DE3002416A1 - Einrichtung zur reibschlussteuerung - Google Patents

Einrichtung zur reibschlussteuerung

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DE3002416A1 DE19803002416 DE3002416A DE3002416A1 DE 3002416 A1 DE3002416 A1 DE 3002416A1 DE 19803002416 DE19803002416 DE 19803002416 DE 3002416 A DE3002416 A DE 3002416A DE 3002416 A1 DE3002416 A1 DE 3002416A1
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Description

Dipl. ing. K. HOLZEB VKXUFFIHB -WBUBB · 8ΧΒΛ.ΒΜ 1*
AUOSBUBQ
CBLBZ 63310« paid 4
M. 642
Augsburg, den l8. Januar 1980
The Minister of Transport in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain
and Nortern Ireland, 2, Marsham Street, London SWl 3EB, England
Einrichtung zur ReibSchlußsteuerung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des Reibschlusses zwischen einem bewegbaren Bauteil und einem damit in Reibschluß bringbaren Reibelement.
Mittels der Erfindung lassen sich die Reibkräfte in Bremsen, Kupplungen und dergleichen unabhängig vom normalen Betätigungsmechanismus variieren.
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Die Erfindung kann vorteilhaft bei Fahrzeugbremseinrichtungen, insbesondere bei Motorräderns als Blockierschutzeinrichtung, oder in Mechanismen9 die Antriebsleistung oder Steuerbewegungen übertragen9 beispielsweise in Winden von Kranen usw«, 9 als Rutschkupplung Anwendung finden, jedoch ist die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung nicht auf diese Punktionen begrenzte
Bei Radfahrzeugen kann das Anziehen der Bremsens insbesondere bei nasser oder aus anderen Gründen schlüpfriger Fahrbahn, zum Blockieren des gebremsten Rades führen, was bei Straßenfahrzeugen ein Schleudern und infolgedessen Reifenpannen, den Verlust der Lenkfähigkeit sowie ein Nachlassen der Bremswirkung zur Folge haben kann,, Ein Blockieren des Rades ist daher stets unerwünscht und bei Motorrädern besonders gefährlich» Eine vor kurzem durchgeführte Untersuchung hat gezeigt, daß Motorräder (einschließlich Motorrollern und Mopeds) in Großbritannien nur 2 % der Gesamtfahrleistung der Straßenfahrzeuge bringens aber 14 % der Unfälle verursachen, von denen viele darauf zurückzuführen sind, daß die Bremsen im Hinblick auf die herrschenden Bedingungen falsch oder in ungeeigneter Weise betätigt worden sind.
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Blockiergeschützte Bremseinrichtungen sind bereits bekannt und weisen gewöhnlich einen Fühler auf, der eine übermäßige Verzögerung des Rades feststellt und in Abhängigkeit davon eine Verminderung des Bremsdruckes veranlaßt, bis das Rad wieder eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit erreicht hat, wonach die Bremse wieder angelegt wird. Dieser Zyklus wiederholt sich, bis das Rad zum Stillstand kommt oder die Bremsen auf normale Weise wieder gelöst werden.
Derartige bekannte Blockierschutzeinrichtungen sind in ihrer praktischen Anwendung auf hydraulisch oder pneumatisch betätigte Bremsen beschränkt, da sie nur schwierig an mechanisch betätigte Bremsen anzupassen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Steuerung des Reibschlusses zu finden, die sich bei Bremsen beliebiger Art zum Blockierschutz ausnützen läßt.
Gemäß der Erfindung finden zur Steuerung des Reibschlusses, d. h. zur gesteuerten Reduzierung der Reibkräfte, Ultraschallschwingungen Anwendung.
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1Q02416
— Q —
Nach der Erfindung ist ein Fühler vorgesehen8 der die Beaufschlagung mindestens eines der beiden miteinander in Reibschluß stehenden bzw. in Reibschluß bringbaren Teile mit Ultraschallschwingungen bewirkt«
Bei einem Anwendungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei den bewegbaren Bauteil um eine an einem Kad befestigte Bremsscheibe und bei dem Reibelement um eine Bremsbacke. Der Fühler überwacht die Winkelgeschwindigkeit des Rades beim Anlegen der Bremse und veranlaßt die beauf·= schlagung der Bremsbacke mit Ultras challs chwingungen s wenn die Winkelgeschwindigkeit unter einen vorgegebenen Wert abfällt.
