DE102008062069B4

DE102008062069B4 - Reifendruckregelsystem und Verfahen zur Reifendruckregelung

Info

Publication number: DE102008062069B4
Application number: DE102008062069.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Herges; Martin Mederer; Markus Stöhr
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2028-12-13
Also published as: DE102008062069A1

Abstract

Reifendruckregelsystem, insbesondere für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen (4) aufweisend:
- zumindest einen Reifendrucksensor (20),
- ein Reifenventil,
- zumindest einen Druckverteiler (5) mit elektrisch steuerbaren pneumatischen Schaltventilen,
- ein Steuer- und Regelgerät (10),
- einen Hochdruckkompressor (13), wobei das Reifendruckregelsystem mindestens ein Reifendrucksteuerventil (21) und der Hochdruckkompressor (13) einen elektrischen Antrieb (14) mit einem Solenoid (23) in einem dreiteiligen Gehäuse (27) aufweist, wobei das Gehäuse (27) einen ersten Kompressionsraum (32) eines ersten Einzelkolbens (25) und einen zweiten Kompressionsraum (33) eines zweiten Kolbens (26) eines Tandemkolbens (24) und einem dazwischen angeordneten Antriebsbereich (34) mit einer Verbindungsstange (35) aufweist, wobei die Verbindungsstange (35) die beiden Einzelkolben (25, 26) der Kompressionsräume (32, 33) verbindet und in dem Antriebsbereich (34) von einem zylindrischen Dauermagneten (36) umgeben ist, der seinerseits in dem im Gehäuse (27) befestigten Solenoid (23) gleitend angeordnet ist, und wobei der Hochdruckkompressor (13) und der Solenoid (23) in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse angeordnet werden, das in eine Hohlachse des Fahrzeuges eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reifendruckregelsystem insbesondere für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen und ein Reifendruckregelverfahren. Dazu weist das Reifendruckregelsystem zumindest einen Reifendrucksensor und ein Reifenventil auf. Außerdem weist das Reifendruckregelsystem mindestens einen Druckverteiler mit Schaltventilen und ein Steuer- und Regelgerät sowie einen Hochdruckkompressor auf.
Aus der Druckschrift EP 1236588 B1 ist ein Verfahren und ein System zur Reifendrucküberwachung für mit Antiblockierschutzsystemen ausgerüsteten Fahrzeugen bekannt. Dieses Reifendrucküberwachungssystem weist neben den für das ABS notwendigen Antiblockiersensoren, die in jedem Reifen angeordnet sind, um rotationsabhängige Größen zu erfassen, zusätzlich ein Reifendruckmesssystem auf, das den absoluten Reifenfülldruck der Räder wenigstens einer Achse misst. Diese Messung bewirkt jedoch keine Reifendruckregelung, sondern löst lediglich ein Warnsignal aus, wenn der gemessene Reifenfülldruck einen vorgegebenen Solldruck unterschreitet. Mit einem derartigen Warnsignal wird der Führer des Fahrzeugs lediglich darauf aufmerksam gemacht, dass er an der nächstmöglichen Station halten muss, um stationär den Reifendruck dem Solldruck anzupassen. Das bekannte Verfahren und System hat den Nachteil, dass bei fahrendem Fahrzeug ein Nachregeln des Reifendrucks nicht möglich ist.
Die Druckschrift US 6269691 B1 betrifft ein automatisches Reifendruckregelsystem mit einer pneumatisch betriebenen Drucknachverstärkungspumpe, welche die im Kraftfahrzeug vorhandene Druckluftversorgung auf ein höheres Druckniveau bringt und über den vorhandenen Druckluftvorrat angetrieben wird.
