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Das
Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs und gegebenenfalls auch das eines
Anhängers hängen entscheidend auch von den Reifenfülldrücken
ab. Jeder gewählte Reifenfülldruck ist im Grunde
genommen ein Kompromiss beispielsweise zu Gunsten oder zu Lasten
des Handlings, des Komforts oder der möglichen Traktion.
Die Reifenfülldrücke können aber auch
die Fahrsicherheit oder die Wirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs beeinflussen.
Unterschiedliche Beladungszustände, Geschwindigkeiten und
Fahrbahnbeschaffenheiten erfordern für optimales Fahr- und
Verschleißverhalten entsprechend angepasste Reifenfülldrücke.
Es wäre wünschenswert, die Reifenfülldrücke
vom Fahrzeug aus, dabei auch während der Fahrt, verändern
zu können.
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Bei
Nutzfahrzeugen mit mehreren Achsen und mit stark unterschiedlichen
möglichen Gewichten kommen häufig sog. Liftachsen
zum Einsatz. Dadurch kann die Zahl der wirksamen Achsen dem Beladungszustand
angepasst werden. Reifenverschleiß, Wirtschaftlichkeit
des Fahrzeugs und Fahrverhalten im Leerzustand lassen sich verbessern,
indem man eine oder sogar mehrere Achsen anhebt.
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Nutzfahrzeuge
verfügen sehr häufig auch über zwillingsbereifte
Achsen. Bei Leerfahrten mit einem solchen Fahrzeug wäre
es oftmals völlig ausreichend und gleichzeitig von Vorteil,
wenn bei einer zwillingsbereiften Achse nur die äußeren
Reifen "zum Tragen" kämen. Würde man beispielsweise
auf die inneren Felgen einer zwillingsbereiften Achse sog. Faltreifen
montieren, die sich bei Verlust ihres Füllmittels selbsttätig
zusammenfalten, so könnte man die Zahl der wirksamen Reifen
dem Beladungszustand eines solchen Fahrzeugs anpassen. Besonders
vorteilhaft wäre es, wenn diese Anpassung vom Fahrzeug
aus und eventuell auch während der Fahrt geschehen könnte.
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Die
Erfindung betrifft eine Reifenfüllvorrichtung, im folgenden
als Reifendruckregelanlage bezeichnet, gemäß den
Merkmalen des ersten Hauptanspruchs. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zur Regelung des Reifendrucks gemäß den
Merkmalen des ersten Verfahrensanspruchs.
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Stand der Technik
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Reifendruckregelanlagen
mit zentraler Druckquelle nach dem Einleitungsprinzip, d. h. die Versorgungsleitung
ist gleichzeitig Steuerleitung für ein Radventil, sind
bekannt (z. B.:
DE
32 46 601 A1 ,
DE
32 47 371 A1 ,
US 6 098
682 ). Als Vorteil solcher Anlagen kann man die in Neutralstellung
entlüfteten Versorgungsleitungen und damit einhergehend
druckentlastete Rotorverbindungen nennen. Die bekannten Anlagen
verfügen über eine Druckquelle, in der Regel bestehend
aus Verdichter, Druckregler und Vorratsbehälter, sowie
zu den Reifen führenden Versorgungsleitungen, in deren
Verlauf Steuerventile und Rotorverbindungen angeordnet sind. Am
Rad, also am rotierenden Teil der Anlage, sind dann noch druckgesteuerte
Radventile vorgesehen.
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Die
Anlage gemäß
DE 32 46 601 A1 verwendet Druckstöße,
um damit spezielle Radventile zu öffnen und später
auch wieder zu schließen. Das Niveau der Druckstöße
liegt dabei über dem Druckniveau, mit dem die Reifen befüllt
werden. Am Ende eines Füll- oder Ablassvorgangs sind die
Versorgungsleitungen wieder entlüftet.
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Bei
den Anlagen, wie sie in
DE 32
47 371 und
US 6 098
682 beschrieben sind, hängen die drei Funktionen
der Radventile, nämlich "Absperren", "Füllen"
und "Entleeren" vom aktuell anliegenden Druckniveau in der Versorgungsleitung
ab. Die Anlagen müssen also mindestens drei Druckniveaus
bereitstellen können, und die Radventile müssen
die drei Druckniveaus erkennen können.
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Eine
andere technische Lösung, bekannt aus
JP 2000255228 A , verwendet
ein Radventil, dessen ebenfalls drei Funktionen davon abhängen,
ob die Versorgungsleitung gerade druckentlastet ist (Neutralstellung)
oder ob Überdruck (Füllen) oder aber Unterdruck
(Entleeren) angelegt ist.
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In
der noch
nicht veröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 10 2006 021 712.8 wird eine Reifenfüllvorrichtung
beschrieben, die ein Radventil aufweist, das zwischen einer Sperrstellung
und einer Durchlassstellung bewegbar und als druckgesteuertes Flip-Flop
ausgebildet ist. Die Stellung des Flip-Flop-Ventils hängt
dabei nicht vom in der Versorgungsleitung aktuell anliegenden Druckniveau
ab, sondern von den bis dahin in der Versorgungsleitung stattgefundenen Übergängen
in Form von "drucklos" zu "Druck vorhanden". Die Idee, Drucksprünge
zur Steuerung von Radventilen auszunutzen, wird hier aufgegriffen
und weiterentwickelt. Die vorliegende Erfindung wird daher als Zusatzanmeldung
eingereicht.
