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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Bremssteueranordnung für einen
Fahrzeugverbund, bestehend aus einem Zugfahrzeug und mindestens
einem Anhänger
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Eine
solche Bremssteueranordnung ist aus der
DE 32 19 140 C2 bekannt.
Dort werden einem in üblicher
Weise aktiv zweikreisigen Anhänger-Steuerventil
ein erster, elektronisch gesteuerter und ALB und/oder ABS berücksichtigender
Bremsdruck und ein zweiter, pneumatisch gesteuerter Bremsdruck zugeführt. Das
Anhänger-Steuerventil
steuert den größeren dieser
Drücke
zu den Bremsen des Anhängers durch.
Bei Ausfall des ersten, elektronischen Kreises wird dann jedenfalls
der pneumatische Bremsdruck durchgesteuert. In dem elektronisch
gesteuerten Kreis werden dabei auch Steuersignale für eventuell vorhandene
elektrisch gesteuerte Anhängerbremsen erzeugt
und zum Anhänger
weitergeleitet, ohne jedoch eine Rückwirkung vom Anhänger her
(z.B. über die
Deichselkraft) zu erfassen.
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Die
DE 39 36 726 A1 und
DE 42 30 674 A1 ergänzen das übliche zweikreisige
pneumatische Anhänger-Steuerventil
durch ein elektronisch gesteuertes Steuerteil, das von einer auf
das Führerbremsventil
bzw, die herkömmlichen
pneumatischen Kreise "aufgesetzten" Steuerelektronik
angesteuert wird.
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Diese
moduliert dann mit direkt oder indirekt von der Betätigung des
Führerbremsventils
abgeleiteten Signalen im Anhänger-Steuerventil
den von diesem zum Anhänger
angesteuerten Bremsdruck, z.B. zur Beeinflussung der Deichselkraft
des Anhängers.
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In
der
DE 39 20 096 A1 ist
eine aufwendige Sonderform eines Anhänger-Steuerventils beschrieben,
bei dem zur Anhängerabhängigen Modulation des
ausgesteuerten Druckes ein elektronisch gesteuertes Steuerteil in
Form eines 4/3-Wegeventils verwendet wird. Diesem Wegeventil ist
im Anhänger-Steuerventil ein
stromlos offenes Absperrventil vorgeschaltet, das aktiv bei intaktem
elektronischem System schließt,
um mit dem 4/3-Wegeventil eine elektronische Modulation des vom
Anhänger-Steuerventil
in üblicher
Weise durchgesteuerten Druckes zu ermöglichen. Bei Ausfall des elektronischen
Systems läßt es in
seiner stromlosen Offenstellung direkt und unmoduliert jedenfalls
den pneumatisch gesteuerten Druck zum Anhänger durch.
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Bei
Lastkraftwagen oder Sattelzugmaschinen wird dem Anhänger (bzw.
dem Sattelauflieger) über
eine Luftdruckleitung oder dgl. der zum Bremsen erforderliche Bremsdruck
zugeführt.
Dieser Bremsdruck sollte im Idealfall so eingestellt bzw. geregelt
sein, daß der
Anhänger
mit genau der gleichen Bremsbeschleunigung verzögert wie sein Zugfahrzeug.
Ein derart übereinstimmendes
Bremsverhalten von Anhänger
und Zugfahrzeug hat den wesentlichen Vorteil, daß der Bremsvorgang sehr genau steuerbar
ist und weder Anhänger
noch Zugfahrzeug ausbrechen können.
Es ist allenfalls zulässig,
die Bremsverzögerung
des Anhängers
geringfügig
größer zu wählen als
die des Zugfahrzeuges, da in einem solchen Fall einerseits der Bremsvorgang
noch beherrschbar ist und andererseits die wartungsintensiveren
Bremsen des Zugfahrzeuges geschont werden.
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Da
sich die Bremsleistung der Bremsen des Anhängers im Laufe der Zeit in
einem anderen Umfang ändert
als die des Zugfahrzeuges, kann das oben erläuterte gewünschte Verhältnis der Bremsleistung von
Anhänger
und Zugfahrzeug nur bei Einhaltung relativ kurzer Serviceintervalle
gewährleistet werden.
