Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Bremskraft in Bremseinrich
tungen mit einem über mindestens einen Bremshebel angelenkten Bremsgestänge,
gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for determining the braking force in Bremseinrich
with a brake linkage articulated via at least one brake lever,
according to the preamble of claim 1.
Bremskräfte werden in der Regel druckmittelbetrieben, d. h. entweder hydraulisch oder
pneumatisch oder elektromechanisch aufgebracht. Die erzeugten Bremskräfte werden
meistens aus den Druckmitteldrücken der Stellorgane abgeleitet. Desweiteren weisen
Bremseinrichtungen Bremsgestänge auf, um vom Ort der Druckmittelerzeugung die
Stellkräfte an das eigentliche Bremselement zu bringen. Das Bremsgestänge selbst
gibt dem gesamten Bremssystem jedoch Grenzwerte hinsichtlich der maximalen
mechanischen Belastbarkeit, und damit der maximal zulässigen Stellkraft auf. Da das
Bremsgestänge die letztendlich die Stellkraft übertragende Einheit ist, ist die stete
Funktionstauglichkeit und damit die Überwachung der maximal zulässigen mechani
schen Kräfte von erheblicher, d. h. grundlegender Bedeutung. Von daher ist es be
kannt, innerhalb des Bremsgestänges, beispielsweise bei Schienenfahrzeugen, Kraftmeßdosen
anzuordnen, die elastische Verformungen entlang der Spannungslinien
im verwendeten Material des Bremsgestänges registrieren. Nachteilig ist hierbei, daß
der konstruktive Aufwand oft erheblich ist, und daß zur effizienten Positionierung der
Kraftmeßdosen aufwendige Verformungs- und/oder Spannungsdiagramme erstellt
werden müssen. Die Krafterfassung innerhalb des Bremsgestänges erfolgt nicht nur
aus Gründen der Überwachung der mechanischen Belastbarkeit des Bremsgestänges,
sondern auch, um auf die aufgebrachten Stellkräfte schließen zu können. Wie bereits
erwähnt, ist die bisherige Anordnung von Kraftmeßdosen zu aufwendig.
Braking forces are usually operated by pressure medium, i. H. either hydraulic or
applied pneumatically or electromechanically. The braking forces generated are
mostly derived from the pressure medium pressure of the actuators. Furthermore point
Braking devices on the brake linkage to the location of the pressure medium generation
Bring actuating forces to the actual braking element. The brake linkage itself
however, gives the entire braking system limits regarding the maximum
mechanical resilience, and thus the maximum permissible actuating force. Since that
The brake linkage, which is ultimately the unit that transmits the actuating force, is the constant one
Functionality and thus the monitoring of the maximum permissible mechani
forces of considerable, d. H. fundamental importance. Hence it is
knows, within the brake linkage, for example in rail vehicles, load cells
to arrange the elastic deformations along the stress lines
register in the material used for the brake linkage. The disadvantage here is that
the design effort is often considerable, and that for the efficient positioning of the
Load cells created complex deformation and / or stress diagrams
Need to become. The force detection within the brake linkage is not only done
for reasons of monitoring the mechanical strength of the brake linkage,
but also to be able to draw conclusions about the applied positioning forces. As before
mentioned, the previous arrangement of load cells is too expensive.
Aus den gattungsbildenden DE 42 19 138 A1 sowie aus der DE 35 04 096 A1 sind jeweils Kraftmeßwandler
bekannt; aus der DE 35 04 096 A1, insbesondere für die Verwendung in einer Fahrzeugbremse. Es
zeigt sich jedoch, daß bei der Ermittlung der Bremskraft und der Einspeisung derselben als
Signal in das gesamte Bremssteuersystem, die Bremskraft keine ausreichende Information
über beispielsweise mechanische Faktoren der gesamten Anordnung liefert.Force transducers are from the generic DE 42 19 138 A1 and from DE 35 04 096 A1
known; from DE 35 04 096 A1, in particular for use in a vehicle brake. It
shows, however, that when determining the braking force and feeding the same as
Signal in the entire brake control system, the braking force is insufficient information
about mechanical factors of the entire arrangement, for example.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der gattungs
gemäßen Art die aufgebrachte Bremskraft einfach und dennoch wirkungsvoll ermitteln
zu können.The invention is therefore based on the object in a device of the genus
determine the applied braking force in a simple yet effective manner
to be able to.
