oder zwischen den Achsen j jedes Fahrzeu'g?s/auftreten können. Es muß daher die Bremskraft, die durch eine hydrokinetische Bremse oder Bremsen auf jedes Fahrzeug ausgeübt wird, automatisch verändert werden, um die Gewichtsunterschiede der einzelnen Fahrzeuge zu kompensieren, so daß alle verbundenen Fahrzeuge im selben Verhältnis verzögert werden.
• Diese Bedingungen können erreicht werden, indem man die Steuerung der hydrokinetischen Bremse, die in dem britischen Patent 892 314 beschrieben ist,- in besonderer Weise anpasst, die Kompliziertheit dieses dort beschriebenen Systems kann jedoch beträchtlich sein und aus Platzgründen kann die Vorwendung dieses Systems bei Gleiszügen oder ähnlichen Fahrzeugen nicht möglich sein.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die oben auftretenden Nachteile dieses älteren Vorschlages zu beseitigen, und ein Steuersystem für eine hydrokinetische Bremse zu schaffen, die sich grundsätzlich bei allen derartigen Fahrz eugkombinationen verwenden lässt.
• Die vorliegende Erfindung schafft ein Steuersystem für eine hydrokinetische Bremse und sie enthält Einrichtungen, um eine gewünschte egativbeschleunigwig, die von einer Bremse während eines Bremsvorganges hervorgerufen wird, auszuwählen, sie enthält weiterhin Einrichtungen, die auf das Vorhandene Bremsdrehmoimt ansprechen, das während des Bremsbetriebes von der Bremse verursacht wird und Einrichtungen, um die Bremse in der Weise zu betätigen, daß eine Gleichgewichtslage angestrebt und beibehalten wird, in der das abgetastete Bremsdrehmoment demJenigen Drehmoment gleicht, das zur Erzeugung der gewünschten Negativbeschelunigung erforderlich ist. In bevorsugter Weise sind weitere Vorrichtungen vorgesehen, die sicherstellen, daß das Drehmoment, das zur Erzeugung der gewünschten Negativbeschleunigung erforderlich ist, kompensiert wird, um für änderungen der Trägheit im System eine Bremsung zu ermöglichen. Im Falle eines Fahrzeuges wird die Kompensation so vorgenommen, daß Xnderungen des Gewichtes des Fahrzeuges mit in Betracht gezogen werden.
• Das Steuersystem kann eine Reäktions-1)rehmoment Hebel anordnung enthalten, die an dem Bremsgehäuse befestigt ist, das sich um die Längsachse der zu verzögernden Welle begrenzt drehen kann, wobei diese HebeLanordnung so angeordnet ist, daß sie eine Gleichgewichtslage einnimmt, wenn das Bremsdrehmoment gleich demjenigen Drehmoment ist, das zum Erzeugen der gewünschten Negativbeschleunigung erforderlich ist. Nach einer Ausfiihrungsform der vorliegenden Erfindung ist die Reaktions-Drehmoment Hebelanordnung einem Wandler zugeordnet, der im Betrieb eine elektrische Ausgangsspanuung erzeugt, die zur Bremsdrehmoment-Reaktion proportional ist und als ein Eingang einem Differentialverstärker zugeführt wird, wobei eine vorher ausgewählte Spannung dem anderen Eingang des Verstärkers zugeführt wird und der Ausgang des Verstärkers zum Steuern der Negativbeschleunigungscharakteristik der Bremse Verwendung findet. Im andern Fall kann ein Druckwandler, der den Flüssigkeitsdruck im Bremsgehäuse mißt, an Stelle des Drehmomentenwandlers und der Hebelanordnung verwendet werden, wobei der Druck nahezu dem von der Bremse aufgebrachten Drehmoment proportional ist. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Drehmoment-Hebelanordnung mittels eines mechanischen Hebelsystems mit einer Reguliereinrichtung verbunden, die der Bremse zugeordnet ist, so daß die Drehbewegung der Reaktions-Drehsoment Hebelanordnung das tatsächlich ausgeübte Bremsdrehmoment steuert und es sind Einrichtungen vorgesehen, um eine vorausgelte Kraft auf die Drehmomentreaktion auszuüben, wobei die Hebelanordnung ihre Gleichgewichtslage erreicht, wenn die auf sie augeübte Bremsdrehmomentreaktion der vorgewählten Kraft gleich kommt.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen.
• In diesen zeigt: Fig. 1 schematisch ein mechanisches Steuersystem nach der Erfindung; Fig. 2schematisch ein Blockdiagramm eines elektrischen Steuersystems nach der vorliegenden Erfindung.