Die Druckschrift EP 1330373 B1 betrifft ein Reifendruckregelsystem insbesondere für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen, welches mindestens einen Reifendrucksensor und ein Reifenventil, einen Druckverteiler mit Schaltventilen und ein Steuer- und Regelgerät sowie einen Hochdruckkompressor je Fahrzeugrad mit einem elektrischen Antrieb mit einem Solenoid aufweist. Das Reifendruckregelsystem weist einen elektrisch betriebenen Kompressor, der von einem Solenoid angetrieben wird, auf, wobei der Solenoid ein Gehäuse umgibt und somit außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse ein Permanentmagnet als Kolben ausgebildet ist, der angetrieben von dem Solenoid hin- und her bewegt wird und dabei Luft in einer Kompressionskammer komprimiert.
Die Druckschrift DE 10360730 A1 betrifft ein Reifendruckregelsystem insbesondere für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen, welches mindestens einen Reifendrucksensor und ein Reifenventil, einen Druckverteiler mit Schaltventilen und ein Steuer- und Regelgerät sowie einen Hochdruckkompressor, der mit einer ihm zugeordneten elektrische Betätigungseinrichtung eine dezentrale, einem Rad des Kraftfahrzeuges zugeordnete Einheit bildet, aufweist. Der Kompressor kann je nach Anwendungsfall beliebig ausgeführt sein, beispielsweise als Membranpumpe, als Kolbenkompressor oder als rotatorischer Kompressor. Der Kompressor kann zusammen mit der als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Betätigungseinrichtung als kompakte Baueinheit auf einem bei Bewegung des Fahrzeuges rotierenden Bauteil angeordnet sein, wobei der Kompressor und der Elektromotor jeweils separate Gehäuse aufweisen.
Die Druckschrift DE 10324720 A1 betrifft ein Reifendruckregelsystem insbesondere für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen, welches mindestens einen Reifendrucksensor und ein Reifenventil, einen Druckverteiler mit Schaltventilen und ein Steuer- und Regelgerät sowie einen Hochdruckkompressor mit einem elektrischen Antrieb aufweist. Der elektrische Antrieb weist einen Elektromotor auf.
Die Druckschrift EP 1362716 A2 betrifft eine Einrichtung für die automatische Betätigung einer Reifenfüllanlage eines Kraftfahrzeuges, welche eine Steuerelektronik, die über Sensoren den Fahrzustand und den Reifendruck aller Reifen ermittelt und pneumatische Ventile sowie einen Kompressor ansteuert, aufweist, um den Reifendruck an die jeweiligen Gegebenheiten, wie Fahrgeschwindigkeit, Beladung, Fahrbahnzustand, Gelände, usw. anzupassen. Dabei ist der eine Kompressor in einem normalen Betriebszustand gegenüber der Atmosphäre geschlossenem System zwischen den Reifen und einem Druckreservoir angeordnet.
Die Druckschrift WO 01/72537 A1 betrifft ein Reifendruckregelsystem insbesondere für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen. Das Reifendruckregelsystem weist dabei zumindest einen Reifendrucksensor und zumindest ein Reifenventil auf. Weiter wirkt ein erster Druckverteiler mit Schaltventilen mit einem Steuer- und Regelgerät zusammen. Über eine Druckkupplung ist das Reifendruckregelsystem ferner mit einer Druckleitung des Fahrzeuges verbunden. Zudem ist ein Kompressor mit elektrischem Antrieb zur Drucknachverstärkung vorgesehen. Auch weist das Reifendruckregelsystem zumindest ein Reifendrucksteuerventil auf.
Die Druckschrift DE 10214047 A1 betrifft einen Kompressor für eine Fahrzeugklimaanlage, der ein Kompressorgehäuse, wenigstens einen in diesem ausgebildeten Kompressionsraum und einen in diesem hin und her bewegbaren Hubkolben aufweist. Weiter weist der Kompressor als Antrieb einen Hin- und Herbewegungen ausführenden Linearmotor auf.
Die Druckschrift WO 00/63556 A1 betrifft einen Schwingkolbenantrieb, insbesondere für eine Schwingkolbenvakuumpumpe, die ein Gehäuse mit einem im Gehäuse ausgebildeten Zylinder, einem im Zylinder hin und her bewegbaren Kolben, sowie einen elektromagnetischen Antrieb für den Kolben, welcher statorseitig einen Elektromagneten und kolbenseitig mindestens einen Permanentmagneten umfasst, aufweist.
