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Vorrichtung zum Messen verminderter Reibung einer
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Fahrbahn Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen verminderter
Reibung einer Fahrbahn, insbes. zur Anzeige von Schleudergefahr bei Glatteis bei
einem Straßenfahrzeug.
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Bereits bekannte Vorrichtungen dieser Art -auch Glatteiswarngeräte
genannt- messen mittels elektrischer Sensoren chemisch/physikalische Zustandswerte
der Luft, des Wassers und der Streusalzkonzentration, wie beispielsweise aus DE
PS 21 53 020 oder auch DE PS 26 48 906 ersichtlich ist. Aus dem Ergebnis der Messung
einzelner Werte oder aus der Kombination mehrerer Meßergebnisse lassen sich Rückschlüsse
auf die Gleiteigenschaft der Straße ziehen.
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Ist beispielsweise die gemessene Außentemperatur annähernd 0° C, kann
mit einiger Sicherheit auf Glatteis geschlossen werden. Die zusätzliche Messung
des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft bzw. des Vorhandenseins von Feuchtigkeit auf
der Straße lässt das Ergebnis schon genauer
werden. Ist die Straße
bereits mit Salz gestreut, kann weiterhin der vergleichbare Temperaturwert für den
Gefrierpunkt der Salzlösung in Abhängigkeit von seiner Konzentration herangezogen
werden. Aus dieser Auswertung kann man mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit
Schlüsse auf das Vorliegen oder die Annäherung an den Gefahrenpunkt ziehen.
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Alle diese Meßverfahren bekannter Geräte liefern -mag das Ergebnis
auch noch so genau sein- lediglich relative Aussagen in Bezug auf das tatsächliche
Fahrverhalten eines Fahrzeuges, das durch Glatteisbildung auf der Straße in seiner
Sicherheit beeinträchtigt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der oben
genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, absolute Werte des Zustandes Glätte
auf einer Fahrbahn anzuzeigen, wobei nicht nur Glatteis, sondern jeder beliebige
Zustand verminderter Haftreibung infrage kommt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil
des Anspruchs 1 geschilderten Maßnahmen gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen finden sich bei den Merkmalen der Unteransprüche.
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Der Erfindung liegt die Tatsache zugrunde, daß z.B. bei Glatt eis
oder ganz allgemein bei glatter Fahrbahn ein beschleunigtes Rad durchdreht während
ein abgebremstes Rad blockiert. Diese beiden Zustände sind die sichersten Anzeichen
für den Fahrer eines Straßenfahrzeuges für das Vorhandensein von Glätte. Er wird
im Normalfall die Geschwindigkeit seines Fahrzeuges sofort drosseln, um einem möglichen
Unfall vorzubeugen.
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Die meisten Fahrer kennen das Erscheinungsbild des Blockierens und
Durchdrehens der Räder bei Glätte. Sie stellen sich darauf ein, nutzen es aber auch
zu Testzwecken. So finden häufig z.B. bei Schnee oder Eis Testbremsungen statt.
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Bei einem solchen Test blockieren die Räder mehr oder weniger, äe
nach Glättezustand. Am Gesamtverhalten des Fahrzeuges wie Absinken der Motordrehzahl,
Tachometerrückgang, Singen der Reifen, Spurverhalten usw. erkennt der geübte Fahrer
die Gefahr. Es bedarf keiner weiteren Erörterung, daß solche Testbremsungen wenig
empfehlenswert sind. Einerseits wird Motor und Getriebe über das normale Maß beansprucht,
anderseits können andere Verkehrsteilnehmer gefährdet werden.
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Die vorgestellte Erfindung macht Testbremsungen überflüssig.
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Es wird åede durch Glätte hervorgerufene Abweichung der normalen Drehzahl
eines oder mehrerer Räder des Fahrzeugs angezeigt, ohne daß es auf das subjektive
Empfinden des Fahrers ankäme.
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In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorzugsweise allen
vier Rädern eines Fahrzeugs ein Impulsgeber zugeordnet, der pro Radumdyehung einen
Impuls aussendet. Solange die Räder einwandfrei auf der Straße haften, ist die Umdrehungszahl
und damit die Impulsfolge aller Räder annähernd gleich. Sobald ein oder mehrere
Räder jedoch blockieren oder durchdrehen, findet eine Abweichung gegenüber der Impulsfolge
der übrigen normal haftenden Räder statt.