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Der
hier vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache
Reifendruckregelanlage (Reifenfüllvorrichtung) zur Regelung
des Fülldrucks mehrerer Reifen und ein effizientes Verfahren zur
Regelung des Fülldrucks bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, indem Radventile zur Anwendung
kommen, die sich durch Druckänderungen steuern lassen.
Das Verfahren weist die Besonderheit auf, dass zwei Druckzustände genügen,
um Radventile zu steuern und um Reifen damit zu füllen
oder zu entleeren.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Reifendrucks
und eine erfindungsgemäße Reifendruckregelanlage
haben den Vorteil, dass durch die Anlage nur zwei Druckzustände,
nämlich vorteilhafterweise die Zustände "Druck
vorhanden" und "drucklos", bereitgestellt werden müssen,
und dass zudem mehrere, pneumatisch und gegebenenfalls auch kinematisch
voneinander getrennte Reifen über eine gemeinsame Versorgungsleitung
und damit auch über ein gemeinsames Steuerventil individuell
geregelt werden können. Der Zustand "drucklos" entspricht
dabei dem natürlichen Umgebungsdruck, der sich in einer
entlüfteten Versorgungsleitung einstellt, während
der Zustand "Druck vorhanden" nicht unbedingt einen konkreten, festen
Druckwert erfordert. Vielmehr darf sich der Druck beim Zustand "Druck
vorhanden" in einem weiten Bereich bewegen, lediglich ein gewisser
Mindestdruck muss eingehalten werden, damit die beiden Zustände "Druck
vorhanden" und "drucklos" sicher voneinander unterschieden werden
können. Natürlich ist zu beachten, dass ein zu
füllender Reifen nie einen höheren Druck erreichen
kann als durch den Zustand "Druck vorhanden" vorgegeben.
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Dadurch,
dass durch die Anlage nur die Zustände "Druck vorhanden"
und "drucklos" bereitgestellt werden müssen, und dadurch,
dass über ein Steuerventil und eine Versorgungsleitung
gleich mehrere Reifen individuell geregelt werden können, vereinfacht
sich der Aufbau des stationären Teils einer solchen Reifendruckregelanlage
entschieden.
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Eine
Reifendruckregelanlage kann zudem sehr kostengünstig aufgebaut
werden, da insbesondere an die Rotorverbindungen keine allzu hohen
Ansprüche gestellt werden. Die Anlage würde auch dann
noch zufriedenstellend arbeiten, falls die als kritische Bauteile
geltenden Rotorverbindungen etwa kleine Undichtigkeiten aufweisen
sollten. Auch der rotierende Teil der Reifendruckregelanlage läßt
sich preisgünstig realisieren, denn je nach gewählter
Ausführungsform (Variante) kann für die druckgesteuerten
Radventile auf konventionelle Ventileinheiten zurückgegriffen
werden.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
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1 zeigt
eine Reifendruckregelanlage in schematischer Darstellung.
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In
den 2 bis 5 ist jeweils ein Zwillingsradpaar
mit Radventilen in verschiedenen Varianten dargestellt.
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In
den 6 bis 12 sind zeitliche Druckverläufe
(Druckwechselspiele) dargestellt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bei
der in 1 schematisch dargestellten Reifendruckregelanlage
ist ein Fahrwerkskonzept mit einzelbereifter Vorderachse und zwillingsbereifter Hinterachse,
typisch für ein Nutzfahrzeug, zugrundegelegt. Die sechs
dargestellten Reifen werden dabei über insgesamt drei Steuerventile
und entsprechend drei Versorgungsleitungen individuell geregelt.
Für jedes Reifenpaar, das über eine gemeinsame
Leitung geregelt wird, ist in 1 zur Demonstration eine
andere technische Lösung dargestellt. Natürlich lassen
sich innerhalb einer Anlage verschiedene Varianten kombinieren,
in der Regel wird man sich jedoch, anders als hier gezeichnet, zumindest
an einer Achse für eine einheitliche Ausführungsform
entscheiden.
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Die
Reifendruckregelanlage in 1 ist mit all
ihren Ventilen in Neutralstellung dargestellt. Im oberen Teil der
Zeichnung ist die einzelbereifte Vorderachse schematisch dargestellt,
während der untere Teil der Zeichnung die zwillingsbereifte
Hinterachse symbolisiert. Die Anlage weist einen Verdichter 1 auf,
der über einen Druckregler 2 einen Vorratsbehälter 3 z.
B. mit Druckluft, denkbar wäre jedoch auch ein anderes
Medium, versorgt. Vom Vorratsbehälter führen Druckleitungen
zu drei 3/2-Wege-Magnetventilen 4, 5 und 6,
welche als elektrisch ansprechbare Steuerventile fungieren.