Die Druckschrift DE 102007001056 A1 betrifft eine Drucksteuervorrichtung für ein Fahrzeug, welche eine Ventileinrichtung aufweist die derart ausgelegt ist, dass die Ventileinrichtung bei Druckbeaufschlagung schließt, wenn ein druckspeicherseitiger Druck größer ist als ein drucksteuerseitiger Druck, und bei Vorliegen eines drucksteuerseitigen Drucks, der größer als der druckspeicherseitige Druck ist, geöffnet wird.
Die Druckschrift DE 19846711 A1 betrifft eine Hochdruckpumpe mit Linearantrieb als Kolbenverdrängerpumpe mit zwei Druckkolben-Druckzylinder-Einheiten und einem Solenoid-Linearmotor. Ein Spulenkörper des Solenoid-Linearmotors ist auf einer einen Innenraum dichtend umschließenden, hochdruckfesten, antimagnetischen Hülse, die zwischen zwei Gehäuseflanschen fest eingespannt, angeordnet.
Die Druckschrift DE 922213 B betrifft eine elektrische Reifenluftpumpe, insbesondere eine Handreifenpumpe, welche durch einen Solenoid angetrieben wird, wobei der Solenoid zwischen zwei einfach oder doppelt wirkenden Pumpenzylindern angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reifendruckregelsystem zu schaffen, mit dem es möglich ist, auch während der Fahrt den Reifendruck des Fahrzeugs an den befahrbaren Untergrund, die Temperaturbedingungen von Reifen und Umgebung sowie an die Belastung des Fahrzeugs anzupassen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Reifendruckregelsystem für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen und ein Reifendruckregelverfahren geschaffen. Dazu weist das Reifendruckregelsystem zumindest einen Reifendrucksensor und ein Reifenventil auf. Zumindest ein Druckverteiler mit Schaltventilen wirkt mit einem Steuer- und Regelgerät zusammen, wobei das Reifendruckregelsystem zumindest ein Reifendrucksteuerventil und der Hochdruckkompressor einen elektrischen Antrieb mit einem Solenoid aufweist.
Dieses Reifendruckregelsystem hat den Vorteil gegenüber Reifendruckregelsystemen, bei denen lediglich eine Nachverstärkungsdruckpumpe wie ein Booster vorgesehen ist, dass mit dem Solenoid betriebenen Hochdruckkompressorsystem sowohl Zugfahrzeuge als auch Anhänger ausgerüstet werden können und somit völlig unabhängig voneinander den Reifendruck optimal den äußeren Bedingungen des Fahrbetriebs anpassen können. Ein weiterer Vorteil ist darüber hinaus, dass der mit einem Solenoid betriebene Kompressor erzeugte Druck im Vergleich zu einem pneumatischen Booster mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet.
Der höhere Wirkungsgrad ergibt sich aus der Tatsache, dass ein Kompressor mit Solenoid-Antrieb kein Pressluftvolumen verbraucht, wie ein pneumatisch betriebener Booster herkömmlicher Bauart. Während Booster für eine Versorgung von Hochdruckreifen, wie sie aus der Druckschrift US 6,269,691 B1 bekannt sind, maximal unter Verlust von Pressluftvolumen einen Systemdruck, wie er beispielsweise für den Bremsvorgang des Fahrzeugs oder den Lenkvorgang des Fahrzeugs zur Verfügung steht, verdoppeln können, ist der erzeugte Hochdruck eines Solenoid betriebenen Kompressors gemäß der Erfindung nicht derart begrenzt.
