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Die
Erfindung betrifft ein Reifendruckregelsystem insbesondere für
Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen und ein Verfahren zur Reifendruckregelung.
Dazu weist das Reifendruckregelsystem zumindest einen Reifendrucksensor
und zumindest ein Reifenventil auf. Ferner weist das Reifendruckregelsystem
zumindest einen Druckverteiler mit Schaltventilen auf, die mit einem
Steuer- und Regelgerät in Wirkverbindung stehen.
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Ein
derartiges Reifendruckregelsystem ist aus der Druckschrift
DE 33 00 457 C2 bekannt.
Bei diesem bekannten Druckregelsystem wird in Abhängigkeit
von einem Drucksollwertgeber der Reifendruck eines Fahrzeugs über
einen Absperrhahn, der mit dem Reifen verbunden ist, erhöht,
wenn der Drucksollwertgeber einen höheren Druck für
den Reifen vorgibt. Über ein Druckablassventil wird überschüssiger
Reifendruck an die Umgebung abgelassen, wenn der Drucksollwertgeber
einen Solldruck vorgibt, der geringer als der Druck in den Reifen
ist.
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Dabei
richtet sich der Drucksollwertgeber sowohl nach dem Beladungszustand
des Fahrzeugs, der mit einem Lastsensor erfasst wird, als auch nach der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die über den Geschwindigkeitssensor
erfasst wird und nach der Reifentemperatur, die durch einen Temperatursensor erfasst
wird. Die Sensorsignale werden einer elektronischen Steuervorrichtung
zur Verfügung gestellt, mit der die Sensoren in Wirkverbindung
stehen. Das Reifendruckregelsystem wird von einem eigenen Hochdruckkompressor
versorgt, der einen entsprechenden Hochdruckvorratsbehälter
und einen Zusatzvorratsbehälter belädt.
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Ein
Nachteil des bekannten Reifendruckregelsystems ist, dass für
Lastkraftwagen ein eigener Kompressor zur Druckerzeugung für
die Reifendruckregelung vorzusehen ist, obgleich Lastkraftwagen
für eine Mehrzahl von Steuerfunktionen wie Bremsbetätigung,
Bremsverstärkung, Lenkverstärkung, Stoßdämpfer
usw. bereits über mindestens einen Druckkompressor und über
entsprechende Druckzuleitungen verfügen.
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Aufgabe
der Erfindung ist, es ein zuverlässiges Reifendruckregelsystem
und -verfahren anzugeben, das eine verminderte Anzahl von Schaltventilen aufweist,
ohne die Sicherheit der Reifendruckregelung zu beeinträchtigen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reifendruckregelsystem
und ein Reifendruckregelverfahren zu schaffen, das mit minimalem
Aufwand als Nachrüstsatz in ein Lastfahrzeug einbaubar
ist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird
ein Reifendruckregelsystem für Fahrzeuge mit pneumatischen
Reifen und ein Verfahren zur Reifendruckregelung geschaffen. Dazu
weist das Reifendruckregelsystem zumindest einen Reifendrucksensor
und zumindest ein Reifenventil auf. Zumindest ein Druckverteiler
mit Schaltventilen wirkt mit einem Steuer- und Regelgerät
zusammen. Über eine Druckkupplung ist das Reifendruckregelsystem
mit einer Druckzuleitung verbunden. Das Reifendruckregelsystem weist
zudem eine Drucknachverstärkungspumpe sowie zumindest ein Reifendrucksteuerventil
und die Drucknachverstärkungspumpe eine elektromechanische
Steuereinrichtung auf.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Reifendruckregelsystems
ist es, dass dieses Reifendruckregelsystem eine höhere
Integrationsfähigkeit in bestehende Druckmanagement- und
Steuersysteme aufweist, indem über eine Druckkupplung das
Reifendruckregelsystem mit einer Druckzuleitung, die in dem Fahrzeug
bereits vorhanden ist, verbunden werden kann. Dabei wird vorausgesetzt,
dass das Druckniveau ausreicht, um Bremsbetätigung, Bremsverstärkung,
Lenkverstärkung und Stoßdämpferversorgung
des Fahrzeugs und auch die Reifendruckregelung sicherzustellen.
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Das
erfindungsgemäße Reifendruckregelsystems hat darüber
hinaus den Vorteil, dass die Druckluft in derartigen Druckzuleitungen
bereits aufbereitet ist, so dass für das erfindungsgemäße
Reifendruckregelsystem keine Luftfiltervorrichtung erforderlich
ist, welche die dem Druckversorgungssystem zugeführte Umgebungsluft
filtert und trocknet, bevor sie durch einen Kompressor verdichtet
wird. Auf eine derartige Luftfiltervorrichtung kann also bei dem
erfindungsgemäßen Reifendruckregelsystem verzichtet
werden, da dieses auf eine im Fahrzeug vorhandene Druckzuleitung
zurückgreift, was kostengünstiger ist, da lediglich
ein Nachrüstsatz für das erfindungsgemäße
Reifendruckregelsystem erforderlich wird, um den Reifendruck den
jeweiligen Gegebenheiten anzupassen, wie der Beladung des Fahrzeugs,
der Beschaffenheit des Fahrweges, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs
und/oder den vorherrschenden Temperaturen, insbesondere den Reifentemperaturen
in Bezug auf die Temperatur der Fahrstrecke.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reifendruckregelsystems
für ein Fahrzeug besteht darin, dass es nicht wie im Stand
der Technik für die Reifen einen Absperrhahn vorsieht,
sondern vielmehr entweder zentral oder für jeden Reifen
oder für jede Reifengruppe beispielsweise einer Fahrzeugachse
ein Reifendrucksteuerventil bereitstellt. Ein derartiges Reifendrucksteuerventil
kann über Druckflanken gesteuert werden und öffnet
bei einem Druckimpuls in der Druckzuleitung und schließt
bei einem steilen Abfall der Druckflanke auf Umgebungsdruck, während
es bei einer moderaten Abfallflanke über ein Drosselventil
die Offenposition beibehält, wie im folgenden noch näher
erläutert wird.