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Das
3/2-Wege-Magnetventil bzw. Steuerventil 4 ist für
die Vorderachse zuständig. Von ihm führt eine
Versorgungsleitung 10, welche sich in ihrem weiteren Verlauf
am Knotenpunkt 11 teilt, zu den Rotor- oder Drehverbindungen 14 und 15 der
einzelnen Räder der Vorderachse. In der Neutralstellung
ist die Versorgungsleitung 10 über das Steuerventil 4 entlüftet,
damit sind die Rotorverbindungen 14 und 15 druckentlastet.
An der Vorderachse verfügt jedes Rad über ein
eigenes, separates Radventil 21 bzw. 22. Die Radventile
sind über die Drosselstellen 31 bzw. 32 mit
den einzelnen Reifen 41 bzw. 42 verbunden. Das
Radventil 22 des linken Vorderrades soll baugleich mit
dem Radventil 21 des rechten Vorderrades sein. Beide Radventile
sind als sog. pneumatische Flip-Flops ausgebildet, d. h. sie weisen
einen Steuereingang 27 bzw. 29 zur pneumatischen
Steuerung auf und verfügen über zwei Funktionsstellungen, nämlich
eine Sperrstellung als Neutralstellung und eine Durchlassstellung
sozusagen als Arbeitsstellung. Ein solches Radventil wechselt seine
Stellung beispielsweise immer dann, wenn an seinem Steuereingang ein Übergang
von "drucklos" zu "Druck vorhanden" erfolgt (schaltend bei positivem
Drucksprung, oder kurz gesagt: positiv schaltend). Die Radventile
können jedoch auch so ausgeführt sein, dass sie
immer dann ihre Stellung wechseln, wenn an ihren Steuereingängen
ein Übergang von "Druck vorhanden" zu "drucklos" erfolgt
(negativ schaltend). Bei der Reifendruckregelanlage nach 1 kommt es
prinzipiell nicht darauf an, ob die beiden Radventile 21 und 22 ein
positiv schaltendes Verhalten aufweisen oder ob sie beide negativ
schaltend sind. Das Füllverhalten der Anlage ändert
sich allerdings schon, je nachdem, ob die beiden Radventile 21 und 22 ein
positiv schaltendes oder aber ein negativ schaltendes Verhalten
aufweisen. Die weitere Beschreibung geht davon aus, dass die beiden
Radventile 21 und 22 ein positiv schaltendes Verhalten
aufweisen.
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Der
Steuereingang 27 des Radventils 21 für das
rechte Vorderrad ist über die Steuerleitung 18 direkt
mit dem Funktionsanschluss 26 des Radventils verbunden,
welcher über die Rotorverbindung 14 und den Knotenpunkt 11 mit
der Versorgungsleitung 10 verbunden ist. Damit steht der
Steuereingang 27 des Radventils 21 in Wirkverbindung
mit der Versorgungsleitung 10. Wäre der Steuereingang 29 des Radventils 22 für
das linke Vorderrad ebenso direkt über die Steuerleitung 19 mit
der Rotorverbindung 15 verbunden, so könnte man über
das Steuerventil 4 keine gezielte Druckerhöhung
in nur einem der Reifen 41 oder 42 durchführen,
denn die baugleichen Radventile 21 und 22 würden,
beide ausgehend von der Neutralstellung, auch zu jedem späteren
Zeitpunkt gleiche Stellungen einnehmen. Deshalb ist in 1 dem
Steuereingang 29 des Radventils 22 ein sog. Druckinverter 28 vorgeschaltet.
Der Druckinverter 28 bewirkt, dass der Steuereingang 29 entlüftet, also
drucklos ist, wenn die Steuerleitung 19 unter Druck steht,
und umgekehrt steht der Steuereingang 29 genau dann unter
Druck, wenn die Versorgungsleitung 10 und damit auch die
Steuerleitung 19 entlüftet ist. Der Druckinverter
selbst kann beispielsweise aus einem Pneumatikventil, einem Rückschlagventil und
einem kleinen Druckspeicher gebildet werden, so wie in 1 dargestellt.
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Ein
Druckverlauf in der Versorgungsleitung 10, wie beispielsweise
in 6 dargestellt, kann durch Anlegen eines entsprechenden
Spannungsverlaufs am elektrischen Steueranschluss 30 des
als Magnetventil ausgeführten Steuerventils 4 erzeugt werden.
Im einfachsten Fall kann ein solcher Spannungsverlauf durch einen
Handtaster, ähnlich einer Morsetaste, generiert werden.
In 1 wird der Spannungsverlauf jedoch von einem zentralen
Steuergerät 7 erzeugt, welches sozusagen als intelligenter
Impulsgenerator arbeitet. Das zentrale Steuergerät 7 versorgt
die einzelnen Steuerventile 4, 5 und 6 mit
individuellen Impulsfolgen, die sich beispielsweise aus einem Vergleich
der Zielvorgaben (gewünschte Reifendrücke) mit
den tatsächlichen, aktuellen Werten ergeben. Wenn die tatsächlichen
Werte mit den Zielvorgaben übereinstimmen, dann werden vom
zentralen Steuergerät 7 auch keine Impulsfolgen
erzeugt. Die Zielvorgaben können z. B. über ein Handeingabegerät 8 zum
zentralen Steuergerät 7 geleitet werden. Es wäre
jedoch auch denkbar, dass es sich bei den Zielvorgaben um fest hinterlegte
Werte handelt. Die tatsächlichen, einzelnen Reifendruckwerte,
also die Istdaten, können von einem Reifendruckkontrollsystem
(RDKS) bereitgestellt werden. Geeignete Reifendruckkontrollsysteme
sind bereits seit einiger Zeit Stand der Technik. In 1 ist
symbolhaft nur der Telemetriedatenempfänger 9 eines entsprechenden
Reifendruckkontrollsystems dargestellt. Im Zusammenspiel mit einem
vollständigen Reifendruckkontrollsystem läßt
sich somit die in 1 skizzierte Reifendruckregelanlage
als geschlossener Regelkreis realisieren.