Ferner ist der erfindungsgemäße Solenoid betriebene Kompressor nicht von einem mittleren Systemdruck abhängig wie der pneumatisch betriebene Booster, sondern kann sogar ausgehend vom Umgebungsdruck sowohl einen mittleren Systemdruck als auch einen Hochdruck, der für Hochdruckreifen erforderlich ist, bereitstellen. Damit ist es ferner in vorteilhafter Weise möglich, die Reifendruckkontrolle und die Reifendruckregelung komplett von dem Systemdruck eines Fahrzeugs abzukoppeln, indem der Hochdruck für Hochdruckreifen ausschließlich von einem Normaldruck der Umgebung ausgehend erzeugt wird.
Darüber hinaus hat diese Lösung den Vorteil, dass unabhängig von einem Systemdruck jederzeit durch eine intelligente Steuerung der Druck in einem entsprechenden Hochdruckbehälter kontrolliert und zu einem geeigneten Zeitpunkt auf den erforderlichen Hochdruck erhöht werden kann. Somit ist das erfindungsgemäße Reifendruckregelsystem mit einem Solenoid betriebenen Hochdruckkompressor die geeignete Lösung für einen Kraftfahrzeuganhänger, da diesem völlig autark und unabhängig von einem Zugfahrzeug eine Reifendruckanpassung während der Fahrt ermöglicht wird.
Vorzugsweise weist der Hochdruckkompressor eine Tandemkolbenverdichterstruktur auf, wobei der Tandemkolben die Kompression ermöglicht und wobei das Solenoid zwischen den beiden Einzelkolben des Tandemkolbens angeordnet ist und den elektrischen Antrieb bildet.
Dabei sind der Kompressor und der Tandemkolben sowie der Solenoid erfindungsgemäß in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse angeordnet. Das hat den Vorteil, dass die Tandemkolbenverdichterstruktur mitsamt dem Solenoidantrieb radialsymmetrisch aufgebaut sein kann und somit in Hohlachsen oder auch in Naben von Fahrzeugen einsetzbar ist. Das zylindrische Gehäuse weist dabei mindestens einen Niederdruckeingang und einen Hochdruckausgang auf.
Erfindungsgemäß ist das Gehäuse dreiteilig mit einem ersten Kompressionsraum eines ersten Einzelkolbens, mit einem zweiten Kompressionsraum eines zweiten Kolbens und einem dazwischen angeordneten Antriebsbereich mit einer Verbindungsstange, welche die beiden Einzelkolben der Kompressionsräume verbindet. Diese Verbindungsstange ist erfindungsgemäß von einem zylindrischen Dauermagneten umgeben, der seinerseits in dem am Gehäuse befestigten Solenoid gleitend angeordnet ist. Somit kann der Tandemkolben mit verbindender gradliniger Verbindungsstange und aufgebrachtem zylindrischen Dauermagneten hin- und herbewegt werden, wobei lediglich die Stromrichtung in der Spule des Solenoids bei Erreichen eines Anschlags umzupolen ist.
Die beiden Kompressionskammem des Tandemkolbens weisen jeweils ein Einlass- und ein Auslassventil auf, wobei das Einlassventil mit Umgebungsluft über ein Luftfiltersystem zur Umgebungsluft verbunden sein kann, 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 von gereinigter Umgebungsluft schließen die Auslassventile und die Einlassventile öffnen.
Das Wechseln zwischen Offenstellung und Schließstellung von Einlassventil bzw. Auslassventil erfolgt automatisch, ohne eine externe Steuerung. Gesteuert wird lediglich die Stromrichtung durch das Solenoid, wozu in dem Antriebsbereich eine Umschaltelektronik angeordnet ist, die bei Erreichen eines Anschlags für den Tandemkolben den Stromfluss in dem Solenoid umkehrt. Die Umschaltelektronik ist dazu mit einem Lagesensor verbunden, der bei Erreichen des Anschlags ein Schaltsignal an die Umschaltelektronik übermittelt. Ein derartiger Lagesensor kann ein elektromechanischer Schalter sein. Andererseits ist es in vorteilhafter Weise auch möglich, einen rein elektronischen 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 oder einem kapazitiven Geber den Vorteil, dass sie berührungsfrei arbeiten und damit auch nicht verschleißen.