• In Fig. 1 ist eine hydrokinetische Bremse mit 1 bezeichnet und diese wird von einer Fahrzeugachse 2 drehbar gehalten, und ist mit einem Einlaßstutzen 3 und einem Auslaßstutzen 4 für ein Medium ausgestattet. Ein Steuerventil 5 befindet sich innerhalb desAuslaßstutzens 4 und ist an einem Achszapfen 6 befestigt, der in geeigneten Lagern drehbar gehaltert ist.
• Ein Drehmomentarm 7 ist an dem Gehäuse der hydrokinetischen Bremse 1 befestigt, und steht mit dem Achszapfen des Steuerventils 5 über das Glied 8, dem Winkelhebel 9, dem Glied 10 und dem Glied 11 in Verbindung. Der Drehmomentenarm 7 und das Gehäuse 1 können sich frei um die Achse 2 innerhalb der Grenzen drehen, die durch die Anschläge 12 und 13 gebildet werden, und die so angeordnet sind, daß wenn der Arm 7 am Anschlag 12 anliegt, das Steuerventil 5 voll geöffnet ist, und wenn der Arm 7 am Anschlag 13 anliegt, das Steuerventil 5 voll geschlossen ist.
• Ein weiterer Hebel 14, der am Punkt 15 an der Achsenmontur 16 drehbar befestigt ist, steht betriebsmässig mit einem Zylinder 17 über Kolbenstange 18 in Verbindung. Ein Medium unterdruck wird dem Zylinder 17 durch'einen geeigneten Stutzen 19 zugeführt. Der Hebel 14 und die Kolbenstange 18 werden vom Drehmomentenarm 7 vermittels einer Rolle 20 gehalten, die um einen Stift 21 drehbar ist. Die Rolle 20 ist verschiebbar an einem Winkelhebel 22 mit Hilfe eines Stiftes 21 befestigt, der in einem im Winkelhebel 22 ausgebildeten Schlitz 23 einsteht. Der Winkelhebel 22 kann um einen Stift 24 schenken und steht mit dem Körper 25 des Fahrzeugs über das Glied 26 in Verbindung. Der Fahrzeugkörper 25 wird von der Achse 2 durch Aufhängfedern 27 getragen.
• Die statische Balance der hydrokinetischen Bremse und des zugeordneten Hebelsystems ist so angeordnet, daß wenn keine Bremskraft erforderlich ist, der Drehmomentenarm 7 gegen den Anschlag 12 drückt und die zugeordnete Bewegung der Verbindungsglieder zwischen dem Arm 7 und dem Steuerventil 5 das Steuerventil 5 in seine voll geöffnete Lage bewegt, wobei der Stzmung des Mediums ein minimaler Widerstand durch die hydrokinetische Bremse 1 entgegengesetzt wird.
• Wenn der Druck des Mediums den Kolben 28 im Zylinder beaufschlagt, wird auf den Arm 14 über die Kolbenstange 18 eine Kraft ausgeübt, und diese wird über die Rolle 20 auf den Arm 7 übertragen. Der IoT-Wert, der auf den Arm 7 aufgebrachten Kraft hängt von der beaufschlagten Fläche des Kolbens 28, der Größe des aufgebrachten Drucks, dem Drehabstand L2 wo sich die Rolle vom Drehpunkt 15 auf der Zange L1 des Armes 14 befindet, ab. Die Länge L2 hängt von dem Gewicht des Fahrzeugkörpers ab. Wenn k für ein gegebenes Fahrzeuggewicht einen bestimmten Wert aufweist, so wird ein Fahrzeug mit größerem Gewicht die Streckung der Federn 27 erhöhen, was über das Glied 26 und den Winkelhebel 22 die Rolle 20 zu einer Bewegungaim Drehpunkt 15 hin veranlaßt und die Länge L2 vermindert wird. Dies erhöht das Verhältnis L1 : L2 und daher wird die auf den Drehmomentenarm 7 vom Kolben und Zylinder 17 und dem Arm 14 ausgeübte Kraft vergrößert.
• Beim Betrieb wählt nun der Fahrzeugführer einen Druckwert des Mediums entsprechend der gewünschten Verzögerung aus.
