DE1680104A1 - Funktions-UEberwachungs-Geraet fuer Kraftuebertragungs-Einrichtungen,insbesondere fuer Bremsanlagen und Kupplungen bei Kraftwagen - Google Patents

Description

• Funktions-Überwachungs-Gerät für Kraft-Obertragungs-Einrichtungen, insbesondere für Bremsanlagen und Kupplungen bei Kraftwagen.
• Es ist bekannt, Kupplungen und Bremsen, die hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden, durch Kontrolle des Druckmittels zu überwachen, z.B. bei Kraftwagen; ebenso kann bei elektrisch betätigten Obertragungs-Einrichtungen eine Kontrolle der Stromkreise erfolgen. Diese Kontrollen stellen jedoch nur eine indirekte Aussage dar, da sie keine unmittelbare Auskunft über den eigentlichen Kupplungs- oder Bremsvorgang geben. Sie sind deshalb insbesondere bei Kraftfahrzeugen unzureichend, weil über die Abnutzung der Bremsbeläge, über festsitzende Hauptbremszylinder und Bremskolben.. abgeknickte und verstopfte Zuleitungen, defekte Manschetten oder angezogene Handbremsen keine Aussage gemacht wird. Die Prüfung des Bremssystems in der Weise, daß bei Betätigung des Bremspedals eine Mängelanzeige erfolgt, beispielsweise durch druckabhängige Anzeigegeräte, wie das beim Hauptbremszylinder angebrachte Differential-Drucksystem, das im einfachsten Fall aus zwei Bremslichtschaltern mit je einem Umschaltkontakt besteht,' ist als unzureichend bekannt, da die Aussage vom Hauptbremszylinder abgeleitet wird. Die vorliegende Erfindung einer Funktions-Überwachungs-Einrichtung unterscheidet sich von bekannten dadurch, daß die Aussage nicht von Hilfs- oder Obertragungsmitteln abgeleitet wird, sondern direkt den Ort der Kraftübertragung erfaßt. Dabei sind die dort herrschenden Umgebungseinflüsse von besonderer Bedeutung. Der Einfluß von Schmutz, Verschleiß-Staub der Beläge, Wasser, Eis und Schnee und die im Bereich von -40 bis + 60 0 C schwankende Temperatur, schränken die Art der Messwertgeber stark ein. Dazu kommt eine hohe Schalthäufigkeit, die an mechanische Geber-Elemente besondere Anforderungen stellt. Auch die beschränkten räumlichen Verhältnisse ziehen enge Grenzen für die Anbringung geeigneter Messwertgeber. Die Erfindung geht davon aus, daß die ordnungsgemäße Funktion der Bremsanlage sich am Ausgang des Systems als Wegstrecke äußert. Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Wegstrecke in 3 Bereiche wird sichergestellt, daß bei Ausfall eines beliebig en Gliedes aller Steuerstrecken eine Meldung erfolgt. Die Auflösung der Wegstrecke in 3 Bereiche A, B und C erfolgt gemäß Abb. 1 Dar-in wird der sogenannte Festsattel 1 eines Scheibenbrems-Systems mit den Bremsbelägen 2 und der Scheibe 3 dargestellt. Beim Bremsen durchläuft jeder Bremsbelag die 3 Bewegungsbereiche A, B und C. diese bedeuten: Bereich A: Bremsanlage in Ruhe oder z.B. Ausfall vorgeschalteter Glieder derart, daß kein Druck übertragen wird.
• Bereich B: Bremsfunktion wird ordnungsgemäß durchgeführt.
• Bereich C: Bremsfunktion wird durchgeführt, ist jedoch nicht ordnungsgemäß, da Bremsbelag abgenutzt. Kraftfahrzeuge weisen im allgemeinen mehrere Meßstellen auf (6 oder 8), so daß bei Vergleich der Meßstellen-Signale durch Aufteilung in 3 Bereiche eine eindeutige Aussage über die Funktion der Bremsanlage gegeben ist.
• Die praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Aufteilung der Wegstrecke der Bremsbeläge in 3 Bereiche soll an einem Beispiel dargelegt werden: Es ist bekannt (Citro'e'n DS 21) in die Bremsbeläge Kontakt-Drähte derart einzulassen, daß bei entsprechender Abnutzung diese einen Kontroll-Lampen kreis schliessen. Eine solche Einrichtung entspricht dem Bereich C und ist im Sinne einer Funktions-Oberwachung nicht ausreichend. Es fehlen die Aussagen A und B. Gemäß der Erfindung werden daher in die Bremsbe-läge Kontakt-Drähte so eingebettet, daß diese einerseits bei jeder ordnungsgemäß ausgeführten Bremsung durch Berührung der Bremsscheibe einen Stromkreis schliessen und damit die Bedingung Bereich B erfüllen. Ein weiterer Drahtbügel ist so eingebettet, daß er bei Erreichen der Abnutzungs-Grenze durchgeschliffen ist und eine Unterbrechung eines Signalstromkreises bewirkt. Dies erfolgt im Bereich C. Schließlich wird der Bremsflüssigkeitsbehälter gemäß P.A. H 58166 II/63c von Elektroden überwacht.