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Der
Druckverlauf wie in 6 dargestellt, mit Hilfe des
Steuerventils 4 der Versorgungsleitung 10 aufgezwungen,
bewirkt nun folgendes: Zum Zeitpunkt t1 reagiert
das Radventil 21, es wechselt seine Stellung, geht also über
in Durchlassstellung. Bis zum Zeitpunkt t2 wird
somit der Reifen 41 über das Radventil 21 und
die Drosselstelle 31 gefüllt, vorausgesetzt natürlich,
dass der Druck in Versorgungsleitung 10, der Vorratsdruck
also, über dem Reifendruck liegt. Zum Zeitpunkt t2, die Versorgungsleitung 10 wird
gerade entlüftet, wechselt nun auch Radventil 22 seine
Stellung. Radventil 21 und Radventil 22 sind nun
beide in Durchgangsstellung, die beiden Reifen 41 und 42 werden
sich nun über die Versorgungsleitung 10 und letztlich über
das Steuerventil 4 entleeren. Die Versorgungsleitung 10 fungiert
jetzt also als Rückströmleitung. Die Drosselstellen 31 bzw. 32 sorgen
dafür, dass dieses Entleeren langsam erfolgt und dass die
Versorgungsleitung 10 und damit auch die Steuerleitungen 18 und 19 beim
Entleeren annähernd drucklos bleiben, somit kann durch
die Reifendrücke kein Einfluss auf die Steuerung der Radventile
erfolgen. Zum Zeitpunkt t3 in 6 schaltet
das Radventil 21 wieder in die Sperrstellung zurück,
das Radventil 22 bleibt jedoch in Durchgangsstellung. Von
nun an wird also ausschließlich der Reifen 42 gefüllt
und zwar solange, bis zum Zeitpunkt t4 der
Druck in der Versorgungsleitung 10 wieder weggenommen wird.
Zum Zeitpunkt t4 wechselt nun auch das Radventil 22 wieder
in seine Sperrstellung. Die Ausgangsstellung, d. h. die Neutralstellung
wie in 1 dargestellt, ist wieder hergestellt. Der Reifendruckänderungsvorgang
ist beendet.
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Das
3/2-Wege-Magnetventil bzw. Steuerventil 5 in 1 ist
für die beiden rechten Reifen 43 und 44 der
zwillingsbereiften Hinterachse zuständig. Auch hier ist
jedem Rad und damit jedem Reifen ein eigenes, separates Radventil
zugeordnet und auch hier sind die beiden Radventile 23 und 24 als
pneumatische Flip-Flops mit je einer Sperr- und je einer Durchlassstellung
ausgebildet. Im Gegensatz zur Vorderachse, wo zwei identische Radventile
verwendet werden, unterscheiden sich die beiden Radventile 23 und 34 allerdings
in ihrem konstruktiven Aufbau. Die beiden Vorzeichen "+" und "–",
mit denen sie in 1 markiert sind, sollen auf
den konstruktiven Unterschied hinweisen. Das Radventil 23 ist
positiv schaltend, es wechselt also immer dann seine Stellung, wenn
an seinem Steuereingang ein Übergang von "drucklos" zu
"Druck vorhanden" stattfindet. Das Radventil 24 ist hingegen
so konstruiert, dass es immer dann seine Stellung wechselt, wenn
an seinem Steuereingang ein Übergang von "Druck vorhanden" zu
"drucklos" erfolgt. Das Radventil 24 ist also negativ schaltend.
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Vom
Steuerventil 5 führt eine Versorgungsleitung 12 zur
Rotorverbindung 16. Erst nach der Rotorverbindung verzweigt
sich die Versorgungsleitung und führt zu den beiden Radventilen 23 und 24.
Auch die Steuereingänge der beiden Radventile 23 und 24 stehen
in Wirkverbindung mit der Versorgungsleitung 12. Zwischen
den Radventilen und den Reifen befinden sich noch die Drosselstellen 33 und 34.
Damit lassen sich die Reifen 43 und 44 nach dem
gleichen Schema, wie es bereits für die Vorderachse erläutert wurde,
füllen und auch entleeren. Beispielsweise würde
der in 7 dargestellte Druckverlauf, angewendet auf die
Versorgungsleitung 12 und ausgehend von der Neutralstellung,
im Ergebnis zu einem Füllen des inneren Reifens, also zu
einer Druckerhöhung in Reifen 44 führen.