Die gestellte Aufgabe wird bei einer Einrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungs
gemäß dadurch gelöst, daß ein Wegsensor vorgesehen ist, der an einem Aufnahme
bügel angeordnet ist und am Bremshebel anliegt und der Aufnahmebügel an einem
Ende am Bremshebel derart angeordnet ist, daß die Längserstreckung des Aufnahmebü
gels weitgehend senkrecht zur Drehpunktachse des Bremshebels verläuft, wobei
der Wegsensor bei Belastung des als Doppelhebel wirkenden Bremshebels
die Durchbiegung desselben als Wegsignal erfaßt.The task is fiction, in a device of the generic type
according to in that a displacement sensor is provided on a receptacle
bracket is arranged and rests on the brake lever and the mounting bracket on one
End is arranged on the brake lever such that the longitudinal extent of the receiving office
gel runs largely perpendicular to the fulcrum axis of the brake lever, whereby
the displacement sensor when the brake lever acting as a double lever is loaded
the deflection of the same is recorded as a path signal.
In einem Ausführungsbeispiel bedeutet dies, daß der Aufnahmebügel mit einem Ende
seitlich am Bremshebel angeschweißt ist, und das freie Ende den Wegsensor trägt.
Dabei liegt die Längserstreckung des Aufnahmebügels weitgehend senkrecht zur
Drehachse des Bremshebels. Räumlich betrachtet bedeutet dies in diesem Ausfüh
rungsbeispiel, daß der Drehpunkt des Bremshebels zwischen der ortsfesten Befesti
gung des Aufnahmebügels am Bremshebel und der Anlagefläche des Wegsensors am
Bremshebel liegt. Da der Bremshebel ein Doppelhebel ist, wird nun, wenn auf einer
Seite des Doppelhebels eine Stellkraft erzeugt wird, die andere Seite des Hebels aus
gelenkt, worüber über ein weiteres Gestänge die Bremsbacken direkt betätigt werden.
Über diesen Kraftfluß wird eine Durchbiegung des Bremshebels bewirkt, die durch den
Wegsensor erfaßt wird. Sie kann auf diese Weise deshalb erfaßt werden, weil der Auf
nahmebügel des Wegsensors nur an einem Ende ortsfest mit dem Bremshebel ver
bunden ist, und das andere Ende freiliegt, und an diesem freiliegenden Ende des Auf
nahmebügels der Wegsensor an der Außenseite des Bremshebels anliegt und die
Durchbiegung desselben erfaßt. Liegt die Drehachse genau mittig zwischen dem Be
festigungspunkt des Aufnahmebügels und dem Anlagepunkt des Wegsensors, so wird
bei einer Durchbiegung, die symmetrisch über dem Drehpunkt des Bremshebels ver
läuft, eine doppelt so große Auslenkung gemessen, als wenn der Befestigungspunkt
des Aufnahmebügels genau über dem Drehpunkt läge. Über das Wegsignal kann dann
in einer elektronischen Einheit auf die erzeugte Bremskraft geschlossen werden. Der
ermittelte Wert kann in eine Druckkraftregelung eingespeist werden.In one embodiment, this means that the cradle has one end
is welded to the side of the brake lever, and the free end carries the displacement sensor.
The longitudinal extent of the mounting bracket is largely perpendicular to
Axis of rotation of the brake lever. Spatially speaking this means in this version
Example that the fulcrum of the brake lever between the fixed attachment
the mounting bracket on the brake lever and the contact surface of the displacement sensor on
Brake lever is. Since the brake lever is a double lever, now when on one
Side of the double lever an actuating force is generated, the other side of the lever
steered via which the brake shoes are actuated directly via a further linkage.