• Dieser Druck des Mediums beaufschlagt den Kolben 28 im Zylinder 17 um eine gegebene Kraft auf den Arm 14 aussuüben. Diese Kraft wird mit dem Verhältnis L1 : L 2 multipliziert und durch die Rolle 20 auf den Drehmomentenarm 7 übertragen und zwar bei einem effektiven Radius von B3 von der Achse der Achse 2. Der Drehmomentenarm 7 wird daraufhin nach unten gegen den schlag 13 bewegt und er schließt das Steuerventil 5 über die Gfleder und Winkelhebel 8,9, 10 und 11. Die auf diese Weise auf das Ausströmen des Mediums aus der hydrokinetischen Bremse 1 bewirkte Drosselung bewirkt ein Erzeugen eines Bremsdrehmomentes in der hydrokinetischen Bremse. Dieses Bremsdrehmoment nimmt zu, bis die diesem Drehmoment entsprechende Rückwirkung, die in einem Radius L3 vom Arm 7 wirkt, die Kraft überschreitet, die auf den Arm 7 dadurch den auf den Kolben 28 im Zylinder 17 wirkenden Druck ausgeübt wird. Der Drehmomentenarm bewegt sich dann vom Anschlag 13 zum Anschlag 12 und öffnet teilweise das Steuerventil 5, wodurch das in der hydrokinetischen Bremse entwickelte Bremsdrehmoment vermindert wird. Der Drehmomentenarm 7 strebt daher fortwährend eine Gleichgewichtslage zwischen der äusserlich angewendeten Kraft oder dem gewünschten Bremskraftwert und dem it3Wert des in der hydrokinetischen Bremse 1 entwi¢kelten-Drehmomentes an, und es wird dadurch ei im wesentlichen konstantes Bremsdrehmoment beibehalten, was/erforderliche Bedingung für eine konstante Verzögerung darstellt.
• Die Kraft, die auf den Arm 7 durch einen auf den Kolben 28 im Zylinder 17 wirkenden Druck ausgeübt wird, entspricht dem gewünschten Verzögerungsverhältnis nur für ein bstimmtes Gewicht des lahrzeugkörpers 25. Wdst;das Fahrzeug ein größeres Gewicht als dieses auf, so vermindert die entsprechende Zunahme der Auslenkung der Aufhängefedern 27 über das Glied 26 und den Winkelhebol 22 die Länge L2 und es wird dadurch die auf den Drehmomentenarm 7 ausgeübte Kraft durch den Druck, der den Kolben 28 im Zylinder 17 beaufschlagt, erhdht. Auf diese Weise wird die in der hydrokinetischen Bremse entwickelte Bremskraft proportional zur Zunahme des Pahrz.uggewichtes erhöht und es wird daher das Verzögeruagsverhältnis auf einem bestimmten Wert beibehalten.
• Es sei erwähnt, daß es viele bekannte Wege zur Übersetzung des ge'<tinschten Verzögerungsverhältnisses in eine Kraft gibt, die auf das Kräftebalance-Hebelsystem ausgeübt werden soll, das die in der hydrokinetischen Bremse erzeugte Bremskraft steuert. Der druckbeaufschlagte Kolben Ünd der Zylinder, wie sie bbr beschrieben wurden, stellen einen Weg dar.
• Es sei ebenso erwähnt, daß ein derartiges Kräftebalancesystem im wesentlichen eine Pendelsteuerung darstellt und unter bestimmten Bedingungen kann das Hinzufügen irgendeiner bekannten Rückkopplungseinrichtung wie ein Dämpfun4ssylinder (nicht gezeigt) erforderlich werden, um das Gleichgewicht aufrecht zu erhalten.
• Die gewünschte Steuercherakteristik kann erhalten werden, indem man irgendeine andere Art einer fehlerbetätigten Vorrichtung verwendet, wobei ein zur gewünschten Bremskraft proportionales Signal mit einem Signal der tatsächlichen Bremskraft verglichen wird und in dem man den zwischen diesen Signalen bestehenden Fehler zur Veränderung der in der Weise vorhandenen Bremskraft/verwendet, bis kein Fehler mehr vorhanden ist. Die Bremskraft kann ebenso veradErt werden, daß sie sich dem Gewicht des hahrzeuges, das durch irgendeine Vorrichtung verzögert werden soll, anpasst, wobei diese Vorrichtung das Fahrzeuggewicht in ein Signal umsetzt, das zum Konigieren des Signales des gewünschten Wertes des Bremsdrehmomentes verwendet werden kann.
• Das elektrische Steuersystem, das in Fig. 2 veranschaulicht ist, stellt z.B. eine andere Variation desselben Grundprinzips dar. Der Gegenstand des elektrischen Systems zur Steuerung der hydrokinetischen Bremse ist genau dem mechanischen System, das in Fig. 1 dargestellt ist, gleich und zwar kann die von Hand-Drehmomentenauswahl für eine Variable automatisch durch eine Bremskraft modifiziert werden, die zu einer zweiten Variablen proportional ist.