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Zudem
besitzt das erfindungsgemäße Reifendruckregelsystem
den Vorteil, dass die elektromechanische Steuereinrichtung eine
einfache und zuverlässige Steuerung der Drucknachverstärkungspumpe
ermöglicht.
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Vorzugsweise
weist die Drucknachverstärkungspumpe eine Tandemkolbenverdichterstruktur aus
einem Tandemkolben mit einem ersten Einzelkolben und ei fern zweiten
Einzelkolben auf, wobei der Tandemkolben die Drucknachverstärkung
ermöglicht.
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Dabei
sind die elektromechanische Steuereinrichtung und die Drucknachverstärkungspumpe bevorzugt
in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dies ermöglicht
eine platzsparende Anordnung des Reifendruckregelsystems, was insbesondere
für eine Nachrüstung eines Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen
Reifendruckregelsystem von Vorteil ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist das gemeinsame
Gehäuse radialsymmetrisch. Das hat den Vorteil, dass die
Drucknachverstärkungspumpe in Hohlachsen oder auch in Naben
von Fahrzeugen einsetzbar ist, ohne dabei eine Unwucht hervorzurufen.
Besonders bevorzugt ist dabei ein zylindrisches Gehäuse.
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Vorzugsweise
ist das gemeinsame Gehäuse dreiteilig mit einem ersten
Kompressionsraum des ersten Einzelkolbens, mit einem zweiten Kompressionsraum
des zweiten Einzelkolbens und einem dazwischen angeordneten Zwischenbereich
mit einer Verbindungsstange, welche den ersten Einzelkolben und
den zweiten Einzelkolben miteinander verbindet, wobei die elektromechanische
Steuereinrichtung in dem Zwischenbereich angeordnet ist. Dies ermöglicht
eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes
in dem gemeinsamen Gehäuse.
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Der
erste Kompressionsraum und der zweite Kompressionsraum weisen jeweils
ein Einlass- und ein Auslassventil auf, wobei das Einlassventil
mit einem Mitteldruck verbunden ist, während das Auslassventil über
eine Hochdruckleitung mit einem Hochdruckbehälter in Verbindung
steht. Dazu öffnen die Auslassventile bei einem Druckanstieg über
einen bereits anstehenden Hochdruck auf der Hochdruckseite hinaus
und zum Einlassen eines Mitteldruckes schließen die Auslassventile
und die Einlassventile öffnen.
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Das
Wechseln zwischen Offenstellung und Schließstellung von
Einlassventil bzw. Auslassventil erfolgt automatisch, ohne eine
externe Steuerung. Gesteuert wird lediglich ein Schaltventil, wozu
die elektromechanische Steuereinrichtung eine Umschalteinrichtung
aufweist, die bei Erreichen eines Anschlags für den Tandemkolben
das Schaltventil schaltet. Die Umschalteinrichtung ist dazu mit
einem Lagesensor verbunden, der bei Erreichen des Anschlags ein
Schaltsignal an die Umschalteinrichtung übermittelt. Ein
derartiger Lagesensor kann einen elektromechanischen Geber aufweisen.
Andererseits ist es in vorteilhafter Weise auch möglich,
einen Hallsensor einzusetzen oder einen induktiven Geber vorzusehen.
Auch ein kapazitiver Geber kann anstelle eines elektromechanischen
Gebers eingesetzt werden. Dabei haben Lagesensoren auf der Basis
von einem Hallsensor, einem induktiven Geber oder einem kapazitiven
Geber den Vorteil, dass sie berührungsfrei arbeiten und
damit auch nicht verschleißen.
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Die
Umschalteinrichtung kann eine Relaisschaltung aufweisen, was in
vorteilhafter Weise eine kostengünstige Realisierung der
Umschalteinrichtung ermöglicht.
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Das
Fahrzeug kann insbesondere ein Lastkraftwagen oder ein Kraftfahrzeuganhänger
sein. Besonders bei Lastkraftwagen ist ein erfindungsgemäßes
Reifendruckregelsystem vorteilhaft, da ein optimaler Reifendruck
eine erhöhte Sicherheit sowie geringere Kosten im Betrieb
des Lastkraftwagens bewirkt.
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Um
sicherzustellen, dass der Hochdruckbehälter auch bei Abschalten
der Drucknachverstärkungspumpe den Hochdruck beibehält
ist zwischen der Drucknachverstärkungspumpe und dem Hochdruckbehälter
ein Rückschlagventil angeordnet. Dieser Hochdruckbehälter
kann ein Achsrohr sein oder auch ein Behälter, der in einem
Achsrohr angeordnet ist. Darüber hinaus ist es möglich,
dass die Drucknachverstärkungspumpe über ein zentrales
Reifendrucksteuerventil mit den pneumatischen Reifen direkt verbunden
ist und der Hochdruckbehälter durch die pneumatischen Reifen
gebildet wird.
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Die
Drucknachverstärkungspumpe kann hochdruckseitig ein Luftaufbereitungssystem
aufweisen. Dies ermöglicht die Speicherung von gereinigter Luft
in dem Hochdruckbehälter.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das
Fahrzeug mehrere Drucknachverstärkungspumpen auf, die mit
ihren Hochdruckseiten mit Gruppen von pneumatischen Reifen in Wirkverbindung
stehen. Dabei kann es von Vorteil sein, dass achsweise der Reifendruck überwacht
und geregelt wird.