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Diese Abweichung wird mit den Mitteln der modernen Elektronik gemessen
und als Signal in einem Anzeigegerät sichtbar gemacht. In der Praxis werden kaum
alle vier Räder bei Glätte ein gleiches Verhalten zeigen, so daß regelmäßig eine
Differenz der Impulsfolge meßbar ist. Das heißt,
bei Beschleunigen,
Abbremsen oder auch testweisem Antippen des Bremspedals wird mindestens ein Rad
-schon alleine bedingt durch die verschiedene Bremswirkung der einzelnen Räder-
eine andere relative Drehzahl annehmen.
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In den Fällen einer durchaus möglichen Ubereinstimmung der Drehzahl
änderung aller vier Räder ist keine Differenz der Impulsfolge messbar. Hier würde
die oben skizzierte Schaltanordnung kein Signal verarbeiten und abgeben, selbst
bei totaler Blockade im Fall von spiegelnder Glätte. Gelöst wird dieser Fall dadurch,
daß nicht mehr als Bezugsgröße die Impulsfolge eines anderen Rades herangezogen
wird, sondern die gespeicherte Impulsfolge unmittelbar vor der Änderung.
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Eine plötzliche Änderung -schnellere oder langsamere Impulsfolge als
der gespeicherte Wert- löst hier das Signal aus. Auch diese elektronische Schaltanordnung
mit Speicher läßt sich leicht realisieren, so daß hier nicht näher darauf eingegangen
zu werden braucht.
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Besonders vorteilhaft ist die Anordnung eines zusätzlichen schwenkbaren
Laufrades, das mit einer Vorspannung versehen auf der Straße abrollt und eine kontinuierliche
Messung ermöglicht. Sobald dieses laufrad eine Stelle verminderter Reibung (Glatteis)
überrollt,ändert sich infolge der wie eine Bremse wirkende Vorspannung die Drehzahl.
Auch hier ist, wie bereits oben erläutert, dem Rad ein Impulsgeber zugeordnet, der
pro Radumdrehung einen Impuls aussendet. Die Verarbeitung der Impulse und die Schaltanordnung
entspricht genau den oben gemachten Angaben. Das zusätzliche Rad gibt auch dann
zuverlässige Werte, wenn weder gebremst noch beschleunigt wird.
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Statt der oben beschriebenen berührungslosen Drehimpulsgeber ist die
Anordnung von elektromechanischen Schaltern (Endschaltern) möglich. Unter Verzicht
auf eine elektronische Schaltanordnung kann der vom Schalter kommende elektrische
Impuls direckt einer Anzeigelampe zugeleitet werden. Ein solcher Schalter wird vorzugsweise
dem zuzusätzlichen ausschwenkbaren Rad zugeordnet und wird bei Auftreten einer Drehverzögerung
des Rades in einen Schaltzustand gebracht, der den Stromkreis mit der Anzeigelampe
schließt.
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Anhand der Zeichnung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert. Die ausgesprochen schematische Darstellungsweise erleichtert
den überblick und läßt die wirliche konstruktive Gestaltung völlig frei.
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Es zeigen: Fig. 1 Das Laufrad eines Straßenfahrzeuges mit feststehender
Achse und einem Dlrehimpulsgeber, Fig. 2 Die seitliche Ansicht eines zusätzlichen
schwenkbaren Laufrades mit Schwenkmechanismus, Fig. 3 Wie Fig. 2, jedoch Ansicht
von vorne mit Darstellung einer Bremseinrichtung, Fig. 4 Das Blockschaltbild der
Ausfürungsbeispieles Fig. 5 Die Anordnung eines elektrischen Schalters.
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Fig. 1 zeigt ein serienmäßiges Laufrad eines Straßenfahrzeugs z.B.
eines m(W mit dem Gummireifen 1, der Felge 2, der Bremstrommel 3 und der Achse 4.