Dagegen würde der in 9 dargestellte
Druckverlauf im Ergebnis zu einem Füllen des äußeren
Reifens, also zu einer Druckerhöhung in Reifen 43 führen.
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Das
in 8 dargestellte Druckwechselspiel würde,
angewendet auf die Versorgungsleitung 12, im Ergebnis zu
einer Druckabsenkung führen, und zwar in beiden Reifen 43 und 44.
Ebenso würden die beiden Reifen 41 und 42 der Vorderachse
im Ergebnis eine Druckabsenkung erfahren, wenn der in 8 skizzierte
Druckverlauf auf die Versorgungsleitung 10 angewendet würde.
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Das
3/2-Wege-Magnetventil bzw. Steuerventil 6 in 1 ist
für die beiden linken Reifen 45 und 46 der
zwillingsbereiften Hinterachse zuständig. Von ihm aus führt
eine Versorgungsleitung 13 über eine Rotorverbindung 17 zu
einem speziellen Radventil 25, welches man auch als Radgruppenventil 25 bezeichnen
kann, von wo aus über die Drosselstellen 35 und 36 je
eine Verbindung zu den einzelnen Reifen 45 und 46 besteht.
Dabei ist denkbar, dass einer der Reifen, beispielsweise der innere
Reifen 45, als Faltreifen ausgebildet ist, der im drucklosen
Zustand auf einen kleineren Durchmesser zusammenschrumpfen würde.
In 1 ist dies durch eine zusätzliche gestrichelte
Kontur bei Reifen 45 angedeutet. Bei dem speziellen Radgruppenventil 25 kann
es sich um ein 3/4-Wege-Ventil mit zusätzlichem pneumatischen
Steueranschluss 37 handeln, das derart pneumatisch steuerbar
ist, dass es bei jedem Übergang von "drucklos" zu "Druck
vorhanden", den es an seinem Steuereingang 37 erfährt,
von einer Funktionsstellung in die nächste weiterschaltet
(positiv schaltend), dabei ein zyklisches Verhalten aufweist, d.
h. nach jeweils vier Übergängen von "drucklos"
zu "Druck vorhanden" ist die ursprüngliche Funktionsstellung
wieder hergestellt. Die im Prinzip gleichen Ziele können
aber auch mit einem negativ schaltenden Radventil 25 erreicht
werden. Die folgende Beschreibung geht allerdings davon aus, dass
das Radgruppenventil 25 ein positiv schaltendes Verhalten aufweist.
Bei den vier Funktionsstellungen des Radgruppenventils 25 handelt
es sich im einzelnen um eine Sperrstellung und sozusagen drei Arbeitsstellungen.
In der Sperrstellung sind beide Reifen und die Versorgungsleitung
abgesperrt, somit auch pneumatisch voneinander getrennt. Die Sperrstellung kann
auch als Neutralstellung bezeichnet werden. In der ersten Arbeitsstellung
wird eine Verbindung zwischen der Versorgungsleitung 13 und
dem äußeren Reifen 46 hergestellt, während
der innere Reifen 45 abgesperrt bleibt. In der darauf folgenden
zweiten Arbeitsstellung ist der innere Reifen 45 mit der
Versorgungsleitung 13 verbunden, während der äußere Reifen 46 abgesperrt
ist. Schließlich sind in der dritten Arbeitsstellung die
beiden Reifen 45 und 46 miteinander verbunden,
während die Versorgungsleitung abgesperrt ist.
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Ein
Druckverlauf bzw. Druckwechselspiel in der Versorgungsleitung 13,
wie beispielsweise in 12 dargestellt, führt,
von der Neutralstellung ausgehend, im einzelnen zu folgenden Auswirkungen:
Zum Zeitpunkt t1 schaltet das Radgruppenventil 25 eine
Funktionsstellung weiter, sozusagen in seine erste Arbeitsstellung,
und der äußere Reifen 46 wird sogleich
befüllt. Ab dem Zeitpunkt t2 erfolgt
eine Druckabsenkung im äußeren Reifen 46,
und zwar solange bis zum Zeitpunkt t3 das
Radgruppenventil erneut weiterschaltet in seine nächste,
dritte Funktionstellung (zweite Arbeitsstellung). Ab jetzt steht
der innere Reifen 45 mit der Versorgungsleitung 13 in Wirkverbindung,
jedoch nur solange, bis zum Zeitpunkt t5 das
Radgruppenventil nochmals weiterschaltet in seine vierte Funktionsstellung.
In dieser vierten Funktionsstellung werden beide Reifen 45 und 46 pneumatisch
miteinander verbunden, gleichzeitig jedoch von der Versorgungsleitung 13 getrennt.
Auf diese Weise kann nun, falls gewünscht, allmählich ein
Druckausgleich zwischen den beiden Reifen 45 und 46 stattfinden.
Nachdem dies erfolgt ist, sollte jedoch in die ursprüngliche
Neutralstellung weitergeschaltet werden, was zum Zeitpunkt t7 geschieht. Aus Gründen der Pannensicherheit
sollten die beiden Reifen 45 und 46 nicht auf
Dauer pneumatisch miteinander verbunden sein. Zum Zeitpunkt t8 wird die Versorgungsleitung 13 wieder
dauerhaft entlüftet. Neutralstellung und Neutralzustand
sind damit wieder hergestellt, der Reifendruckänderungsvorgang ist
abgeschlossen.