• In Fig. 2, in der elektrische Verbindungen mit gestrichelten Lihien dargestellt sind, weist eine hydrokinetische Bremse 29 eine DreIm>menten rückwirkende Hebelanordnung 30 auf, die an das Gehäuse befestigt ist, die ein Belastung element 3 oder irgendeinen anderen geeigneten Wandler betätigt, um ein Ausgangsspannungssignal proportional zum rückwirkenden Bremsdrehmoment zu erzeugen,das selbst zum vorhandenen Drehmoment, das in der Bremse entwickelt wurde, proportional ist.
• tn einer anderen Form kann ein Druckwandler, der den Flüssigkeitsdruck im Bremsgehäuse mißt, anstelle des Drehmomentenwandlers und der Reaktions-Drehmoment Hebelanordnung verwendet werden. Das AusgangsspPnlungssignal wird als ein Eingang einem Differentialverstärker 52 zugeführt, wobei eine vorgewählte Bezugsspannung, die der gewünschten Segativbeschleunigung proportional ist und z.B. durch ein variables Potentiometer 33 erzeugt wird, als ein weiterer Eingang dem Verstärker zugeführt wird. Der Ausgang des Verstärkers erscheint in der Form eines positiven oder negativen Fehlerspannungs-Signals und diese Signale werden zur Steuerung jeweils der Servomotor-Energiequellen 34 und 35 verwendet. Wenn ein Zwei-Feldmotor 36, wie gezeigt, verwendet wird, so werden die Feldwicklungen (nicht gezeigt) des Motors so erregt, daß die Motorwelle 37 sich in einer gegebenen Richtung und mit einer festgesetzten Geschwindigkeit dreht. Ein Ende der Welle 38 ist mit einem Bremssteuerregulator wie mit einem Geschwindigkeitsverminderndem Getriebe 39 verbunden, das an der Motorwelle 37 montiert ist, während das andere Endet einem Steuerventil (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Welle 38 dreht sich daher mit einer Geschwindigkeit, die niedriger und proportonal zur Drehgeschwindigkeit der Motorwelle 37 ist und sie verändert effektiv die Lage des Steuerventils, wodurch das vorhandene Bremsdrehmoment verändert wird, das von der Bremse vorgesehen wird.
• Ein Generator 40, der an den Motor 36 über eine Welle 41 gekoppelt ist, erzeugt eine ksgangaspsnnung, die der Drehgeschwindigkeit der Motorwelle 38 proportional ist und infolgedessen proportiona)dem Eingang des Motors 36 dessen Ausgangssignal als zusätzlicher Eingang zum Differentialverstärker rückgekoppelt ist. Der Generator steuert auf diese Weise effektiv das Ansprechverhalten des Steuertstems und er ersetzt und entspricht dadurch einein Dämpfungs zylinder in einem mechanischen System.
• Die vorausgewählte Bezugsspannung kann automatisch durch ein zweites Spannungssignal verändert werden, das dfm Vetrstärker 32 zugeführt wird und durch ein Belastung; oler einen andere Wandler 42 erzeugt wird, der durch einen Hegel 43 betätigt wird. Wenn z.B. die Bremse für die Negativ beschleunigung eines Schienenzuges mit vielen Anhaegern verwendet wird, wobei diese Anhänger verschieden beladen sind, so wird die von Hand vorgewählte Spannung proportional dem Gewicht der Anhänger gemacht, während der Hebel 43 so an den Anhänger angebracht ist, daß die Sekundärspannung proportional der Nutzlast dieses Anhängers ist.
• Auf diese Weise werden bei einer Bremsung die vorgewählte Spannung und die Sekundärspannung dem Differenzverstärker 32 zugeführt um einen Ausgang zu erzeugen, der den Motor 36 zum Schließen des Steuerventils veranlasst. Der Betrieb des Motors 36 bewirkt daß die Signale zum Verstärker 32 ei vom Anspre¢hverhältnisgenerator 40 und von dein im Verhältnis des entwickelten Bremsdrehmomentes zugeführt werden. Das Ansprechverhältnissignal veranlasst den Motor 36, seine Drehzahl zu vermindern, während das zunehmende Drehmomentrückwirkungssignal eine weitere Verlangsamung und infolgedessen eine Abnahme des Ansprechverhältnissignales bewirkt. Schließtlich, wenn das erforderliche Drehmoment zur Erzeugung der gewünschten Negativbeschleunigung erreicht wird, gleichen die Drehmomentrückwirkungssignale der algebraischen Summe der vorgewählten und 8ekundärsignale wobei das Ansprechverhältnissignal auf Null gefallen ist.