Weiter ist zu beachten, daß sich
das Gewicht des Anhängers
in Abhängigkeit
von der jeweiligen Beladung ändert,
so daß eine
genaue Einstellung ohnehin nur dann möglich ist, wenn eine sog. automatische
lastabhängige
Bremseinrichtung ("ALB") vorhanden ist.
Dies ist jedoch nur bei moderneren Anhängern der Fall, wo im Anhänger eine ALB-Einrichtung
vorhanden ist, die den vom Zugfahrzeug zugeführten Bremsdruck (Bremsanforderung) dann
in Abhängigkeit
von der Masse des Anhängers modifiziert
und diesen modifizierten Bremsdruck den Bremsen des Anhängers zuführt.
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Um
auch bei einem Fahrzeugverbund, dessen Anhänger noch nicht mit der ALB-Funktion
ausgerüstet
ist, eine bessere Bremswirkung zu erhalten, wurde eine sog. "Koppelkraftregelung" vorgeschlagen, bei
der die an der Kupplung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger auftretenden
Kräfte
gemessen und in Abhängigkeit
von diesen Kräften
der Bremsdruck für
den Anhänger
derart geregelt wird, daß die in
Längsrichtung
des Zugverbundes wirkenden Koppelkräfte möglichst gering sind. Dies bedeutet
bei einem Bremsvorgang, daß die
Bremsverzögerung
des Zugfahrzeuges und des Anhängers
gleich groß sind.
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Da
die Verwendung von Sensoren, die die Koppelkraft messen, im rauhen
Betrieb von Lastkraftwagen problematisch ist (häufiger Ausfall der Sensoren)
und da diese Sensoren auch relativ teuer sind, wurde in der nicht
vorveröffentlichten älteren deutschen
Patentanmeldung nach der
DE
44 12 430 A1 und der ebenfalls nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung nach der
DE 44 46 358 A1 vorgeschlagen, auf solche
Koppelkraftsensoren zu verzichten und durch Ansatz der Energiegleichung
unter Verwendung von im Zugfahrzeug vorhandenen Meßgrößen, wie
Fahrzeuggeschwindigkeit und Antriebsenergie, die Hangneigung und
die Masse des Anhängers
zu ermitteln.
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Aus
der
EP 0 621 161 A1 ist
ebenfalls bekannt, wie die zwischen Zugfahrzeug und Anhänger wirkenden
Kräfte
ermittelt und zur Regelung des Bremsdruckes des Anhängers eingesetzt
werden können.
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In
zunehmendem Maße
werden bei Lastkraftwagen auch elektrische bzw. elektronische Bremssteuerungen
(EBR) eingesetzt, bei denen eine elektronische Steuerungseinrichtung
aufgrund einer Bremsanforderung des Fahrers und einer Vielzahl weiterer
gemessener und/oder gespeicherter Parameter einen pneumatischen
oder hydraulischen Bremsdruck für
die Bremsen des Zugfahrzeuges bereitstellt. Aus Sicherheitsgründen ist
für den
Fall eines Fehlers der EBR grundsätzlich vorgeschrieben, daß noch eine
herkömmliche
mechanische Bremssteueranordnung vorgesehen sein muß, die in
ganz konventioneller Weise einen pneumatischen oder hydraulischen
Bremsdruck erzeugt. Bei diesen auf dem Markt erhältlichen Bremsanlagen ist ein
im Zugfahrzeug angeordnetes Anhängersteuerventil
vorgesehen, dem die Bremsdrücke
der elektronischen Bremseinrichtung (EBR) und der herkömmlichen
mechanischen Bremseinrichtung zugeführt werden. Das Anhängersteuerventil
ist so ausgebildet, daß es
jeweils den maximalen Druck an seinen beiden Eingängen zu
den Bremsen des Anhängers
durchschaltet. Das Anhängersteuerventil
ist somit ein Maximalwertauswahl-Ventil.
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Bei
moderneren Anhängern,
die schon eine automatische Lastabbremsung (ALB) aufweisen, wird
dann dieser vom Anhänger steuerventil
an den Anhänger
weitergeleitete Bremsdruck in Abhängigkeit von der Last des Anhängers modifiziert.