Die Umschaltelektronik kann durch eine Logikschaltung mit einem integrierten Schaltkreis in Zusammenwirken mit Leistungstransistoren realisiert werden, wobei die Leistungstransistoren für den hohen Strombedarf des Solenoides vorgesehen sind. Technisch wäre es auch möglich, für die Umschaltelektronik sowohl für den Logikbereich als auch für den Stromversorgungsbereich eine Relaisschaltung vorzusehen.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann der Hochdruckkompressor auf seiner Niederdruckseite mit einer Mitteldruckzuleitung verbunden sein, um einen vorgegebenen Systemdruck des Fahrzeugs_ zu verwenden und auf diesen aufbauend, mit hohem Wirkungsgrad ein Hochdruckvolumen beispielsweise für einen Hochdruckbehälter zu erzeugen. Dieses Reifendruckregelsystem, das mit einer Mitteldruckzuleitung zusammenwirkt, hat den Vorteil, dass die Luft an der Niederdruckseite des Hochdruckkompressors bereits gereinigt und getrocknet ist.
Um sicherzustellen, dass der Hochdruckbehälter auch bei Abschalten des Hochdruckkompressors den Hochdruck beibehält ist zwischen Hochdruckkompressor 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 der Hochdruckkompressor über ein zentrales Reifendrucksteuerventil mit den Reifen direkt verbunden ist und der Hochdruckbehälter durch die pneumatischen Reifen gebildet ist.
Der Solenoid-Antrieb kann mit einem Steuer- und Regelgerät elektrisch in Verbindung stehen, wobei das Steuer- und Regelgerät ein integraler Bestandteil eines Bremssteuergerätes des Fahrzeugs wie ein ABS (Antiblockiersystem) oder ein EPS (elektronic safety programm) sein kann.
Außerdem ist es für einen autarken Betrieb eines Reifendruckregelsystems von Vorteil, wenn der Hochdruckkompressor mit Umgebungsluft arbeitet, die jedoch vorher ein Luftfiltersystem aus Filtersätzen zum Ausfiltern von Partikeln durchlaufen hat. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Fahrzeug mehrere Hochdruckkompressoren auf, die mit ihren Hochdruckseiten mit Gruppen von Hochdruckreifen in Wirkverbindung stehen. Dabei kann es von Vorteil sein, dass achsweise der Reifendruck überwacht und geregelt wird.
Ein Verfahren zur Reifendruckregelung weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird die Luft mit Hilfe eines Solenoid angetriebenen Kompressors komprimiert. Die komprimierte Luft wird anschließend in einem Hochdruckbehälter gespeichert. Parallel wird der Reifendruck bei fahrendem Fahrzeug erfasst und ein Vergleich durchgeführt, indem der Reifendruck gemessen wird und mit einer Tabelle verglichen wird, die den optimalen Reifendruck in Abhängigkeit von der Straßenbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Außentemperatur, der Fahrzeugbeladung und der extrapolierten Reifen- und Fahrbahntemperatur vorgibt. Je nach der Differenz zwischen dem Reifendruck und dem optimalen Reifendruck wird anschließend der Reifendruck erhöht oder vermindert bis eine Übereinstimmung zwischen Ist- und Sollreifendruck erreicht ist.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine optimale Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahngrund gewährleistet wird. Dabei können die Tabellen auf empirisch ermittelten Werten beruhen. Diese Tabellen können darüber hinaus in einer zentralen Recheneinheit eines Steuer- und Regelgerätes gespeichert sein. Diese zentrale Recheneinheit kann zu einem ABS-System, einem ESP-System oder einem anderen Fahrzeugführungssystem integriert werden.
In einer weiteren Durchführungsform der Erfindung werden mit der durch den von einem Solenoid angetriebenen Hochdruckkompressor komprimierten Druckluft die übrigen druckluftabhängigen Systeme eines Fahrzeugs betrieben. Vorzugsweise sind die Bremsbetätigung und/oder die Bremsverstärkung davon betroffen. Auch für die Lenkverstärkung kann diese Druckluft eingesetzt werden.