Bei einem anderen Anwendungsbeispiel der Erfindung sind das bewegbare Bauteil und das Reibelement miteinander zusammenwirkende Kupp lungs elemente»
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegende schematische Zeichnung mehr im einzelnen beschriebens welche einen Teil einer Fahrzeugbremseinrichtung zeigte
Die Bremseinrichtung weist eine metallene Bremsscheibe auf, die an einem nicht dargestellten Rad befestigt ist
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und mit diesem umläuft. Zwei Bremsbacken 2 (nur eine dargestellt) aus einem Werkstoff mit hohem Reibungskoeffizienten sind beiderseits der Bremsscheibe angeordnet und durch einen nicht dargestellten Spannmechanismus miteinander verbunden, über welchen die Bremsbacken mittels einer geeigneten Betätigungsvorrichtung zwecks Ausübung einer Bremskraft in Anlage an die Bremsscheibe gedrängt werden können. Die Betätigungsvorrichtung kann irgendeiner geeigneten herkömmlichen Bauart angehören, welche den Bremsdruck hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch erzeugt.
fiin Fühler 3 ist an einen Ultraschallfrequenzgenerator angeschlossen, der über Leitungen 5 und 6 mit der Wicklung ^ eines magnetostriktiven Wandlers 8 verbunden ist, der mit einer der beiden Bremsbacken 2 in Berührung steht. Alternativ dazu können zwei magnetostriktive Wandler Anwendung finden, von denen jeder einer der beiden Bremsbacken zugeordnet ist.
Der Fühler 3 überwacht beim Anlegen der Bremse die Winkelgeschwindigkeit des betreffenden Fahrzeugrades entweder direkt oder über die Bremsscheibe 1. Übersteigt die Verzögerung des Rades einen vorgegebenen Einstellwert (gewöhnlich 1 g), gibt der Fühler 3 ein Signal an den
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Ultraschallfrequenzgenerator 4S der sodann die Spule 7 erregt j so daß der magnetostrictive Wandler Ultraschallschwingungen erzeugt und auf die Bremsbacke 2 überträgt» Dadurch wird die Reibkraft zwischen der Bremsbacke bzw« den Bremsbacken und der Bremsscheibe 1 vermindert s wodurch sich das Rad wieder schneller drehts bis der Fühler j> aufhört, ein Signal an den Ultraschallfrequenzgenerator 4 anzulegen und sich wieder die normale Bremskraft einstellt» Dieser Vorgang wiederholt sich stetss wenn das Rad zum Blockieren neigt, bis das Fahzeug entweder zum Stillstand gekommen ist oder die Bremsen gelöst werden«.
Auf diese Weise kann die von der Bremsbacke bzw« den Bremsbacken 2 auf die Bremsscheibe ausgeübte Bremskraft auf dem maximal möglichen Wert gehalten werden« Dies ist insbesondere in Notsituationen wichtig^ wenn die Fahrbatm naß und schlüpfrig ist und die bestmögliche Lenkfähigkeit, insbesondere bei einem Motorrad beibehalten werden soll.
Da die erfindungsgemäße Einrichtung unabhängig vom normalen Bremsenbetätigungsmechanismus arbeitet und keine beweglichen Teile aufweist 9 tritt bei ihrem Einsatz nur eine minimale Zeitverzögerung auf und ihre Wirkung erfolgt viel schneller, als es bei einem intermittierenden Betätigen und Lösen der Bremsenbetätigungsmittel möglich wäre»
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Die beschriebene Anordnung ist in vielfältiger Weise abwandelbar. Beispielsweise kann der Fühler 3 einen Beschleunigungsmesser zur Messung der Verzögerung des Fahrzeugs aufweisen; die Bremsbacken können unmittelbar auf das Rad wirken, beispielsweise am Radrand, oder es können herkömmliche Trommelbremsen Anwendung finden; und der magnetostriktive Wandler kann durch einen Wandler der piezoelektrischen Bauart ersetzt werden, der eine alternative Möglichkeit zum Umsetzen elektrischer Schwingungen in mechanische Schwingungen darstellt. Die Ultraschallschwingungen können auch auf die Scheibe 1 übertragen werden,
Die durch den magnetostriktiven oder piezoelektrischen Wandler erfolgte Auslenkung des betreffenden Reibelements kann in jeder gewünschten Richtung erfolgen. Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Auslenkung in der Drehebene und tangential zur Drehrichtung, was für diesen besonderen Anwendungsfall am geeignetsten erscheint. Jedoch kann auch irgendeine andere Aus lenkungs richtung entweder in der Drehebene oder außerhalb der Drehebene je nach den herrschenden Bedingungen vorteilhafter sein.