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In
einigen Ländern
ist der Einsatz einer automatischen Lastabbremsung (ALB) im Anhänger- bzw.
Sattelauflieger nicht üblich
und wird es voraussichtlich auch in Zukunft nicht sein. Dies bedeutet eine
erhebliche Einbuße
an Stabilität.
Selbst wenn ein solches Fahrzeug mit einer Blockierschutzeinrichtung
(ABS) ausgestattet ist, wird dessen Funktion schlechter, weil diese
immer von einem zu hohen Druckniveau aus regeln muß. Ferner
ist der Reifenverschleiß höher, weil
bei allen Betriebsbremsungen für
den teilbeladenen und leeren Auflieger bzw. Anhänger der Anhängerbremsdruck
zu hoch ist und folglich der Blockierschutz einsetzt, weshalb dann Schlupfwerte
von ca. 15% anstatt von nur etwa 1%, wie bei einer lastabhängigen Bremse üblich, auftreten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die bekannte Bremssteueranordnung dahingehend
zu verbessern, daß ein
mit einer Bremssteueranordnung nach der Erfindung ausgerüstetes Zugfahrzeug
auch mit solchen Anhängern
bzw. Aufliegern fahren kann, die nicht mit einer Einrichtung zur
lastabhängigen
Abbremsung (ALB) ausgerüstet
sind, wobei dann trotzdem der Anhänger lastabhängig gebremst
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Mit
der Erfindung wird eine Bremssteueranordnung für einen Fahrzeugverbund bestehend
aus einem Zugfahrzeug und mindestens einem Anhänger geschaffen, wobei die
Bremssteueranordnung eine elektronische Bremssteuerung, die in Abhängigkeit von
einer Bremsanforderung einen ersten Bremsdruck für die Bremsen des Anhängers erzeugt,
aufweist sowie eine mechanische (pneumatische oder hydraulische)
Bremssteuerung, die ebenfalls in Abhängigkeit von der Bremsanforderung
einen zweiten Bremsdruck für
die Bremsen des Anhängers
erzeugt, mit einem Anhängersteuerventil,
dem der erste und der zweite Bremsdruck zugeführt werden und das den größeren dieser
Drücke
zu den Bremsen des Anhängers
durchschaltet, wobei nach der Erfindung vorgesehen ist, daß in eine
Druckleitung zwischen der mechanischen Bremse und dem Anhängersteuerventil
ein Absperrventil geschaltet ist, das nur dann den zweiten Bremsdruck
zum Anhängersteuerventil durchläßt, wenn
die elektronische Bremssteuerung fehlerhaft arbeitet.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die elektronische und die
mechanische Bremse ständig "aktiv" sind und den jeweils
aktuellen Bremsdruck dem Anhängersteuerventil
zuführen,
bei dem also mit zwei aktiven Kanälen gearbeitet wird, ist bei der
Erfindung nur der Kanal der elektronischen Bremse in dem Sinne aktiv,
daß der
von ihm erzeugte Bremsdruck dem Anhängersteuerventil zugeführt wird,
während
der Kanal der mechanischen (pneumatischen oder hydraulischen) Bremsdruckerzeugung
nur im Hintergrund arbeitet und der von ihm erzeugte Bremsdruck
durch das Absperrventil abgesperrt ist und damit nicht zum Anhängersteuerventil gelangt,
solange die elektronische Bremse fehlerfrei arbeitet. In diesem
Sinne arbeitet die Erfindung nur mit einem aktiven Kanal.
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Aus
Sicherheitsgründen
wird das Absperrventil als sog. "failsafe"-Ventil betrieben,
d.h. in seiner aktiven, durch einen elektrischen Strom gehaltenen Arbeitsstellung
ist das Ventil geschlossen und trennt damit die mechanische Bremssteuerung
von dem Anhängersteuerventil,
während
bei Ausfall dieses elektrischen Stromes das Absperrventil selbsttätig in seine
Ruhelage zurückkehrt,
bei welcher die Verbindung zwischen der mechanischen Bremssteuerung und
dem Anhängersteuerventil
hergestellt ist. In diesem Falle wählt das Anhängersteuerventil den größeren der
beiden Eingangsdrücke
aus und läßt diesen
zur Anhängerbremse
durch.