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Ein
Verfahren zur Reifendruckregelung weist nachfolgende Verfahrensschritte
auf. Zunächst wird der Reifendruck auch bei fahrendem Fahrzeug
gemessen und mit einer Tabelle, die den optimalen Reifendruck in
Abhängigkeit von der Straßenbeschaffenheit, der
Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Beladungszustand des Fahrzeugs und
der Außentemperatur sowie der extrapolierten Reifen- und
Fahrbahntemperatur vorsieht, verglichen. Je nach der Differenz zwischen
Ist-Reifendruck und dem optimalen Reifendruck wird der Reifendruck
anschließend erhöht oder vermindert bis eine Übereinstimmung
zwischen Ist-Reifendruck und optimalem Reifendruck erreicht ist,
wobei ein Reifendrucksteuerventil mittels Druckimpulsflanken gesteuert
wird und die Druckimpulsflanken an einem gleichen Einlass des Reifendrucksteuerventils
angelegt werden, über den das Vermindern und das Erhöhen
des Reifendruckes geregelt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens
besteht darin, dass die gereinigte und getrocknete Druckluft des
Fahrzeugs auch für die Reifendruckregelung während
der Fahrt genutzt werden kann.
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Bis
zum Ausgleich zwischen Ist-Reifendruck und optimalem Reifendruck
wird ein Reifendrucksteuerventil über einen Druckverteiler
in eine Offenposition geschaltet und bei Erreichen des optimalen Reifendruckes
wird das Reifendrucksteuerventil in eine Schließposition
geschaltet. In der Offenposition des Reifendrucksteuerventils wird
der Reifendruck entweder erhöht, indem ein Schaltventil
eines Druckverteilers einen Reifen oder einen Reifensatz mit einer
Druckzuleitung verbindet, oder vermindert, indem ein Schaltventil
des Druckverteilers einen Reifen oder einen Reifensatz über
ein Drosselventil mit der Umgebung verbindet.
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Darüber
hinaus wird das Reifendrucksteuerventil bei einem steilen Abfall
des Druckes am Einlass des Reifendrucksteuerventils auf Umgebungsdruck
in seine Schließposition gebracht, indem ein kurzzeitiges
Anlegen des Umgebungsdruckes an das Reifendrucksteuerventil erfolgt.
Danach wird dieses Schaltventil, das die Verbindung zur Umgebungsluft herstellt,
um einen derartigen Druckabfall zu erzeugen, wieder in eine Schließposition
gebracht, um den Ausgangszustand des Druckverteilers zu erreichen.
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Zur
Messung des Ist-Reifendruckes kann ein zentraler stationärer
Reifendrucksensor in einer zentralen Druckzuleitung für
die pneumatischen Reifen installiert sein. Andererseits ist es auch
möglich, zur Messung des Ist-Reifendruckes an jedem Fahrzeugrad
einen mitrotierenden Reifendrucksensor zu installieren.
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Zur
Regelung des Reifendruckes kann dabei in vorteilhafter Weise an
jedem Fahrzeugrad ein Reifendrucksteuerventil installiert werden.
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Für
das Verfahren von Bedeutung ist eine Reifendrucktabelle, die den
optimalen Reifendruck in Abhängigkeit von der Straßenbeschaffenheit,
der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Außentemperatur und der
extrapolierten Reifen- und Fahrbahntemperatur sowie in Abhängigkeit
von der Beladung des Fahrzeugs vorsieht. Eine derartige komplexe
Tabelle für den optimalen Reifendruck kann in einer zentralen Recheneinheit
des Fahrzeugs gespeichert werden, wobei diese zentrale Recheneinheit
des Fahrzeugs in einem eigenen Steuer- und Regelgerät für
den Reifendruck oder in einem Führungsrechner für
das gesamte Fahrzeug eingebaut sein kann.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines dreiachsigen Fahrzeuganhängers
mit einem Reifendruckregelsystem einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines drei-achsigen Fahrzeuganhängers
mit einem Reifendruckregelsystem gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung;
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine Drucknachverstärkungspumpe
mit einer elektromechanischen Steuereinrichtung und Tandemkolbenverdichterstruktur
für ein Reifendruckregelsystem;
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4 zeigt
eine schematische Darstellung im Detail zur Reifendruckregelung
gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung;
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5 zeigt
ein schematisches Diagramm unterschiedlicher Betriebsphasen des
Reifendruckregelsystems gemäß 1;
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6A bis 6C zeigen
schematische Querschnitte durch Reifendrucksteuerventile;
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6A zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Reifendrucksteuerventil,
das über Druckflanken gesteuert werden kann und dazu eine Kugelsperre
aufweist;
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6B zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Reifendrucksteuerventil,
bei dem die Bistabilität des Ventilkolbens durch eine umschnappbare
Tellerfeder erreicht wird;
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6C zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Reifendrucksteuerventil, bei
dem die Bistabilität des Ventilkolbens durch einen Dauermagneten
erreicht wird.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines drei-achsigen Fahrzeuganhängers 19 mit
einem Reifendruckregelsystem 1 einer ersten Ausführungsform
der Erfindung. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung
wird ein Fahrzeuganhänger 19 an ein Luftdrucksystem
eines Zugfahrzeugs über eine Druckkupplung 30 angeschlossen.
Dabei weist das Drucksystem des Zugfahrzeugs einen Mitteldruckbehälter 7 auf,
in dem ein mittlerer Luftdruck gespeichert wird, der ausreicht,
um pneumatische Bremsen, Bremsverstärker oder Lenkverstärker
zu versorgen.