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Hierzu
ein praktisches Beispiel: In einer Ausgangssituation sei Reifen 46 gefüllt,
während Reifen 45 drucklos sei. Das Ziel bestehe
nun darin auch Reifen 45 zu füllen, also aufzupumpen,
und im Endeffekt sollen beide Reifen in etwa das gleiche Druckniveau aufweisen.
Diese Aufgabe könnte beispielsweise mit dem in 12 skizzierten
Druckverlauf gelöst werden, der auf die Versorgungsleitung 13 angewendet werden
müsste.
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In 2 ist
ein Zwillingsradpaar dargestellt, bestehend aus einem inneren Rad 51 und
einem äußeren Rad 52. Die beiden Radventile 61 und 62 sind jeweils
in ihrem zugehörigen Rad enthalten. In der Abbildung rechts
ist der Radträger 50 erkennbar, z. B. eine Bremstrommel.
Radbefestigungselemente und Reifen sind nicht dargestellt. Durch
die Räder wird eine Hohlnabe 53 gebildet, die
durch einen Deckel 54 nach außen verschlossen
ist. Damit stellt die Hohlnabe einen großvolumigen Verzweigungspunkt einer
Druckleitung dar, und es brauchen keine Druckleitungen innerhalb
der Nabe verlegt zu werden. Beispielsweise über eine axiale
Bohrung 56 im Befestigungszapfen 55 für
den Radträger kann die Verbindung von der Hohlnabe 53 zur
nicht dargestellen Rotorverbindung erfolgen. Die Radventile 61 und 62 sind über
Bohrungen 71 bzw. 74 mit der Hohlnabe verbunden, über
die weiteren Bohrungen 72 bzw. 75 sind sie mit
den Reifeninnenräumen 73 bzw. 76 verbunden.
Bei den beiden Radventilen 61 und 62 handelt es
sich um pneumatische Flip-Flops, wie sie bereits beschrieben wurden,
jedoch mit dem Unterschied, dass die ebenfalls bereits erwähnten
Drosselstellen in die Radventile integriert sind. Das Radventil 62 wechselt
immer dann seine Stellung, wenn an seinem Steuereingang ein Übergang
von "drucklos" zu "Druck vorhanden" stattfindet, während
das andere Radventil 61 immer dann seine Stellung wechselt,
wenn an seinem Steuereingang ein Übergang von "Druck vorhanden"
zu "drucklos" erfolgt. Die beiden Vorzeichen in der Zeichnung 2 (+
und –) an den Steuereingängen der Radventile sollen
auf den Unterschied hinweisen.
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In 3 ist
ebenfalls ein Zwillingsradpaar dargestellt, das ein inneres Rad 91 und
ein äußeres Rad 92 aufweist, ähnlich
wie in 2. Im Gegensatz jedoch zu 2, wo jedes
Rad über ein eigenes, separates Radventil verfügt,
wird in 3 ein gemeinsames, spezielles
Radventil 63 (Radgruppenventil) verwendet, welches als
3/4-Wege-Ventil mit zusätzlichem pneumatischen Steueranschluss 83 derart ausgebildet
ist, dass es bei jedem Drucksprung, den es an seinem Steuereingang 83 registriert,
von einer Funktionsstellung in die nächste weiterschaltet.
Es wechselt also sowohl bei einem Übergang von "drucklos"
zu "Druck vorhanden" als auch bei den Übergängen
von "Druck vorhanden" zu "drucklos" jeweils von einer Funktionsstellung
in die nächste und weist dabei ein zyklisches Verhalten
auf, d. h. nach zwei Druckimpulsen an seinem Steuereingang 83, also
nach vier entsprechenden Drucksprüngen, ist die ursprüngliche
Stellung wieder hergestellt. Das Radgruppenventil 63 ist
in 3 fest mit dem Deckel 57 verbunden, welcher
die Hohlnabe 53 nach außen abschließt
und hier einen in die Hohlnabe hineinragenden Zapfen bildet. Die
Hohlnabe 53 stellt dabei die Verzweigung von der axialen
Bohrung 56 zum Anschluss 82 des 3/4-Wege-Ventils 63 sowie
zu seinem Steuereingang 83 dar. Über die gesonderten Druckleitungen 77 bzw. 78 wird
jeweils eine Verbindung von den beiden anderen Anschlüssen
des Radgruppenventils 63 zu den Bohrungen 79 bzw. 80 hergestellt.