• In der Praxis werden die Kontakt-Drähte nicht in die Bremsbeläge, sondern in einen besonderen Block eingebaut, der ausserhalb des Belagbereiches mit der Bremsscheibe Kontakt herstellt, um die Scheibe im Belagbereich zu schonen. Dieser Block wird mit seinen Anschlüssen auf den Belag aufgesetzt. Ein Ausführungs-Beispiel zeigt die Abb. 2. Darin bedeutet 1 einen Bremsbelag, dessen Abnutzungsgrenze bei 2 liegt. Mit dem Belag fest verbunden ist ein Block 3 aus dem gleichen Baustoff wie der Bremsbelag, in welchem sich ein Leiter 4 befindet, der beim Bremsen die Scheibe 5 metallisch berührt. Ein Metallbügel 6 mit einem im Leitungszug liegenden Widerstand 7 endet ebenfalls senkrecht zur Scheibe an der Oberfläche des Blocks und besitzt eine bügelförmige Ausbuchtung an der Abnutzungsgrenze. Beim Anlegen des Belages an die Scheibe wird so über den Widerstand ein Stromkreis geschlossen. Ist der Belag und damit der Block bis zur Grenze 2 abgenutzt, ist der Bügel 8 ebenfalls durchgeschliffen. Beim Anlegen der Beläge wird nun unter Umgehung des Widerstandes unmittelbar vom Anschluß 9 über die Scheibe 5 zum Anschluß 10 der Stromkreis geschlossen und damit eine unterschiedliche Aussage gemacht.
• Ein weiteres Beispiel zeigt Abb. 3, bei der die Bremsbeläge aus zwei verschiedenen Schichten bestehen, der Verschleiß-Schicht, die durch Metallbeimischungen (wie dies bereits üblich ist), leitfähig gemacht ist und der Trägerschicht, die isoliert. Damit wird erreicht, daß der Belag über die Scheibe einen Signalkreis schließt, so daß bei Nichtanlegen eines Belages (Bremszylinder festgefressen) oder bei völliger Ab- nutzung, eine Störmeldung erfolgt. (Auch bei dieser Anordnung wird wieder mit der Bremsflüssigkeits-Mangel-Anzeige als weiterer Aussage gearbeitet). Die beiden Bremsbeläge 1 und 2 mit den leitenden Schichten 3 und 4 und dem isolierenden Träger-Baustoff 5 und 6 werden durch die nicht dargestellten Bremszylinder gegen die Bremsscheibe 7 gepresst und bilden mit diesen einen Signalkreis, der mit den 3 weiteren (bei Vierrad-Scheibenbremsen) zusammenarbeitet. Hier ergibt sich wieder die erfindungsgemäße Einteilung in drei Bereiche wie bei Abb. 2.
• Diese beschriebenen Messwertaufnehmer sind, besonders bei Scheibenbremsen, durch ihre ungeschützte Bauart allen Umgebungseinflüssen wie Schmutz, Wasser, Eis und Schnee ausgesetzt. Es empfiehlt sich deshalb, den Meßwertaufnehmer gegen solche Einflüsse zu schützen. Die in Abb. 4 gezeigte Konstruktion entspricht diesen Anforderungen. Sie hat den weiteren Vorteil, daß sie nicht wie die vorgenannten Meßwertaufnehmer auf den Belägen, sondern am Festsattel angebracht ist und die sonst notwendigen flexiblen Leitungen entfallen. Im Teil 1, dem Festsattel, ist ein Metallrohr 2 eingelassen, das im Innern eine Kontaktfeder 3 trägt, die durch den am Bremsbelag 4 befestigten Stössel 5, bei den runktions.:#Stellungen A und C an die Innenwan# A%s"eo#i#es,2 gedrückt n r, wird. Dadurch ist ein Stromkreis zwischen Anschluß 6 der Feder 3 und dem Festsattel 1 hergestellt. Zum Schutz gegen Verschmutzung wird über das offene Rohr auf der dem Bremsbelag zugewandten Seite eine elastische Dichtungs-Manschette 7 gezogen.