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Für
die an den drei Achsen 31, 32 und 33 angeordneten
Hochdruckreifen 4 reicht der Systemdruck der Zugmaschine,
der über die Druckkupplung 30 zur Verfügung
gestellt wird, nicht aus, um eine Reifendruckregelung während
der Fahrt für den Anhänger 19 zu gewährleisten.
Dabei können die pneumatischen Reifen 4 auch Zwillingsreifen
auf entsprechenden Zwillingsfelgen darstellen. Um den erhöhten Druck,
der über die Druckkupplung 30 aufgrund von Sicherheitsstandards
nicht an einen Anhänger transferiert werden darf, im Bereich
des Anhängers 19 zu erzeugen, weist diese erste
Ausführungsform der Erfindung eine Drucknachverstärkungspumpe 13 auf, die
eine elektromechanische Steuereinrichtung 14 besitzt.
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Während
somit über eine Mittel- oder Systemdruckzuleitung 11 die
Niederdruckseite 15 der Drucknachverstärkungspumpe 13 mit
einem mittleren Luftdruck versorgt wird, kann auf der Hochdruckseite 16 ein
entsprechend hoher Druck über ein Rückschlagventil 17 einem
Hochdruckbehälter 12 zugeführt werden.
Stromaufwärts des Hochdruckbehälters 12 ist
ein Druckverteiler 5 angeschlossen, der in dieser Ausführungsform
der Erfindung einen zentralen Reifendrucksensor 20 aufweist,
welcher den Hochdruck in den Hochdruckzuleitungen 41 bis 46 zu den
Reifen 4 überwacht und bei Bedarf über
eine Steuerleitung 9 ein Steuer- und Regelgerät 10 aktiviert,
das mit einem zentralen Reifendrucksteuerventil 21 in dem
Druckverteiler 5 zusammenwirkt. Dabei wird die Drucknachverstärkungspumpe 13 über
eine Steuerleitung 8 von dem Steuer- und Regelgerät 10 bei
Bedarf betätigt.
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Dabei
ist das Reifendrucksteuerventil 21 einerseits mit Hilfe
des Druckverteilers 5 in der Lage, bei zu geringem Reifendruck
die Reifen 4 aufzupumpen, beispielsweise bei einem Wechsel
der Fahrbahn von einem Schotterweg zu einer asphaltierten Straße,
andererseits bei zu hohem Reifendruck, beispielsweise bei einem
Fahrbahnwechsel von einem Asphaltweg auf einen Schotterweg, auch
den zu hohen Reifendruck wieder abzulassen und den überhöhten
Reifendruck beim Ablassen über die Mitteldruckzuleitung 11 dem
Mitteldruckbehälter 7 zur Energierückgewinnung
zuzuführen, was durch eine gestrichelte Linie 23 in 1 angedeutet
wird.
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Ein
derartiges Reifendruckregelsystem für einen Fahrzeuganhänger 19 hat
den Vorteil, dass das Steuer- und Regelgerät 10 beispielsweise
in einer Antiblockiersteuerung des Fahrzeugs oder einem ESP (electronic
safety program) mit integriert sein kann. Darüber hinaus
zeichnet sich das System durch eine überschaubare Anzahl
von Komponenten aus, zumal es lediglich ein einziges Reifendrucksteuerventil 21 und
einen einzigen Reifendrucksensor 20 in dem Druckverteiler 5 benötigt,
um alle Reifen 4 oder eine Gruppe von Reifen des Fahrzeuganhängers 19 auf
einen angepassten optimalen Druck zu regeln.
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Dieser
optimale Druck kann in einer Tabelle innerhalb des Steuer- und Regelgeräts 10 abgelegt sein,
wobei dieser optimale Reifendruck von der Beladung, von der Fahrbahnbeschaffenheit
wie oben erwähnt oder von der Temperatur der Umgebung im Verhältnis
zur Reifentemperatur und/oder von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs
abhängig ist. Derartige Werte können durchaus
empirisch ermittelt werden und als Vergleichswerte für
die Messwerte des zentralen Reifendrucksensors 20 herangezogen
werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines drei-achsigen Fahrzeuganhängers 19 mit
einem Reifendruckregelsystem 2 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen
Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Diese zweite Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 dadurch,
dass die Drucknachverstärkungspumpe 13 mit dem
Druckverteiler 5 eine Einheit bildet und beide in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dabei ist die Drucknachverstärkungspumpe 13 wiederum
mit einer elektromechanischen Steuereinrichtung 14 ausgestattet. Über
eine Steuerleitung 8 wird die Drucknachverstärkungspumpe 13 von
dem Steuer- und Regelgerät 10 bei Bedarf betätigt.
Auf einen Hochdruckbehälter wie in der ersten Ausführungsform
der Erfindung wird hierbei verzichtet, vielmehr werden die Reifen 4 mit
ihrem Volumen als gemeinsamer Hochdruckbehälter betrieben.
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Dazu
ist es erforderlich, dass wiederum ein zentraler Reifendrucksensor 20 in
dem Druckverteiler 5 angeordnet ist und ein zentrales Reifendrucksteuerventil 21 eben falls
dort positioniert ist. Alternativ können bei der Ausführungsform
gemäß 2 auch die Hohlrohe der Achsen 31, 32 und 33 als Hochdruckspeicher
dienen und jeder der Reifen 4 mit einem mitrotierenden
Reifendrucksteuerventil ausgestattet sein.