Diese Bohrungen führen zu den Reifeninnenräumen 73 bzw. 76 und
weisen dabei jeweils eine Drosselstelle 81 auf. Bei den
vier Funktionsstellungen des 3/4-Wege-Ventils 63 handelt
es sich um eine Sperrstellung und um drei Arbeitsstellungen. In
der Sperrstellung sind beide Reifen und der Anschluss 82 des
Radgruppenventils abgesperrt. Diese Stellung stellt auch die Neutralstellung
dar. Das Radgruppenventil 63 ist so konstruiert, dass die Sperrstellung nur
eigenommen werden kann, wenn der Steuereingang 83 drucklos
ist. Wird der Steuereingang 83 mit Druck beaufschlagt,
wechselt das Radgruppenventil von der Sperrstellung in seine erste
Arbeitsstellung. In dieser ersten Arbeitsstellung wird eine Verbindung vom
Anschluss 82 zur Druckleitung 78 hergestellt, somit
ist in dieser Stellung die Hohlnabe 53 mit dem Reifeninnenraum 76 (äußerer
Reifen) verbunden, während der innere Reifen abgesperrt
bleibt. Sobald die Hohlnabe 53 und damit auch der Steuereingang 83 wieder
drucklos werden, wechselt das Radgruppenventil daraufhin in seine
zweite Arbeitsstellung. In der zweiten Arbeitsstellung sind die
drei Anschlüsse des 3/4-Wege-Ventils 63 über
einen Knotenpunkt miteinander verbunden, d. h. die beiden nicht
dargestellten Reifen mit ihren Reifeninnenräumen 76 und 73 sind
nun jeweils über die Drosselstellen 81 mit der jetzt
drucklosen Hohlnabe 53 verbunden. Damit das Radgruppenventil
seine vierte Funktionsstellung, also seine dritte Arbeitsstellung,
einnehmen kann, muss die Hohlnabe 53 erneut mit Druck beaufschlagt werden.
Durch diese vierte Funktionsstellung ist die Hohlnabe 53 mit
dem Reifeninnenraum 73 (innerer Reifen) verbunden, während
der äußere Reifen abgesperrt ist. Wird der Druck
in der Hohlnabe daraufhin wieder weggenommen, so nimmt das Radgruppenventil
wieder die erste Funktionsstellung, die Sperrstellung also, ein.
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Die
beiden Varianten aus 2 und 3 unterscheiden
sich durchaus signifikant, im Ergebnis arbeiten sie jedoch völlig
gleich. Beispielsweise führt ein Druckverlauf in der axialen
Bohrung 56, der sich in die Hohlnabe 53 fortpflanzt,
wie in 7 dargestellt, bei beiden Varianten im Ergebnis
zu einer Druckerhöhung im Reifen des inneren Rads. Durch
den ersten kurzen Druckimpuls werden zwar bei beiden Varianten zunächst
die Reifen der äußeren Räder minimal
gefüllt. Sogleich danach wird jedoch der Fülldruck
an allen Rädern leicht abgesenkt, bevor mit dem zweiten
langen Druckimpuls jeweils ausschließlich der zum inneren
Rad gehörende Reifen gefüllt wird. Zum Zeitpunkt
t4 ist der Reifendruckänderungsvorgang
abgeschlossen.
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Die
in 4 dargestellte Variante verwendet wiederum ein
gemeinsames Radventil, ein Radgruppenventil also, welches hier allerdings
als 3/3-Wege-Ventil mit zusätzlichem pneumatischen Steueranschluss
ausgebildet ist. 4 ist identisch mit 3, abgesehen
von den unterschiedlichen Radventilen. Das 3/3-Wege-Ventil 64 in 4 kann
auf zwei verschiedene Weisen ausgeführt sein. Es kann ein
positiv schaltendes Verhalten aufweisen, d. h. es wechselt immer
dann von einer Funktionsstellung in die nächste, wenn an
seinem Steuereingang ein Übergang von "drucklos" zu "Druck
vorhanden" stattfindet. Das Radgruppenventil 64 kann aber
auch negativ schaltend ausgeführt sein. Da es außerdem
ein zyklisches Verhalten aufweist, hat es nach drei entsprechenden
Drucksprüngen seine ursprüngliche Stellung wieder
eingenommen. Bei den drei Funktionsstellungen des Radgruppenventils 64 handelt
es sich um eine Sperrstellung und zwei Arbeitsstellungen. In der
Sperrstellung sind alle Funktionsanschlüsse des Radgruppenventils
abgesperrt, sie stellt somit die Neutralstellung dar. Durch die
erste Arbeitsstellung wird eine Verbindung zwischen dem Reifeninnenraum 76 des äußeren
Reifens und der Hohlnabe 53 hergestellt, der innere Reifen
bleibt abgesperrt. In der zweiten Arbeitsstellung ist die Hohlnabe 53 mit
dem Reifeninnenraum 73 des inneren Reifens verbunden, während
der äußere Reifen abgesperrt ist. Das Radgruppenventil 64 läßt
sich sozusagen als abgespeckte Version des Radgruppenventils 25 aus 1 auffassen.
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In 5 ist
eine weitere Variante eines Zwillingsradpaares dargestellt, wobei
jedem Rad ein eigenes, separates Radventil zugeordnet ist und wobei die
Radventile in den Rädern enthalten sind, so wie aus 2 bekannt.