• In dieser Lage eines elektrischen Gleichgewichtes wird das Bremsen fortgesetzt, bis das Fahrzeug zum Stillstand kommt.
• Wenn von der hydrokinetischen Bremse oder den Bremsen keine Bremskraft gefordert wird, z.B. wenn das Fahrzeug stillsteht, wird die Einrichtung zum Auswählen des gewünschten Negativ-Beschleunigungsverhältnisses von Hand auf die Negativbeschleunigungalage Null zurückgestellt. Hieraus folgt daher, daß beide Steuereinrichtungen, die beschrieben wurden, oder irgendwelche anderen ähnlichen fehlerbetätigten Steuereinrichtungen, eine Lage der Gleichheit zwischen dem gewün3chbs Bremsdrehmoment und dem tatsächlichen Bremsdrehmoment anstreben, wobei automatisch die hydrokinetische Bremse oder die Bremsen in eine Lage zurückgeführt werden, in der kein Bremsdrehmoment auf das Fahrzeug ausgeübt wird.
• Sämtliche in der Beschreibung erkennbarrn und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Steuersystem für eine hydrokinetische Bremse, g e -k e n n z e i o h n e t , durch eine Einrichtung (17, 18, 19, 28; 33) zum Auswählen einer gewuaschten Negativbeschleunigung, die durch die Bremse (1) während eines Bremsvorgauges erzegt werden soll; durch Einrichtungen (7, 8, 9, 10, 11, 14, 5;), die auf das vorhandene Bremsdrehmoment ansprechen, das von der Bremse während des Bremsbetriebes erzeugt wird; und durch eine Einrichtung (7, 20, 23) zum Betätigen der Bremse in der Weise, daß eine Gleichgewichtslage, in der das Abgetastete Bremsdrehmoment dem Drehmoment gleicht, das zum Erzeugen der gewünschten Negativbeschleunigung erforderlich ist, angestrebt und beibehalten wird.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Einrichtung (21, 22, 23, 26) vorgesehen ist, die aicherstellt, daß das zur Erzeugung der gewünschten Negativbeschleunigung erforderliche Drehmoment kompensiert wird, um Trägheitsveränderungen in dem zu bremsenden System mit in Betracht zu ziehen.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenazeichnet, daß die Einrichtung (7, 8, 9, 10, 11, 14, 5;), die auf das vorhandene Bremsdrehmoment anspricht, eine Vorrichtung (4, 5) zum Erzeugen eines charakteristischen Ausgangs enthält, der proportional zum vorhandenen Bremsdrehmoment ist.

4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktions-Drehmoment Hebel (7) am Gehäuse (16) der Bremse (1) befestigt ist und begrenzt um die Längsachse der zu verzögernden Welle (2) drehbar ist und daß der Hebel (7) so angeordnet ist, daß eine Gleichgewichtslage erreicht wird, wenn das Bremsdrehmoment gleich dem zur Erzeugung der gewünschten Negativbeschleunigung erforderlichen Drehmoment ist.

5. Steuersystem nach dem Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangscharakteristik von einem elektrischen Spannungssignal dargestellt ist, das als ein Eingang zu einem Differentialverstärker (32) geführt ist, wobei eine vorgewählte (33) Spannung zum anderen Eingang des Verstärkers (32) zugeführt ist und der Ausgang des Verstärkers (32) zum Steuern der Negativbeschleunigunscliarakteristik der Bremse (29) verwendet ist.

o. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung von einem Druckwandler (31) vorgesehen ist, der durch den Druck einer Flüssigkeit innerhalb der Bremse (29) betätigt ist.

7, Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsdrehmoment-Hebel (30) einem Wandler (31) zugeordnet ist, der im Betrieb das elektrische Spannungssignal erzeugt.

8. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsdrehmoment-Hebel (7) über ein mechanisches Hebelsystem (8, 9, 10, 11) mit einer Reguliereinrichtung (4, 5) in Verbindung steht, die der Bremse (1) zugeordnet ist, so daß eine Drehbewegung des Reaktionsdrehmoment-Hebels (7) das ausgeübt und vorhandene Bremsdrehmoment steuert, daß eine Einrichtung (14, 17, 18, 19, 28, 23) zum Ausüben einer vorgewählten Kraft auf den Reaktiontrehmoment-Hebel (7) vorgesehen ist, um diesen in einer zur Richtung der Drehmomentrückwirkung entgegengesetzten Richtung zu drehen und daß der Hebel (7) seine Gleichgewichtslage erreicht, wenn das Reaktionsdrehmoment auf diesen Hebel (7) einer vorgewahlten Kraft entspricht.