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine Drucknachverstärkungspumpe 13 mit
einer elektromechanischen Steuereinrichtung 14 und Tandemkolbenverdichterstruktur
für ein Reifendruckregelsystem. Die Drucknachverstärkungspumpe 13 steht
dabei auf ihrer Niederdruckseite 15 über zwei
Einlassventile 37 und 40 und eine Mitteldruckzuleitung 11 mit
einem Mitteldruckbehälter 7 in Verbindung. Auf
der Hochdruckseite 16 steht die Drucknachverstärkungspumpe 13 über
zwei Auslassventile 38 und 39, einem Drosselventil 47 und
einer Hochdruckleitung 69 mit einem Hochdruckbehälter 12 in Verbindung.
Dabei ist es auch möglich, dass der Hochdruckbehälter 12 durch
einen pneumatischen Reifen gebildet wird. In diesem Fall ist die
Drucknachverstärkungspumpe 13 vorzugsweise mitrotierend
an einem den pneumatischen Reifen aufweisenden Rad des Fahrzeugs
angeordnet und steht über eine Drehdurchführung
mit dem Mitteldruckbehälter 7 in Verbindung.
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Die
Drucknachverstärkungspumpe 13 ist in einem dreiteiligen
zylindrischen Gehäuse 27 untergebracht. Der linke
Teil des zylindrischen Gehäuses 27 weist einen
ersten Einzelkolben 25 auf, welcher diesen linken Teil
in einen ersten Kompressionsraum 34 und einen ersten Hilfsraum 66 teilt.
Der rechte Teil des zylindrischen Gehäuses 27 weist
entsprechend einen zweiten Einzelkolben 26 auf, welcher
diesen rechten Teil in einen zweiten Kompressionsraum 35 und
einen zweiten Hilfsraum 68 teilt. Die beiden Einzelkolben 25 und 26 bilden
zusammen einen Tandemkolben, indem sie über eine Verbindungsstange 24 miteinander
fixiert sind.
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Zwischen
dem ersten Kompressionsraum 34 und dem zweiten Kompressionsraum 35 befindet sich
in dem zylindrischen Gehäuse 27 ein Zwischenbereich 36.
In dem Zwischenbereich 36 ist die elektromechanische Steuereinrichtung 14 angeordnet. Diese
weist einen ersten Schalter 22 und einen zweiten Schalter 28 auf. Über
eine Steuer- und Versorgungsleitung 48 steht die elektromechanische
Steuereinrich tung 14 mit einem elektrischen Aktuator 65 in
Verbindung. Der elektrische Aktuator 65 ist an einem Schaltventil 18 angeordnet
und ermöglicht das Verschieben des Schaltventil 18 und
damit auch den Betrieb der Drucknachverstärkungspumpe 13,
welcher im folgenden genauer erläutert wird.
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In
der in 3 gezeigten Stellung der Drucknachverstärkungspumpe 13 wird
dazu zunächst ein Mitteldruck des Mitteldruckbehälters 7 über
die Mitteldruckzuleitung 11 und die Einlassventile 37 bzw. 40 in
den ersten Kompressionsraum 34 bzw. den zweiten Kompressionsraum 35 geführt.
Zudem wird der zweite Hilfsraum 68 mit dem Mitteldruck
des Mitteldruckbehälters 7 beaufschlagt und der
Druck in dem ersten Hilfsraum 66 über einen Auslass 3 vermindert.
Dazu ist das Schaltventil 18 in der in 3 gezeigten
ersten Stellung und verbindet dadurch den zweiten Hilfsraum 68 mit
dem Mitteldruck sowie den ersten Hilfsraum 66 mit dem Auslass 3.
Der erste Einzelkolben 25 und der zweite Einzelkolben 26 bewegen
sich somit in Pfeilrichtung A, wodurch der Druck in dem zweiten
Kompressionsraum 35 über den zuvor herrschenden
Mitteldruck auf einen Hochdruck erhöht wird. Dies führt
dazu, dass das zweite Einlassventil 40 und das erste Auslassventil 38 geschlossen werden.
Zudem wird das zweite Auslassventil 39 geöffnet
und der Hochdruck damit dem Hochdruckbehälter 12 zugeführt.
Dies erfolgt so lange, bis der zweite Einzelkolben 26 einen
Anschlag erreicht und ein Kontaktgeber 6, welcher in der
Mitte der Verbindungsstange 24 angeordnet ist, den ersten
Schalter 22 der elektromechanischen Steuereinrichtung 14 und
die elektromechanischen Steuereinrichtung 14 daraufhin
den elektrischen Aktuator 65 betätigt, welcher
das Schaltventil 18 in eine zweite Stellung verbringt,
in der der erste Hilfsraum 66 mit dem Mitteldruck sowie
der zweite Hilfsraum 68 mit dem Auslass 3 verbunden
sind. Der erste Kompressionsraum 34 und der zweite Kompressionsraum 35 sind
zunächst wieder mit dem Mitteldruck des Mitteldruckbehälters 7 beaufschlagt
und der erste Einzelkolben 25 und der zweite Einzelkolben 26 bewegen
sich somit nunmehr in Pfeilrichtung B. Dadurch erfolgt eine Erhöhung
des Druckes in dem ersten Kompressionsraum 34 von dem Mitteldruck
des Mitteldruckbehälters 7 auf einen Hochdruck.
Die Drucknachverstärkungspumpe 13 ermöglicht
somit insgesamt eine Erhöhung eines bereits in einem Fahrzeug,
insbesondere einem Last kraftwagen oder einem Kraftfahrzeuganhänger,
vorhandenen Mitteldruckes auf einen für pneumatische Hochdruckreifen
des Fahrzeuges benötigten Hochdruck.