Die beiden Varianten aus 2 und 5 unterscheiden
sich nur durch ihre Radventile. Während in 2 zwei
Radventile verwendet werden, die einen Konstruktionsunterschied
aufweisen, der sich auf ihr Steuerungsverhalten auswirkt, sind die
beiden in 5 dargestellten Radventile 65 vorzugsweise
identisch, jedoch arbeiten sie sozusagen phasenverschoben. Bei den
Radventilen 65 handelt es sich jeweils um ein 2/3-Wege-Ventil
mit zusätzlichem pneumatischen Steueranschluss. Auch diese
Ventile sind so ausgebildet, dass sie immer dann von einer Funktionsstellung
in die nächste wechseln, wenn an ihren Steuereingängen
ein Übergang von "drucklos" zu "Druck vorhanden" erfolgt (positiv
schaltendes Verhalten). Alternativ können sie aber auch
so konstruiert sein, dass sie ein negativ schaltendes Verhalten
aufweisen. Darüberhinaus weisen sie ein zyklisches Verhalten
auf, d. h. nach drei entsprechenden Drucksprüngen an ihren
Steueranschlüssen ist jeweils die ursprüngliche
Stellung wieder erreicht. Jedes der Radventile 65 verfügt über drei
Funktionsstellungen, nämlich über zwei Sperrstellungen
und eine Durchlassstellung mit Drosselwirkung, die nacheinander
eingenommen werden können. Die Drosselstellen können
aber auch an anderer Stelle außerhalb der Ventile angeordnet
sein. Da die Radventile phasenverschoben arbeiten, befinden sie
sich nie gleichzeitig in Durchlassstellung.
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Auch
die beiden Varianten aus 4 und 5., signifikant
unterschiedliche Lösungen, arbeiten im Ergebnis völlig
gleich. Ein Druckwechselspiel in der axialen Bohrung 56 bzw.
in der Hohlnabe 53, beispielsweise wie in 10 dargestellt,
führt bei beiden Varianten, ausgehend jeweils von der skizzierten Neutralstellung
und positiv schaltende Radventile vorausgesetzt, im Endeffekt zu
einer Druckerhöhung im jeweils zum inneren Rad (91; 51)
gehörenden Reifen. Zum Zeitpunkt t5 schalten
die Radventile 65 bzw. das Radgruppenventil 64 wieder
in ihre ursprünglichen Stellungen (Neutralstellung), und
ab dem Zeitpunkt t6 ist auch der ursprüngliche
Ausgangszustand mit entlüfteten Hohlnaben 53 wieder
erreicht (Neutralstellung und Neutralzustand). Der Reifendruckänderungsvorgang
ist damit abgeschlossen.
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Der
in 11 dargestellte Druckverlauf würde, angewendet
auf die beiden Varianten aus 4 und 5 und
positiv schaltende Radventile annehmend, zunächst zum Füllen
des jeweils äußeren Reifens führen (von
t1 bis t2). Ab dem
Zeitpunkt t3 wäre jeweils der innere
Reifen pneumatisch mit der Hohlnabe 53 verbunden, so dass
sich diese inneren Reifen ab dem Zeitpunkt t4 entleeren
würden. Zum Zeitpunkt t5 würden
die Radventile 65 bzw. das Radgruppenventil 64 wieder
die ursprünglichen Stellungen (Neutralstellung) einnehmen,
d. h. alle Reifen wären abgesperrt. Aber erst mit dem Zeitpunkt
t6 würde schließlich auch
der ursprüngliche Ausgangszustand mit entlüfteten
Hohlnaben 53 wieder hergestellt sein (Neutralstellung und
Neutralzustand), der Reifendruckänderungsvorgang wäre
abgeschlossen.
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Schlussbemerkungen
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Eine
Reifendruckregelanlage nach dem hier beschriebenen Verfahren muss
nicht völlig einheitlich ausgeführt sein. Die
vorgestellten Varianten mit ihren unterschiedlichen technischen
Detaillösungen lassen sich innerhalb einer Reifendruckregelanlage
beliebig kombinieren. Die in 2 und 5 vorgestellten Lösungen,
wobei jedem Rad ein separates Radventil zugeordnet ist, sind auch
auf den Fall anwendbar, dass die zu regelnden Reifen mit ihren Rädern
räumlich und kinematisch voneinander getrennt sind, sich also
beispielsweise wie in 1 rechts und links an einer
einfachbereiften Achse befinden. Mit dem Lösungsprinzip,
das der Variante aus 5 zugrundeliegt, lassen sich
auch drei oder mehr separate Reifen über eine gemeinsame
Versorgungsleitung individuell regeln, indem Radventile verwendet
werden, die über eine entsprechend große Anzahl
von Sperrstellungen verfügen. Andererseits ist es natürlich auch
möglich, an eine Versorgungsleitung nur ein einzelnes Rad
mit einem Radventil und einem Reifen anzuschließen.
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Auf
den Aufbau der beschriebenen Radventile wird hier nicht näher
eingegangen. Derartige Ventile sind bekannt bzw. mit heutiger Technik
realisierbar. Die Radventile können so ausgebildet sein,
dass sie die zum Wechseln der Funktionsstellungen benötigte
Energie beispielsweise über ihre Steuereingänge
vom Druckmittel beziehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3246601
A1 [0005, 0006]
- - DE 3247371 A1 [0005]
- - US 6098682 [0005, 0007]
- - DE 3247371 [0007]
- - JP 2000255228 A [0008]
- - DE 102006021712 [0009]