• Alle die in den Abb. 2 - 4 dargestellten Einrichtungen arbeiten mit unmittelbarer Kontaktgabe und sind daher in besonders starkem Maße der Abnutzung unterworfen.
• Bei der in Abb. 5 dargestellten Ausführung wird die jeweilige Stellung des Belages 1 berührungslos auf einen Signalgeber übertragen. Vorzugsweise erfolgt die berührungslose Betätigung auf magnetischem Wege über in den Bremsbelag 1 eingelassene Dauermagnete 2, die entweder Reed-Kontakte 3 schalten oder in Feldplatten oder Hall-Generatoren Widerstandsänderungen hervorrufen. optische oder kapazitive Meßwertgeber arbeiten zwar auch berührungslos, sind jedoch schlecht verwendbar, weil Verschmutzung und Nässe diese Systeme beeinträchtigen.
• Die überwachung der Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges soll die Verkehrs-Sicherheit gewährleisten. Der ohnehin überforderte Kfz.-Führer sollte deshalb nicht mit einer Vielzahl von Störmeldungen beansprucht oder gar noch gezwungen werden, diese zu analysieren. Es müßte deshalb ein System gefunden werden, das bei jeder möglichen Störung ein einziges, gleiches Signal abgibt. -Gerade im Straßenverkehr sind Überwachungsgeräte unbrauchbar, wenn sie sich nicht selbst überwachen und nieht jeden Fehler anzeigen, also eine ausreichende Sicherheit vermitteln. Gesetzgeber und VDE sind auf Grund langjähriger Erfahrung zu der Erkenntnis gekommen, daß die zu jeder Warneinrichtung gehörenden stationären Meldegeräte durch ausreichende Bemessung und Schutz der Bauteile bereits ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit gewährleisten. Durch solche Maßnahmen allein ist je- doch weder beim Meßfühler noch bei seinen Zuleitungen dieses Ziel erreichbar, wie auch aus VDE 0800/3.63 § 32 ersichtlich ist. Zur Selbstüberwachung gehört auf jeden Fall die Leistungsbruch-Sicherung und die Oberwachung auf Kurzschluß. Dies ist bei mehr als einem Stromkreis (z.B. Vierpol-Meßfühler) nur mit grösserem Aufwand zu verwirklichen. Bei dem erfindungsgemäßen Zweipol-Meßfühler wird daher durch Beibehaltung der drei Bereiche mit nur einem Signalstromkreis gearbeitet und die dreiwertige Aussage der Meßstelle in eine duale umgewandelt, wobei alle Vorteile der Aufteilung der Wegstrecke in drei Bereiche voll gewahrt werden.
• Durch diese Gedanken ist die VDE-Forderung der Leitungs-Sicherheit besonders einfach erfüllbar. Damit liefert das duale Prinzip eine zentrale Störmeldung, die bereits in der Eigenart des Meßfühlers begründet liegt und so den geringstmöglichen Aufwand im Meßverstärker ergibt. In der Abb. 4 mit Beschreibung ist das Umwandlungsprinzip praktisch dargestellt. Durch die duale Aussage der Meßfühler erhält der zugehörige Meßverstärker die mit einfachen Mitteln lösbare Aufgabe, die Fühleraussagen auf ihre Wertigkeit hin zu vergleichen und bei Ungleichheit die Störung zu melden.
• Der in Abb. 6 dargestellte Meldeverstärker besteht aus einer Diodenmatrix 1 mit einem Transistor 2 für die Negation des Oder-Tores 3 und der Endstufe 4. Die beispielsweise vier Meßwertaufnehmer 5,6, 7 und 8 sind als Dreistellungsschalter mit den Stellungen A, B und C dargestellt. Sind alle Aufnehmer in Stellung A, so liegt am Oder-Tor 3 keine Spannung, der Transistor 2 ist gesperrt* Hierdurch gelangt die Steuerspannung für den Transistor 9 über die Diode 10 und den Widerstand 11 an die Basis von Transistor 9, der somit durchgesteuert ist und die nachfolgenden Transistoren 12 und 13 sperrt.
• Befinden sich alle Aufnehmer in Stellung B, so wird der Transistor 9 über das Und-Tor 14 und die Diode 15 angesteuert, so daß ebenfalls am Ausgang des Meldeverstärkers kein Signal vorhanden ist. Bewegen sich beim Betätigen der Bremsanlage ein oder mehrere Bremsbeläge nicht, so steuert zwar das Oder-Tor 3 den Transistor 2 um. Da jedoch das Und-Tor 14 dieses Umschalten nicht ausgleicht, wird Transistor 9 gesperrt und das Meldegerät geht in Stellung "Alarm", der von der Signallampe 16 angezeigt wird.