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In
der gezeigten Ausführungsform ist der Kontaktgeber 6 in
der Mitte der Verbindungsstange 24 angeordnet. Alternativ
ist es auch möglich, statt einem Kontaktgeber zwei Kontaktgeber
vorzusehen, welche beispielsweise symmetrisch um die Mitte der Verbindungsstange 24 angeordnet
sind und den ersten Schalter 22 bzw. den zweiten Schalter 28 betätigen.
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Statt
des in 3 gezeigten Lagesensors mit elektromechanischem
Geber in Form des Kontaktgebers 6 und des ersten Schalters 22 sowie
des zweiten Schalters 28 ist es zur Betätigung
der elektromechanischen Steuereinrichtung 14 auch möglich,
einen Lagesensor vorzusehen, der einen Hallsensor, einen induktiven
Geber oder einen kapazitiven Geber aufweist.
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Die
elektrische Versorgung des elektrischen Aktuators 65 erfolgt
in der gezeigten Ausführungsform über die Steuer-
und Versorgungsleitung 48. Dazu enthält die elektromechanische
Steuereinrichtung 14 beispielsweise eine Batterie, welche
den elektrischen Aktuators 65 über die Steuer-
und Versorgungsleitung 48 elektrisch versorgt. Alternativ kann
die Batterie auch außerhalb der elektromechanischen Steuereinrichtung 14 in
dem Zwischenbereich 36 angeordnet sein und über
eine Versorgungsleitung mit dem elektrischen Aktuator 65 in
Verbindung stehen.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung im Detail zur Reifendruckregelung
gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung. Im Unterschied jedoch zur ersten Ausführungsform
der Erfindung wird hier der Reifendruck individuell für
jeden einzelnen Reifen 4 oder für eine Gruppe
von Reifen beispielsweise einer Achse dadurch geregelt, dass der
Reifen 4 jeweils von einem mitrotierenden Reifendrucksteuerventil 21 versorgt
wird. Dabei ist es sinnvoll, den Reifendruck auch individuell mittels
mitrotierenden Reifendrucksensoren 20 zu überwachen
und zu prüfen.
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In
dieser Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 ist
für die Übertragung der Sensormesswerte der mitrotierenden
Reifendrucksensoren 20 eine drahtlose Verbindung zwischen
einem nabenseitigen Sender 49 und einem Empfänger 50 in
dem Steuer- und Regelgerät 10 vorgesehen. Dieses
Steuer- und Regelgerät 10 steuert über
Steuerleitungen 9 einzelne Schaltventile 51 bis 54,
beispielsweise zur Regelung des Druckluftbedarfs für vier
Achsen oder vier Reifen, wobei die Schaltventile 51 bis 54 lediglich schematisch
für eine Anordnung mehrerer Schaltventile stehen, die im
Zusammenwirken mit den Reifendrucksteuerventilen 21 in
der Lage sind, sowohl während der Fahrt den Reifendruck
zu erhöhen als auch den Reifendruck durch entsprechende
Schaltstellungen der Schaltventile zu vermindern oder auch die Reifendrucksteuerventile 21 bei
Erreichen eines optimalen Reifendruckes abzusperren.
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Dieser
Reifendruck für die Hochdruckreifen 4 wird von
einer Drucknachverstärkungspumpe 13 mit einer
elektromechanischen Steuereinrichtung 14 zur Verfügung
gestellt, die über eine Steuerleitung 8 gesteuert
wird. Dabei ist die Drucknachverstärkungspumpe 13 an
eine Mitteldruckzuleitung 11, die sie mit gereinigter und
getrockneter Luft versorgt, angeschlossen. Alternativ kann ein Achsrohr 29 auch
als Hochdruckbehälter eingesetzt werden, jedoch ist dann
der Druckverteiler 5 vorzugsweise in der Radnabe 55 des
Fahrzeugrades 56 mitrotierend angeordnet und über
eine mitrotierende Hochdruckzuleitung 41 mit dem Reifendrucksteuerventil 21 pneumatisch
verbunden.
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5 zeigt
ein schematisches Diagramm unterschiedlicher Betriebsphasen des
Reifendruckregelsystems gemäß 1.
Dazu ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen, beginnend mit
der Zeit t0 und den weiteren Zeitstufen
t1, t2, t3, t4, t5 und
t6. Auf der Ordinate ist der Druck D aufgetragen,
der mit RD das Niveau des Reifendruckes
des auf der rechten Seite des Diagramms schematisch dargestellten
Reifens 4 darstellt.
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Mit
HD wird der Bereich des Hochdrucks gekennzeichnet,
wie er in dem auf der rechten Seite des Diagramms schematisch gezeichneten
Hochdruckbehälter 12 in den unterschiedlichen
Phasen vorhanden ist. Unterhalb des Reifendruckes RD ist ein
mittlerer Druck MD vorgesehen, der für
die übrigen Verbraucher eines Fahrzeugs wie beispielsweise
der Bremsbetätigung, der Bremsverstärkung oder
der Lenkungsverstärkung erforderlich ist. Dabei weist jeder
dieser drei Druckbereiche, nämlich der Mitteldruckbereich
MD, der Reifendruckbereich RD und
der Hochdruckbereich HD, einen oberen Wert
und einen unteren Wert auf. Die Abszisse des Diagramms liegt auf
einem Normaldruck ND, der in der Umgebung
des Fahrzeugs herrscht.