An der feststehenden Achse ist ein berührungsloser Schalter 5 befestigt. Es kann
sich dabei z.B. um ein Magnetschalter oder ein Hallelement handeln. Durch das mit
der Bremstrommel rotierende Induktionselement 6 wird im Schalter 5 bei jeder Umdrehung
ein Impuls erzeugt, der über eine elektrische Leitung der elektronischen Schaltung
7 zugeleitet wird. Die Anzeigeeinrichtung 8 enthält ein Lämpchen, das bei einem
vorgegebenen Schaltzustand aufleuchtet und dem Fahrer eine Glatteiswarnung vermittelt.
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Fig. 2 zeigt ein zusätzliches schwenkbares Laufrad 10 mit einem profilierten
Gummibelag 11. Der Durchmesser des Rades kann kleiner als das serienmäßige Laufrad
des Fahrzeuges sein. Es ist über einen Arm 12 und einer Konsole 13 am Chassis 15
des Fahrzeugs befestigt. Mittels der Schwenkvorrichtung 14 wird das Rad auf die
Straßenoberfläche 16 gedrückt. Die Schwenkvorrichtung ist als Druckluftzylinder
mit Kolben und Rückstellfeder ausgebildet. Sobald der Zylinder mit einem bestimmten
Druck über die Zuleitung 17 beaufschlagt wird, wird das Rad 10 mit dem Gummibelag
11 über die Kolbenstange mi"t einem entsprechenden Druck auf die Straßenoberfläche
16 gedrückt. Ein Uberdruckventil 18 sorgt dafür, daß etwa bei auf der Straße liegenden
Hindernissen das Rad in die Ausgangslage zurückschwenken kann.
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Fährt das Fahrzeug in Fahrtrichtung A, wird das Rad kontinuierlich
mit einer bestimmten Drehzahl in Drehrichtung B angetrieben. Ebenso wie bei Fig.
1 beschrieben, ist auch hier eine berührungslose Schaltereinheit 5 ; 6 angeordnet.
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Uberrollt das Rad 10 einen mit Glatteis o.ä. versehenen Straßenabschnitt
19, so wird das durch eine Bremse vorgespanne
Rad rutschen oder
total blockielen. Die dadurch bedingte geänderte Impulsfolge wird der Elektronik
7 zugeleitet.
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Anhand Fig. 3 wird eine mögliche Bremsvorrichtung näher erläutert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt seine Funktion nur dann, wenn das auf der
Straße abrollende Rad, das zu Messzwecken herangezogen wird, abgebremst wird.
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Dabei muß die Bremskraft so abgestimmt sein, daß bei normaler trockener
Straßenoberfläche das Rad ohne Schlupf abrollt, bei Glätte jedoch sofort rutscht
bzw. blockiert.
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Entscheident ist dabei auch der Anpressdruck durch die Schwenkeinrichtung
14 auf die Straße. Diese Bremse besteht aus einem feststehenden Gehäuse 20 und 21
in dem sich die kreisrunde Scheibe 22 befindet, die über die Achse 24 mit dem Rad
10 verbunden ist. In den so gebildeten Zwischenräumen 23 befindet sich eine hochviskose
Flüssigkeit z.B.
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Silikonoel. Versucht man das Rad 10 und damit die Scheibe 22 zu drehen,
so sucht das Oel dieses Bestreben zu verhindern.
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Durch Variation von Viskosität und Oberflächengröße kommt man zu einem
gewünschten Bremsmoment, das größer ist als das jenige, welches bei Glätte durch
das Abrollen des Rades auf die Achse 24 übertragen wird.
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Statt dieser einfachen Bremse, wie in DE OS 33 11 369 näher beschrieben,
kann die Achse 24 direkt mit dem Rotor eines nicht dargestellten Generators verbunden
werden, der über einen Regler an die Batterie des Fahrzeugs angeschlossen ist. Bei
großem Erregerstrom wird der Rotor entsprechend den hohen magnetischen Feldern schwergängig
sein und damit eine erwünschte Bremswirkung auf das Rad 10 aus üben. Beim Abrollen
des Rades wird im Generator eine von der Drehzahl abhängige Spannung erzeugt bei
Blockade sinkt sie dagegen auf Null. Die Spannung kann analog angezeigt werden oder
aber über eine Grenzwert schaltung eine Signallampe
zum Aufleuchten
bringen. Der vom Generator erzeugte Strom kann der Batterie zugeführt werden, so
daß nur ein geringer Energieverlust entsteht.