This force flow causes a deflection of the brake lever, which is caused by the
Travel sensor is detected. It can be grasped in this way because the up
The bracket of the displacement sensor is only fixed at one end to the brake lever
is bound, and the other end is exposed, and at this exposed end of the up
bracket, the displacement sensor rests on the outside of the brake lever and the
Deflection of the same detected. If the axis of rotation lies exactly in the middle between the loading
attachment point of the mounting bracket and the contact point of the displacement sensor, so
in the event of a deflection that ver. symmetrically above the pivot point of the brake lever
runs, a deflection measured twice as large as when the attachment point
of the mounting bracket would be exactly above the pivot point. Then over the path signal
the braking force generated can be deduced in an electronic unit. Of the
The determined value can be fed into a pressure force control.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrie
ben:
The invention is illustrated in the drawing and described in more detail below
ben:
In der Zeichnung ist überdimensioniert das wichtigste Element der Erfindung in seiner
erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Alle übrigen Elemente, wie druckmittelbe
triebenes Stellglied (30), elektronische Ermittlungseinheit (40), pneumatische Ansteue
reinrichtung (50), und Backenbremse (20) sind nur schematisch bzw. angedeutet dar
gestellt. Der Kern der Erfindung, nämlich der Bremshebel mit der entsprechenden
Anordnung des Aufnahmebügels und des Wegsensors sind überdimensioniert darge
stellt, um das Wesen der Erfindung deutlich hervorzuheben.In the drawing, the most important element of the invention is shown oversized in its arrangement according to the invention. All other elements, such as pressure-medium-operated actuator ( 30 ), electronic determination unit ( 40 ), pneumatic control device ( 50 ), and shoe brake ( 20 ) are only shown schematically or indicated. The essence of the invention, namely the brake lever with the corresponding arrangement of the mounting bracket and the displacement sensor are oversized Darge to clearly emphasize the essence of the invention.
Der dargestellte Bremshebel (1) vermittelt zwischen dem eigentlichen Stellglied (30),
welcher als druckmittelbetriebener Arbeitszylinder dargestellt ist, und der eigentlichen
Bremse (20). Der Bremshebel (1) ist dabei Teil eines Bremsgestänges, welches im
wesentlichen aus dem Stellhebel (31) besteht, welcher am Hebelpunkt (11) auf den
Drehhebel eingreift, sowie einer Betätigungsstange (21), welche an der gegenüberlie
genden Seite des Doppelhebels am Drehpunkt (10) angelenkt ist, und die Bremse
(20), beispielsweise eine Backenbremse direkt betätigt. Der Drehpunkt (4) des
Bremshebels ist der Drehpunkt dieses Doppelhebels. Die Drehachse (4) des Brems
hebels (1) sowie die Drehachsen (10) und (11) der Anlenkpunkte des Doppelhebels
stehen in dieser Darstellung senkrecht zur dargestellten Papierebene. Seitlich am
Bremshebel ist in diesem Ausführungsbeispiel der Aufnahmebügel (2) angeordnet,
welcher an der Befestigungsfläche (5) in diesem Falle mit dem Bremshebel material
schlüssig verbunden, d. h. fest verschweißt ist. Das andere Ende des Aufnahmebügels
ist frei, und mit dem Bremshebel (1) nicht verbunden. An diesem freien Ende des
Aufnahmebügels (2) ist der Wegsensor (3) angeordnet, der an der Auflagefläche (6)
am Bremshebel (1) anliegt. Wird nun das Stellglied (30) über die Stelleinrichtung (50)
angesteuert und eine Bremskraft auf den Anlenkpunkt (11) des Hebels übertragen, so
wird über den Doppelhebel, d. h. über den Drehpunkt (4) des Hebels (1) diese Kraft
auf den anderen Anlenkpunkt (10) des Bremshebels (1) übertragen. Es kommt dann
zu einer Durchbiegung des Bremshebels. Diese Durchbiegung erfolgt je nach Beauf
schlagung des Stellgliedes (30) nach oben oder nach unten. Der Aufnahmebügel wird
über den fest verschweißten Auflagepunkt (5) von dieser Biegebewegung mitgenom
men, wobei das freie Ende des Aufnahmebügels (2) sich dann relativ zum Bremshebel
(1) bewegt. Diese Bewegung wird von dem Wegsensor (3) erfaßt, der an dem
Auflagepunkt (6) am Bremshebel anliegt. Die Durchbiegung des Bremshebels ist dabei
proportional zur erzeugten bzw. übertragenen Kraft, d. h. Bremskraft. Das Signal des
Wegsensors (3) wird in einer Verarbeitungseinheit (40) zur Ermittlung der Bremskraft
herangezogen. Die aus der Durchbiegung ermittelte Bremskraft wird dann der An
steuereinheit (50) für das Stellglied (30) zugeführt. Die Ansteuereinheit (50) kann dabei
einen Regler umfassen, der regelnd auf die Bremskraftbetätigung eingreift. Die Vortei
le dieser Anordnung liegen in der einfachen aber effizienten und zuverlässigen Brems
kraftermittlung. Wegsensor (3) sowie Bremskraftermittlungseinheit (40) sind mittler
weile in Serie hergestellte preiswerte Massenartikel, so daß die Anordnung in sich
einfach und preiswert herstellbar ist. Darüberhinaus ist sie sehr zuverlässig und die
ermittelten Bremskraftwerte sind deutlich reproduzierbarer als die Ausgangssignale
aus Kraftmeßdosen, die im Signalverlauf zu allermeist eine Hysterese aufweisen.