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In
der Anfangsphase I zwischen t0 und t1 wird angenommen, dass der Hochdruckbehälter 12 noch nicht
mit Hochdruck beladen ist und der Reifendruck seinen Sollreifendruck
RDS aufweist. Auch der Mitteldruck MD, der hier mit einer gestrichelten Linie
markiert ist, zeigt ein mittleres Niveau. Dabei gilt dieses Diagramm
für den Fall, dass die Drucknachverstärkungspumpe
mit einem Mitteldruck MD eines Mitteldruckbehälters 7 oder
einer Mitteldruckzuleitung auf ihrer Niederdruckseite versorgt wird,
was durch die Kurve b mit gestrichelten Linien in den Phasen I und II
markiert ist.
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In
der Phase II zwischen t1 und t2 wird
die Drucknachverstärkungspumpe in Betrieb genommen. In
dieser Betriebsphase steigt beim Einsetzen der Drucknachverstärkungspumpe
der Mitteldruck MD auf der Hochdruckseite
der Drucknachverstärkungspumpe auf den maximalen oberen
Hochdruck HDO gemäß der
gestichelten Kurve b und wird dabei von dem Drucksensor 58 im
Hochdruckbehälter 12 überwacht. Dabei
wird jedoch Luftdruck aus dem Mitteldruckbehälter 7 verbraucht,
so dass der Druck hier entsprechend der Kurve c leicht absinkt.
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Wird
darüber hinaus angenommen, dass in dieser Phase II auch
der Reifendruck gemäß der Kurve d auf einen Minimalwert
von RDU abnimmt, indem beispielsweise ein
Fahrbahnwechsel, ein Geschwindigkeitswechsel, ein Temperaturwechsel
oder ein Belastungswechsel in der Betriebsphase II auftritt, so kann
der Reifendruck RDU seinen tiefsten Punkt
erreichen, wenn noch kein neuer Sollwert festgelegt ist.
-
In
der Phase III zwischen t2 und t3 wird
der Reifendruck RD auf einen neuen Sollwert
RDS mit Hilfe der Hochdruckluft aus dem
Hochdruckbehälter 12 aufgepumpt, so dass dieser
beispielsweise auf seinen minimalen Wert HDU absinkt.
Da in dieser Phase III der Mitteldruckbehälter 7 nicht
belastet wird, bleibt dort der Mitteldruck MD konstant, wie es die
Kurve c zeigt. In der Phase IV zwischen t3 und
t4 wird nun angenommen, dass der Reifendruck
RD auf seinem Sollwert liegt und beibehalten
werden kann, während durch die Wirkungsweise der Drucknachverstärkungspumpe
der Hochdruckbehälter 12 erneut auf den höchsten
Druck HDO aufgeladen wird und dabei der
Druck im Mitteldruckbehälter 7 sich weiter durch den
Luftdruckverbrauch vermindert.
-
Da
der Hochdruckbehälter 12 in der Phase IV wieder
seinen höchsten Druck aufweist, kann in der Phase V zwischen
t4 und t5 nun Druckluft
in den Mitteldruckbehälter 7 abgegeben werden,
bis auch dieser wieder seinen Drucksollwert erreicht hat. Falls es
die äußeren Randbedingungen erfordern, kann der
Reifendruck RD auch genauso gut erneut erhöht werden.
In der letzten Phase VI zwischen t5 und
t6 wird der Hochdruck in dem Hochdruckbehälter 12 beibehalten,
während der Reifendruck einen Maximalwert einnimmt und
zum Zeitpunkt t5 den höchstzulässigen
Druckwert erreicht hat und nun seinen Druck beispielsweise in den
Mitteldruckbehälter ableiten kann, was einer Energierückgewinnung
entspricht.
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6A bis 6C zeigen
schematische Querschnitte durch Reifendrucksteuerventile 60, 70 und 80.
Dazu zeigt 6A ein Reifendnucksteuerventil 80,
das über Druckflanken gesteuert werden kann und dazu eine
Kugelsperre 87 aufweist, die zumindest eine Kugel 62 durch
eine Vorspannfeder 61 gegen einen Ventilkolben 84 vorspannt,
wobei ein Dichtungsring 86 des Ventilkolbens 84 durch
eine Schließfeder 85 auf einen Ventilsitz 83 gepresst
wird. Damit wird eine Einlassöffnung 81 des Reifendrucksteuerventils 80 durch
die Federkraft der Schließfeder 85 sowie der durch
die Druckdifferenz zwischen den Drücken auf Seiten der
Einlassöffnung 81 und einer der Einlassöffnung 81 gegenüberliegenden
Auslassöffnung 82 hervorgerufenen Kraft auf den
Ventilkolben 84 in einer Schließposition gehalten.
Die Auslassöffnung 82, die zum Reifen hin gerichtet
ist, wird somit ebenfalls verschlossen gehalten. Eine O-Ringdichtung 59 sorgt
in der Schließposition für eine zusätzliche
Unterbrechung der Verbindung zwischen der Einlassöffnung 81 und
der Auslassöffnung 82. Die Kugelsperre 87 weist
neben der gezeigten ersten stabilen Position eine zweite stabile
Position auf, in welcher sie sich in einer Ventilkolbenaussparung 63 befindet.
Durch eine entsprechenden Druckflanke oder einen Druckimpuls an
der Einlassöffnung 81 wird die Kugelsperre 87 in
ihre zweite stabile Position verbracht und das Reifendrucksteuerventil 80 gegen die
Kraft der Schließfeder 85 sowie die durch die Druckdifferenz
zwischen den Drücken auf Seiten der Einlassöffnung 81 und
der Auslassöffnung 82 hervorgerufenen Kraft geöffnet.