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Bei
Ausfall der elektronischen Bremseinrichtung wird der von dieser
erzeugte Bremsdruck bei dem Wert "0" liegen,
so daß dann
der mechanisch erzeugte Bremsdruck der höhere ist und den Anhänger bremst.
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Die
elektronische Bremssteuerung enthält eine Überwachungseinrichtung, die
die Funktion der elektronischen Bremssteuerung ständig überwacht. Diese Überwachungseinrichtung
erzeugt nur dann ein aktives Ausgangssignal zum Absperren des Absperrventiles,
wenn kein Fehler detektiert wird. Somit wird beispielsweise bei
totalem Stromausfall für
die elektronische Bremssteuerung auch das elektrische Signal zum
Betätigen
des Absperrventiles ausfallen, so daß dieses dann in seine "sichere" Ruhestellung gelangt
und die mechanische Bremssteuerung mit dem Anhängersteuerventil verbindet.
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Die
elektronische Bremssteuerung für
die Anhängerbremse
erzeugt einen pneumatischen oder hydraulischen Bremsdruck, der einerseits
von der Bremsanforderung des Fahrers abhängt und andererseits aber auch
von der Masse des Anhängers bzw.
Aufliegers, so daß dem
Anhänger
ein lastabhängiger
Bremsdruck zugeführt
wird, der sich im Regelfall von dem am Zugfahrzeug angelegten Bremsdruck
unterscheidet. Der Anhänger
braucht damit nicht mit einer ALB-Funktion ausgestattet zu sein. Diese
Funktion wird vielmehr von der elektronischen Bremssteuerung, die
im Zugfahrzeug angeordnet ist, übernommen.
Zu diesem Zweck wird der elektronischen Bremssteuerung ein der Masse
des Anhängers
bzw. Aufliegers oder ein der Koppelkraft zwischen Zugfahrzeug und
Anhänger
entsprechendes Signal zugeführt,
das gemäß dem oben
genannten Stand der Technik erzeugt wird. In Abhängigkeit von diesem Signal
wird der für
den Anhänger
bereitgestellte Bremsdruck modifiziert.
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Bei
einem Ausfall der elektronischen Bremssteuerung wird dagegen der
Anhängerbremse
derselbe Bremsdruck zugeführt
wie dem Zugfahrzeug. Die ALB-Funktion für den Anhänger ist dann vom Zugfahrzeug
aus nicht mehr verfügbar.
Sofern der Zugverbund mit einer Blockierschutzeinrichtung (ABS)
ausgestattet ist, würde
das ABS aber weiterhin funktionieren und extrem gefährliche
Bremszustände vermeiden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang
mit der Zeichnung erläutert.
Die einzige 1 zeigt ein Blockschaltbild
der Bremssteueranordnung nach der Erfindung.
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Alle
in 1 gezeigten Teile sind auf einem nicht dargestellten
Zugfahrzeug angeordnet. Die Bremssteueranordnung der 1 zeigt
eine elektronische Bremssteuerung 1, die aus elektrischen
Eingangssignalen und einer nicht dargestellten Druckmittelquelle
einen pneumatischen oder hydraulischen Bremsdruck auf eine Druckleitung 2 ausgibt, der
einem Eingang eines Anhängersteuerventiles 3 zugeführt wird.
Weiter besitzt die Bremssteueranordnung eine mechanische, d.h. pneumatische
oder hydraulische Bremssteuerung 4, die in herkömmlicher Weise
in Abhängigkeit
von einer Bremsanforderung, wie z.B. dem Niederdrücken eines
Bremspedales durch den Fahrer, einen pneumatischen oder hydraulischen
Druck erzeugt, der auf eine Druckleitung 5 ausgegeben wird.
Dieser Druck wird bei der Erfindung einem Eingang eines Absperrventiles 6 zugeführt, dessen
Ausgang über
eine weitere Druckleitung 8 mit einem zweiten Eingang des
Anhängersteuerventiles 3 verbunden
ist. Das Anhängersteuerventil 3 ist
als Maximalwertauswahl-Ventil ausgebildet, d.h. es schaltet den
gröberen
Druck der beiden an seinen Eingängen
anliegenden Drücke
zu seinem Ausgang durch, wobei dieser Ausgang mit einer Druckmittelleitung 9 verbunden
ist, die über
eine nicht dargestellte Kupplung mit der Bremsanlage des nicht dargestellten
Anhängers
bzw. Sattelaufliegers verbunden ist.