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Fig. 4 entspricht der Anordnung von Fig. 2 und Fig. 3.
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Im Gegensatz dazu ist in Fig. 4 eine rein elektromechanische Schalteranordnung
dargestellt. Das Gehäuse 20 ist hier jedoch nicht fest, sondern innerhalb des Drehwinkels
um die Achse 24 drehbar. Begrenzt wird der Drehwinkels durch die Anschläge 29 und
25, gegen die eine am Gehäuse ausgebildete Nase 26 anschlägt. Rollt das Rad in Drehrichtung
B auf der Straße 16 ab, so wird die Nase 26 am Anschlag 29 anliegen. Die .Zugfeder
27 wird in diesem Zustand gespannt.
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Uberrollt das Rad einen Abschnitt 19 mit Glatteis, so wird die Zugfeder
die Nase zurück bis zum Anschlag 25 drehen und dabei den Endschalter 28 betätigen.
Dabei wird -bewirkt durch das Drehmoment der Bremse- das Rad 10 um den Drehwinkeld
entgegen der Drehrichtung B zurückgedreht. Die Federkraft muß mit der Bremskraft
und der Anpreßkraft abgestimmt werden. Der vom Endschalter ausgehende Impuls kann
vorteilhafterweise unmittelbar dem Anzeigelämpchen 9 zugeleitet werden und dieses
zum Aufleuchten bringen.
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Fig. 5 zeigt das Blockstchaltbild der Vorrichtung. Die eigentliche
elektronische Schaltung ist mit 7, die Anzeigeeinrichtung mit 8 bezeichnet. Die
von den berührungslosen Schaltern 5 und 5' kommenden Impulse werden über einen Verstärker
39 einem Rechner 36 zugeleitet. Zweckmäßigerweise wird an allen vier, mindestens
an zwei Laufrädern Schalter 5 angeordnet. Wird ein zusätzliches Laufrad 10 angeordnet,
genügt allerdings ein Impulsgeber 5, da bei dieser Ausführung mit absoluten Werten
gerechnet werden kann. Die über den Verstärker 39 geleiteten Impulse werden
gezählt
und entweder untereinander oder mit einem vorgegebenen Wert -z.B. Null- verglichen,
und das Ergebnis einer Grenzwertschaltung 34 zugeleitet, die bei Erreichung des
vorgegebenen Wertes die Anzeigelampe 9 aufleuchten lässt.
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Vergleiche hierzu die in der Beschreibungseinleitung gemachten Erläuterungen.
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Wird ein Generator 30 als Bremse angeordnet, so wird die erzeugte
Spannung über einen Analog/Digitalwandler 35 ebenfalls dem Rechner 36 zugeleitet.
Die Generatorspannung kann auch der Grenzwert schaltung 34 direkt zugeleitet werden.
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Über den Regler 33 kann der erzeugte Strom der Fahrzeugbatterie 31
zugeführt werden und so die Arbeit des serienmäßigen Generators unterstützen.
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Der Endschalter 28, dessen Arbeitsweise anhand Fig. 4 näher erläutert
tinrde, leitet den Impuls direkt der Anzeigeeinrichtung 8 zu, ohne daß es weiterer
elektronischer Hilfsmittel bedarf.
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Vorteilhaft ist die zusätzliche Anordnung einer an sich bekannten
Temperaturschaltung mit einem in Höhe der Fahrbahnoberfläche angebrachten Temperaturfühler
32. Über den Verstärker 38 bewirkt die Schaltung 37 das Aufleuchten der Anzeigelampe
40 für die Temperatur sobald der gemessene Wert gegen 0° sinkt. Nur dann besteht
Glatteisgefahr. Die Gesamtschaltung 7 kann so ausgelegt werden, daß bei etwa 0°
automatisch die Auswertung der Impulse der Schalter 5 beginnt, und, daß das zusätzliche
Rad 10 selbstätig ausgeschwenkt wird. Die Ausschwenkung kann auch hydraulisch oder
mechanisch über eine Spindel oder Seilzug usw. erfolgen.