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Dabei
wird die Schließfeder 85 zusammengepresst und
Druckluft über die Auslassöffnung 82 in den
Reifen gepumpt, wobei in dieser zweiten stabilen Position der Kugelsperre 87 auch Überdruck
aus dem Reifen über die Auslassöffnung 82 sowie
die Einlassöffnung 81 abgegeben werden kann, solange an
der Einlassöffnung 81 keine steile Druckabstiegsflanke
anliegt. In dem Augenblick, in dem eine steile Druckabstiegsflanke
an der Einlassöffnung 81 ansteht, fällt
die Kugelsperre 87 in ihre erste stabile Position zurück
und das Reifendrucksteuerventil 80 schließt, indem
der Dichtungsring 86 des Ventilkolbens 84 auf
den Ventilsitz 83 gepresst wird, wie es in 6A gezeigt
ist.
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6B zeigt
ein Reifendrucksteuerventil 60, wobei Komponenten mit gleichen
Funktionen wie in 6A mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet werden und nicht extra erörtert werden.
Die bistabile Position für den Ventilkolben 84 wird
in der gezeigten Ausführungsform nicht mit einer Kugelsperre
erreicht, sondern mit einer umschnappbaren Tellerfeder 67,
die nach Anlegen eines Druckimpulses an die Einlassöffnung 81 den
Ventilkolben 84 in einer Offenposition hält, wobei
die Schließfeder 85 zusammengepresst wird und
eine Gegenkraft erzeugt, die jedoch nicht ausreicht, um den Ventilkolben 84 zurück in
die Schließposition zu bringen, solange an der Einlassöffnung 81 kein
steiler Druckabfall auftritt. Somit kann nicht nur über
die Einlassöffnung 81 Druckluft in den Reifen über
die Auslassöffnung 82 gepumpt werden, sondern
auch Druckluft aus dem Reifen über die Auslassöffnung 82 und
die Einlassöffnung 81 abgegeben werden.
-
6C zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Reifendrucksteuerventil 70,
bei dem die Eistabilität des Ventilkolbens 84 durch
einen Dauermagneten 77 erreicht wird. Komponenten mit gleichen
Funktionen wie in 6A und 6B werden
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
-
Sobald
ein Druckimpuls z. B. eine Druckanstiegsflanke an der Einlassöffnung 81 anliegt,
wird der Ventilkolben 84 geöffnet, so dass entweder Druckluft
in Richtung auf die Auslassöffnung 82 in den dort
nicht gezeigten Reifen strömen kann oder umgekehrt in Richtung
auf die Einlassöffnung 81 aus dem Reifen abgegeben
werden kann, solange keine steile Druckabstiegsflanke an der Einlassöffnung 81 anliegt.
Durch das Anlegen einer derartig steilen Druckabstiegsflanke an
die Einlassöffnung 81 fällt der Ventilkolben 84 in
seine Schließstellung auf dem Ventilsitz 83 zurück,
so dass das Reifendrucksteuerventil 70 geschlossen ist.
-
- 1
- Reifendruckregelsystem
- 2
- Reifendruckregelsystem
- 3
- Auslass
- 4
- Reifen
- 5
- Druckverteiler
- 6
- Kontaktgeber
- 7
- Mitteldruckbehälter
- 8
- Steuerleitung
- 9
- Steuerleitung
- 10
- Steuer-
und Regelgerät
- 11
- Mitteldruckzuleitung
- 12
- Hochdruckbehälter
- 13
- Drucknachverstärkungspumpe
- 14
- elektromechanische
Steuereinrichtung
- 15
- Niederdruckseite
- 16
- Hochdruckseite
- 17
- Rückschlagventil
- 18
- Schaltventil
- 19
- Fahrzeuganhänger
- 20
- Reifendrucksensor
- 21
- Reifendrucksteuerventil
- 22
- erster
Schalter
- 23
- gestrichelte
Linie
- 24
- Verbindungsstange
- 25
- erster
Einzelkolben
- 26
- zweiter
Einzelkolben
- 27
- Gehäuse
- 28
- zweiter
Schalter
- 29
- Achsrohr
- 30
- Druckkupplung
- 31
- Achse
- 32
- Achse
- 33
- Achse
- 34
- erster
Kompressionsraum
- 35
- zweiter
Kompressionsraum
- 36
- Zwischenbereich
- 37
- Einlassventil
- 38
- Auslassventil
- 39
- Auslassventil
- 40
- Einlassventil
- 41
- Hochdruckzuleitung
- 42
- Hochdruckzuleitung
- 43
- Hochdruckzuleitung
- 44
- Hochdruckzuleitung
- 45
- Hochdruckzuleitung
- 46
- Hochdruckzuleitung
- 47
- Drosselventil
- 48
- Steuer-
und Versorgungsleitung
- 49
- Sender
- 50
- Empfänger
- 51
- Schaltventil
- 52
- Schaltventil
- 53
- Schaltventil
- 54
- Schaltventil
- 55
- Radnabe
- 56
- Fahrzeugrad
- 58
- Drucksensor
- 59
- O-Ringdichtung
- 60
- Reifendrucksteuerventil
(Ausführungsform)
- 61
- Vorspannfeder
- 62
- Kugel
- 63
- Ventilkolbenaussparung
- 65
- elektrischer
Aktuator
- 66
- erster
Hilfsraum
- 67
- Tellerfeder
- 68
- zweiter
Hilfsraum
- 69
- Hochdruckleitung
- 70
- Reifendrucksteuerventil
(Ausführungsform)
- 77
- Dauermagnet
- 80
- Reifendrucksteuerventil
(Ausführungsform)
- 81
- Einlassöffnung
- 82
- Auslassöffnung
- 83
- Ventilsitz
- 84
- Ventilkolben
- 85
- Schließfeder
- 86
- Dichtungsring
- 87
- Kugelsperre
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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