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In ähnlicher
Weise – jedoch
ohne das Absperrventil – wird
auch der Bremsdruck für
das Zugfahrzeug erzeugt. Die elektronische Bremssteuerung 1 hat
einen zweiten Druckmittelausgang, der mit einer Druckleitung 10 verbunden
ist. Ebenso hat die mechanische Bremssteuerung 4 einen
zweiten Druckmittelausgang, der mit einer Druckleitung 11 verbunden
ist. Die Druckleitungen 10 und 11 sind mit einem
Zugfahrzeugsteuerventil 12 verbunden, das ebenso wie das
Anhängersteuerventil 3 als
Maximalwertauswahl-Ventil ausgestaltet ist und das den größeren der
beiden Eingangsdrücke
auf eine Druckmittelleitung 13 ausgibt, die mit den Bremsen
bzw. Bremszylindern des Zugfahrzeuges verbunden sind.
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Die
elektronische Bremssteuerung 1 enthält eine Überwachungseinrichtung 14,
die in an sich bekannter Weise die Funktionsfähigkeit der elektronischen
Bremssteuerung überwacht
und Fehlfunktionen oder einen Totalausfall feststellt. Die Überwachungseinrichtung
ist so ausgestaltet, daß sie
im fehlerfreien Zustand der elektronischen Bremssteuerung 1 auf
einer elektrischen Leitung 7 ein aktives Signal, d.h. eine
elektrische Spannung bzw. einen elektrischen Strom ausgibt, der
das Absperrventil 6 betätigt.
Das Absperrventil 6 ist als "failsafe"-Ventil ausgebildet, d.h. es sperrt
dann aktiv die Verbindung zwischen den Druckleitungen 5 und 8 ab,
wenn eine elektrische Spannung auf der Leitung 7 anliegt,
d.h. wenn das Absperrventil 6 elektrisch erregt ist. Ist
dagegen die elektrische Spannung auf der elektrischen Leitung 7 unterhalb
der Ansprechschwelle des Absperrventiles 6, so wird dieses
in seinen Ruhezustand abfallen, was üblicherweise durch die Kraft
einer mechanischen Feder erfolgt. In diesem Ruhezustand sind die
Druckleitungen 5 und 8 miteinander verbunden,
so daß letztendlich
der von der mechanischen Bremssteuerung 4 bereitgestellte
Bremsdruck einem Eingang des Anhängersteuerventiles 3 zugeführt wird.
Da in einem Fehlerfalle der Druckmitteldruck, der von der elektronischen
Bremssteuerung 1 auf der Druckleitung 2 bereitgestellt
wird, den Wert "0" hat, so ist der
Druck auf der Druckleitung 8 größer als der auf der Druckleitung 2,
so daß das
Anhängersteuerventil 3 dann
den Druck auf der Druckleitung 8 auswählt und zur Druckleitung 9 und
damit zur Anhängerbremse
leitet. Damit ist im Fehlerfalle eine sichere Bremsung gewährleistet.
Ein Fehlerfall ist unter anderem auch ein Totalausfall der elektrischen Stromversorgung
des Fahrzeuges. Auch in diesem Falle würde die Überwachungsschaltung 14 den elektrischen
Strom auf der Leitung 7 abschalten und das Absperrventil 6 würde in die
beschriebene Ruhestellung gehen.
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Die
elektronische Bremssteuerung 1 ist hier in zwei Teilbereiche 16 und 17 unterteilt.
Der Teilbereich 16 ist für die Ermittlung des Bremsdruckes
für das
Zugfahrzeug und der Teilbereich 17 für die Ermittlung des Bremsdruckes
für den
Anhänger
bzw. Sattelauflieger verantwortlich. Beiden Teilbereichen wird über eine
elektrische Leitung 18 ein elektrisches Bremsanforderungssignal
zugeführt,
das beispielsweise über
ein Potentiometer abgegriffen wird, das mit dem Bremspedal des Zugfahrzeuges
verbunden ist. Je nach Niederdrücken,
d.h. Stellung des Bremspedales ergibt sich somit eine unterschiedliche Bremsanforderung.