Es ist bei Ultraschallwandlern, insbesondere der piezoelektrischen Bauart, bekannt, das Oszillatoreingangssignal zum Erzielen eines besser definierten Ansprechens
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mit einer Gleichstromvorspannung zu beaufschlagen»
In Abwandlung dieser Möglichkeit findet beim Einsetzen des Eingangssignals ein Gleichspannungsimpuls kurzer Dauer Anwendungs der jedoch stärker als die übliche Gleichstromvorspannung ist«
Wie die Zeichnung außerdem zeigt, ist zwischen dem Fühler 3 und dem Ultraschallfrequenzgenerator 4 ein Puktionsgenerator 9 (gestrichelt gezeichnet) geschaltet, der einen weiteren Ausgang besitzt 9 der über einen Gleichspannungs-Impulsgeber 10 (ebenfalls gestrichelt) mit der zum Wandler 8 führenden Aus gangs leitung 6 des Ultraschallfrequenzgenerators verbunden ist» Der Punktionsgenerator enthält einen Starter und einen Gleichspannungs-Impulszeitgeber, wodurch das Einsetzen eines Signals vom Fühler einen Gleichspannungsimpuls hervorruft s dessen Dauer bei einer Arbeitsfrequenz von etwa 2 0 kHz einer oder zwei Perioden entspricht und der den Wandler 8 praktisch gleichzeitig mit dem Aus gangs sign al des Ultraschallfrequenzgenerators zugeführt wird. Dies erzeugt eine plötzliche Auslenkung, die schnell eine etwa vorhandene Haftung zwischen dem Reibelement und dem bewegbaren Bauteil unterbrichts ohne daß der Aufbau normaler Schwingungen erforderlich ist»
Damit erreicht man eine schnellere Herabsetzung der Reibkraft, als dies auf andere Weise möglich wäre, und folglich ein höheres Maß an Regelbarkeit. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, daß weniger Energie er- . forderlich ist, da die Amplitude der Ultraschallschwingungen kleiner sein kann, als es ohne solche Unterstützung zum Aufbrechen der Haftreibung erforderlich wäre. Die Wirkung des Gleichspannungsimpulses ist im Falle eines piezoelektrischen Wandlers wahrscheinlich noch ausgeprägter, da er dort eine sehr schnelle Kompression des Kristalls erzeugt, aber es sind auch bei Verwendung eines magnetostriktiven Wandlers ähnlich gute Ergebnisse erzielt worden. Es hat sich in dieser Hinsicht auch als vorteilhaft er-· wiesen, die vom Wandler erzeugte Auslenkung des Reibelements bezüglich des drehbaren Bauteils radialer Richtung verlaufen zu lassen.
Wenn die Betätigung des Reibelements mittels einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung erfolgt, kann der Wandler in Weiterbildung der beschriebenen grundsätzlichen Ausführungsform unmittelbar auf das geschlossene Ende des BetätigungsZylinders wirken, und die vom Wandler ausgehenden Ultraschallschwingungen werden über das. Hydraulikmittel auf den Kolben übertragen, an welchem das Reibelement montiert ist. Die Stirnwand des Zylinders besteht aus geeignetem,
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die Übertragung der Ultraschallenergie begünstigendem Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl, und der Kolben ist unter Berücksichtung seiner eigenen Eigenscnaften und derjenigen des Hydraulikmittels zweckmäßigerweise so geformt, daß eine Dämpfung der Ultraschallenergie an der Grenzfläche zwischen Hydraulikmittel und Kolben minimal gehalten wird»
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel findet die Erfindung bei Reibkupplungen Anwendungs die entweder winkelbeweglich oder geradlinig beweglich sind=, Der Fühler hat dabei die Aufgabe, andere unerwünschte Bedingungen wie beispielsweise Überlastung oder Überdrehzahl festzustellen, wonach die Beaufschlagung eines der Kupplungselemente mit Ultraschallschwingungen ein Durchrutschen der Kupplung gestattet., solange die betreffenden ungünstigen Bedingungen vorhanden sind,,
Eine sehr genaue Steuerung der Kupplung läßt sich mit Hilfe eines Funktionsgenerators erreichens der zwischen den Fühler und den Ultraschallfrequenzgenerator gescnaltet ist, so daß das Eingangssignal des Ultraschallfrequenzgenerators so-variiert werden kann, daß man einen abgestuften Kupplungseingriff erhält, nämlich:
a) Einen teilweisen Eingriff zur Herstellung eines Schlupfes
b) Einen teilweisen Eingriff vor dem vollen Eingriff, um eine stoßartige Belastung der Antriebs- und/oder Übertragungskomponenten abzuschwächen; und
c) Eine Steigerung des Eingriffs bis zum vollen Eingriff in vorprogrammierter Weise, d. h. gemäß einer linearen oder nichtlinearen Funktion, wodurch die Geschwindigkeit einer angetriebenen Last innerhalb gegebener Grenzen gehalten wird, was sich am besten unter Verwendung einer herkömmlichen geschlossenen Regelschleife erreichen läßt, jedoch kann es auch vorteilhaft sein, die Kupplung schleifen zu lassen, während die Drehzahl des Antriebs verändert wird.