• Die erfindungsgemäße, duale Aussage der Meßfühler führt also bei jeg- licher Störung zu einem Alarm, da diese auf jeden Fall eine Ungleichheit an der Diodenmatrix hervorrufen. Es ist dabei gleichgültig, ob durch die Störung nur ein oder gar mehrere Meßfühler in Fehlstellung gehen. So sind z.B. bei angezogener Handbremse die Meßfühler 5 und 6 in Stellung B, während die Fühler 7 und 8 in Stellung A verbleiben. Diese Ungleichheit führt genauso zum Alarm wie wenn die Druckzuleitung zum Festsattel mit dem Meßfühler 7 abgeknickt ist. Im letzten Fall gehen die Fühler 5, 6 und 8 beim Bremsen in Stellung B, der Fühler 7 jedoch verbleibt in Stellung A.
• Wird die Zuleitung zum Meßfühler 8 unterbrochen, so geht das Meldegerät ebenfalls sofort in Stellung "Alarm". Beim Kurzschluß irgendeiner Zuleitung gegen Masse erfolgt die Störmeldung beim Bremsen.
• Da viele Bremsbetätigungen nur kurzzeitig und ein Teil der Störungen z.B. festsitzende Bremszylinder, nur während des Bremsvorganges feststellbar sind, wird die Störmeldung über das Zeitglied,Widerstand 17 und Kondensator 18 verlängert. Wird auf den Kondensator 18 verzichtet, so ist die Endstufe durch den Widerstand 17 und die Diode 19-ein bistabiler Multivibrator.. dessen Alarmmeldung nur durch Abschalten der Betriebsspannung z.B. mit dem Zündschlüssel oder durch eine Löschtaste aufgehoben werden kann.
• Der besondere Vorteil dieses Meldegerätes ist, daß die Zahl der Meßstellen beliebig erweitert werden kann. Ebenfalls kann die Diodenmatrix in einfachster Weise auf jeden beliebigen, evtl. schon vorhandenen Endverstärker angepasst werden.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche: 1) Funktions-Oberwachung für Kraft-Übertragungs-Einrichtungen, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber der Bremsbeläge in drei Weg- Bereichen unterschiedliche Aussagen liefern, die in einem nachgeschalteten bleßverstärker auf ihre Wertigkeit hin verglichen werden, derart, daß bei Ungleichheit der Aussagen eine zentrale Störmeldung erfolgt.
2. 2) Funktions-Überwachung für Krgft-Obertragungs-Einrichtungen, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber der Bremsbeläge in drei Weg-Bereichen duale Aussagen liefern, die in einem nachgeschalteten Meßverstärker auf ihre Wertigkeit hin verglichen werden, derart, daß bei Ungleichheit der Aussagen eine zentrale Störmeldung erfolgt. 3) Funktions-Überwachung für Kraft-Obertragungs-Einrichtungen, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber mit nur einem Stromkreis arbeiten, wobei das Fahrgestell als Gegenpol verwendet wird und die Signalleitungen bei Leitungsbruch und Kurzschluß die gleiche zentrale Störmeldung auslösen. 4) Funktions-Überwachung für Kraft-Übertragungs-Einrichtungen, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, nach Anspruch 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, daß in die Bremsbeläge oder in einem damit verbundenen isolierenden Teil, Leiter derart eingebettet sind, daß sie über die Brems-Scheibe einenSignalstromkreis schliessen und eine Leiterbrücke, die bei völliger Abnutzung der Beläge durchgeschliffen ist und diesen Signalstromkreis unterbricht. 5) Funktions-Oberwachung für Kraft-Übertragungs-Einrichtungen, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, nach Anspruch 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbeläge aus einer auf einer Iso- lierschicht aufgebrachten, leitfähigen Verschleiß-Schicht, die mit der Brems-Scheibe einen Signalstromkreis bildet, besteht, so daß bei völliger Abnutzung der leitenden Schicht kein Signalkreis gebildet wird. 6) Funktions-Überwachung für Kraft-Obertragungs-Einrichtungen, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, nach Anspruch 1 - 3 dadurch gekennzeichnet.. daß in die Bremsbeläge Dauermagnete einge-. lassen sind, die Reed-Kontakte betätigen oder in Feldplatten und Hall-Generatoren Widerstandsänderungen hervorrufen. 7) Funktions-Überwachung für Kraft-Obertragungs-Einrichtungen, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, nach Anspru-ch 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Meßverstärker zusätzlich das im Bremsflüssigkeitsbehälter gegebene Niveau der Bremsflüssigkeit nach P.A. H 58 166 11/63 c überwacht.