Darüberhinaus ist diese Anordnung temperaturunempfindlich, was bei Verwendung
von Kraftmeßdosen im Stand der Technik nicht in diesem Maße gegeben ist.The brake lever ( 1 ) shown mediates between the actual actuator ( 30 ), which is shown as a pressure-operated working cylinder, and the actual brake ( 20 ). The brake lever ( 1 ) is part of a brake linkage, which consists essentially of the adjusting lever ( 31 ), which engages at the lever point ( 11 ) on the rotary lever, and an actuating rod ( 21 ), which on the opposite side of the double lever at the pivot point ( 10 ) is articulated, and the brake ( 20 ), for example a shoe brake, is actuated directly. The fulcrum ( 4 ) of the brake lever is the fulcrum of this double lever. The axis of rotation ( 4 ) of the brake lever ( 1 ) and the axes of rotation ( 10 ) and ( 11 ) of the articulation points of the double lever are perpendicular to the paper plane shown in this illustration. In this exemplary embodiment, the mounting bracket ( 2 ) is arranged on the side of the brake lever, which in this case is connected to the brake lever in a coherent manner on the fastening surface ( 5 ), that is to say is firmly welded. The other end of the mounting bracket is free and not connected to the brake lever ( 1 ). At this free end of the mounting bracket ( 2 ), the displacement sensor ( 3 ) is arranged, which rests on the support surface ( 6 ) on the brake lever ( 1 ). If the actuator ( 30 ) is controlled via the actuating device ( 50 ) and a braking force is transmitted to the articulation point ( 11 ) of the lever, this force is transferred to the other via the double lever, ie via the pivot point ( 4 ) of the lever ( 1 ) Transfer the articulation point ( 10 ) of the brake lever ( 1 ). The brake lever then bends. This deflection takes place depending on the exposure of the actuator ( 30 ) up or down. The mounting bracket is entrained by this bending movement over the firmly welded support point ( 5 ), the free end of the mounting bracket ( 2 ) then moving relative to the brake lever ( 1 ). This movement is detected by the displacement sensor ( 3 ) which bears against the brake lever at the support point ( 6 ). The deflection of the brake lever is proportional to the force generated or transmitted, ie braking force. The signal from the displacement sensor ( 3 ) is used in a processing unit ( 40 ) to determine the braking force. The braking force determined from the deflection is then supplied to the control unit ( 50 ) for the actuator ( 30 ). The control unit ( 50 ) can comprise a controller that intervenes to regulate the braking force actuation. The advantages of this arrangement are the simple but efficient and reliable brake force determination. Displacement sensor ( 3 ) and braking force determination unit ( 40 ) are now mass-produced inexpensive mass-produced articles, so that the arrangement is simple and inexpensive to manufacture. In addition, it is very reliable and the determined braking force values are significantly more reproducible than the output signals from load cells, which mostly have a hysteresis in the signal curve. In addition, this arrangement is insensitive to temperature, which is not the case to this extent when using load cells in the prior art.
Wegen der funktionellen und vor allen Dingen sicherheitstechnisch gestellten Anforde
rungen an die Bremsüberwachung bei Schienenfahrzeugen ist diese Einrichtung für
schienengebundene Fahrzeuge sehr vorteilhaft einsetzbar.Because of the functional and, above all, safety requirements
This facility is intended for braking monitoring in rail vehicles
rail-bound vehicles can be used very advantageously.