Der Fühler kann im Hinblick auf ein Ansprechen auf irgendwelche geeignete Signale, beispielsweise analoge oder digitale Signale ausgelegt sein, welche ein Drehmoment, eine Temperatur oder andere meßbare Parameter darstellen.
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Claims (20)

  1. SPATBMOfAWWAI. T
    DIPL. ING. B.
    I -WBMBB - 8TBASSB SA
    SOOO AUOSBUBG
    ssaaoa pud <
    Patentansprüche
    [ Iy Einrichtung zur Steuerung des Reibschlusses zwischen einem beweglichen Bauteil und einem damit in Reibschluß bringbaren Reibelements gekennzeichnet durch einen Fühler (3)9 der die Beaufschlagung mindestens eines der beiden miteinander in Reibschluß bringbaren Teile (I9 2) mit Ultraschallschwingungen bewirkte
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch I5 wobei das bewegbare Bauteil eine drehbare Scheibe und das Reibelement eine Ke iobacke aus reibungsstarkem Material ist, gekennzeichnet durch einen Wandler (8), der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Fühlers (3) die Reibbacke (2) mit Ultras challs chwinburigen beaufschlagt.
  3. 3· Einrichtung nach Anspruch 2 s wobei die drehbare Scheibe an einem Rad befestigt 1sts dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (3) die Winkelgeschwindigkeit des Rades überwacht.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3S dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (8) der magnetostriktiven Bauart angehört.
    0.3QQ32/Q6
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (8) der piezoelektrischen Bauart angehört.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fühler (3) und dem Wandler (8) ein UItraschallfrequenzgenerator (4) und ein Punktionsgenerator (9) geschaltet sind.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (9) das Eingangssignal des Ultraschallfrequenzgenerators (4) beeinflußt.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Ausgang des Funktionsgenerators (9) über einen Gleichspannungs-Impulsgeber (10) mit dem Wandler (8) verbunden ist.
  9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Reibbacke mittels hydraulischer Mittel in Anlage an die drehbare Scheibe gedrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwingungen über die Hydraulikflüssigkeit auf die Reibbacke (2) übertragen werden.
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  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9 s wobei die Reibbacke am Kolben eines Hydraulikzylinders montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (ö) die Ultraschallschwingungen auf die im Hydraulikzylinder befindliche Hydraulikflüssigkeit überträgt,,
  11. 11. Pahrzeugbremseinrichtungj gekennzeichnet durch eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1O0
  12. 12. Pahrzeugbremseinrichtung nach Anspruch H8 wobei eine Bremsbacke mit einem abzubremsenden Rad in Reibschluß bringbar ist, dadurch gekennzeichnet s daß die Bremsbacke (2) automatisch mit den Ultraschallschwingungen beaufschlagt wird, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Rades (1) unter einen vorgegebenen Grenzwert ab fällte
  13. 13. Pahrzeugbremseinrichtung nach Anspruch 12 s woDei
    die Bremsbacke auf eine mit dem Rad verbundene Bremsscheibe (1) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (8) die Bremsbacke (2) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Fühlers (3) mit den Ultraschallschwingungen beaufschlagt»
  14. 14. Pahrzeugbremseinrichtung nach Anspruch 13» wobei die Bremsbacke am Kolben eines Hydraulikzylinders montiert
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    ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (8) die Ultraschallschwingungen auf die Stirnwand des Hydraulikzylinders überträgt.
  15. 15· Fahrzeugbremseinriehtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand des Hydraulikzylinders aus einem Werkstoff besteht, der die übertragung der Ultraschallenergie begünstigt.
  16. 16. Fahrzeugbremseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderstirnwand aus rostfreiem Stahl besteht.
  17. 17. Fahrzeugbremseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben so gestaltet ist, daß die Dämpfung der Ultraschallenergie minimal gehalten wird.
  18. 18. Fahrzeugbremseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 17, gekennzeichnet durch einen Impulsgeber (10) zum Zuführen eines Gleichspannungs-Impulses zum Wandler (8) beim Einsetzen eines Ausgangssignals des Fühlers (3).
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  19. 19. Fahrzeugbremseinrichtung nach Anspruch zeichnet durch einen Starters der durch ein Signal des Fühlers (3) betätigbar ist»
  20. 20. Reibkupplung., gekennzeichnet durch eine riinri nach einem der Ansprüche 1 bis 10«
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