Die elektronische Bremseinrichtung erzeugt in dem Teilbereich 16 daraus
in bekannter Weise den Bremsdruck für das Zugfahrzeug.
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Da
die Erfindung davon ausgeht, daß die
Anhängerbremse
keine ALB-Funktion (lastabhängige Abbremsung)
zur Verfügung
hat, ist in dem Teilbereich 17 der elektronischen Bremssteuerung 1 diese Funktion
implementiert. Dies bedeutet, daß dem Teilbereich 17 über eine
elektrische Leitung 15 ein der Masse (Gewicht) des Anhängers bzw.
Aufliegers oder ein der Koppelkraft zwischen Zugfahrzeug und Anhänger entsprechendes
Signal zugeführt
wird, das von dem Teilbereich 17 der elektronischen Bremssteuerung 1 bei
der Ermittlung des Bremsdruckes für die Anhängerbremse mit berücksichtigt
wird. Dieses Signal auf der Leitung 15 kann in beliebiger
Weise erzeugt werden, wie es beispielsweise aus dem eingangs genannten
Stand der Technik bekannt ist.
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Bei
nur teilbeladenem oder leerem Anhänger muß der Bremsdruck für den Anhänger in
den meisten Fällen
niedriger sein als der Bremsdruck für das Zugfahrzeug, da die zwischen
Reifen und Fahrbahn wirkenden Bremskräfte von der senkrecht zur Straßenoberfläche wirkenden
Normalkraft abhängt.
Da die Bremskraft zwischen Reifen und Fahrbahn von dem Bremsdruck
abhängt,
muß somit
für eine
optimale Bremsung auch der Bremsdruck von der genannten Normalkraft
und damit von der Anhängermasse
abhängen.
Es kann aber auch sein, daß die Bremswirkung
der Anhängerbremse
sehr schlecht ist, d.h. daß für eine relativ
kleine Bremswirkung schon ein hoher Bremsdruck erforderlich ist.
Auch dies könnte
in der elektronischen Bremssteuerung berücksichtigt werden mit der Folge,
daß der
Bremsdruck für
den Anhänger
auch größer sein
kann als der für
das Zugfahrzeug. Dies läßt sich
beispielsweise durch die Ermittlung der Koppelkraft zwischen Zugfahrzeug
und Anhänger
feststellen, wobei ein entsprechendes Signal dann auf der elektrischen
Leitung 15 dem Teilbereich 17 zugeführt wird.
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Die
mechanische Bremssteuerung 4 erhält über ein schematisch mit dem
Pfeil 19 dargestelltes Betätigungsorgan, das beispielsweise
das Bremspedal des Zugfahrzeuges sein kann, in bekannter Weise die
Bremsanforderung. Daraus wird sowohl für das Zugfahrzeug als auch
die Anhängerbremse
ein Bremsdruck erzeugt, der auf den Druckleitungen 11 und 5 den
jeweiligen Bremsen zugeführt
wird. Selbstverständlich
können
diese beiden Drücke
unterschiedlich groß sein,
entsprechend einer werksseitig festgelegten Bremskraftaufteilung
zwischen Anhänger
und Zugfahrzeug.
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Ein
mit der erfindungsgemäßen Bremssteueranordnung
ausgerüstetes
Zugfahrzeug kann daher auch mit Anhängern bzw. Sattelaufliegern
gekoppelt werden, die selbst keine automatische Lastabbremsung aufweisen.
Trotzdem kann dann der Anhänger gemäß einer
ALB-Funktion gebremst werden, die vom Zugfahrzeug bereitgestellt
wird. Damit erhält man
eine verbesserte Fahrstabilität,
einen geringeren Reifenverschleiß am Anhänger und schließlich auch,
sofern dieser mit einer Blockierschutzfunktion ausgerüstet ist,
eine Verbesserung des Blockierschutzes, da dieser nicht mehr von
einem zu hohen Druck aus regeln muß sondern nur noch von einem geringeren
Bremsdruck, was die Blockierschutzregelung schneller und empfindlicher
macht.