Zur Erfassung des Reifendrucks kann ein zentraler stationärer Reifendrucksensor in dem zentralen Druckverteiler für alle Fahrzeugreifen oder für eine Fahrzeugreifengruppe den Reifendruck erfassen. Dieses hat den Vorteil, dass der Reifendrucksensor stationär angeordnet sein kann. Andererseits ist es auch möglich, einen mitrotierenden Reifendrucksensor in jedem der Reifen zu installieren. Das hat den Vorteil, dass der Reifendruck unverfälscht dem Steuer- und Regelgerät und damit einer zentralen Recheneinheit zugeführt werden kann, welche die Messwerte auswertet und entsprechend die Schaltventile des Druckverteilers zum Erhöhen oder zum Vermindern des Reifendrucks während der Fahrt kontrolliert. Bei einer dezentralen Erfassung des Reifendrucks durch Reifendrucksensoren, die direkt in den Reifen angeordnet sind, kann eine Übertragung der Werte drahtlos erfolgen, indem entsprechende Sende-/Empfangseinheit mit den Drucksensoren in den Reifen kommunizieren.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines dreiachsigen Fahrzeuganhängers mit einem Reifendruckregelsystem einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines drei-achsigen Fahrzeuganhängers mit einem Reifendruckregelsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt eine schematische Darstellung eines drei-achsigen Fahrzeuganhängers mit einem Reifendruckregelsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Solenoid betriebenen stationären Hochdruckkompressor mit Tandemkolbenverdichterstruktur für ein Reifendruckregelsystem;
5 zeigt eine Prinzipskizze einer elektromechanischen Umschaltelektronik;
6 zeigt eine schematische Darstellung im Detail zur Reifendruckregelung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt ein schematisches Diagramm unterschiedlicher Betriebsphasen des Reifendruckregelsystems gemäß 1;
8A bis 8C zeigen schematische Querschnitte durch Reifendrucksteuerventile;
8A zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Reifendrucksteuerventil, das über Druckflanken gesteuert werden kann und dazu eine bistabile Tellerfeder aufweist;
8B zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Reifendrucksteuerventil, bei dem die Bistabilität des Ventilkolbens durch einen Permanentmagneten erreicht wird;
8C zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Reifendrucksteuerventil, bei dem die Bistabilität des Ventilkolbens durch zwei unterschiedliche Schraubenfedern erreicht wird.

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 Anhängerdruckluftkupplung 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.
Für die an den drei Achsen 31 angeordneten Hochdruckreifen 4 reicht der Systemdruck der Zugmaschine, der über die Druckluftkupplung 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 Druckluftkupplung 30 aufgrund von Sicherheitsstandards nicht an einen Anhänger transferiert werden darf, im Bereich des Anhängers 19 zu erzeugen, weist diese erste Ausführungsform der Erfindung einen Hochdruckkompressor 13 auf, der ein Solenoid für einen elektrischen Antrieb 14 aufweist.
Während somit über eine Mittel- oder Systemdruckleitung 11 die Niederdruckseite 15 des Hochdruckkompressors 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 Luftdrucksensor 20 aufweist, welcher den Hochdruck in den Hochdruckzuleitungen 44 zu den Reifen 4 überwacht und bei Bedarf über die Steuerleitung 9 das Steuer- und Regelgerät 10 aktiviert, das mit einem zentralen Reifendrucksteuerventil 21 in dem Druckverteiler 5 zusammenwirkt.
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 45 in 1 angedeutet wird.
Ein derartiges Reifendruckregelsystem für einen Anhänger 19 hat den Vorteil, dass es für die Reifendruckregelung einen Solenoid betriebenen Kompressor aufweist, der einen deutlich höheren Wirkungsgrad hat als ein pneumatisch betriebener Booster bzw. eine Drucknachverstärkungspumpe, bei der für den Antrieb Druckluft aus dem Systemdruck bzw. der mittleren Druckversorgung verbraucht wird. Des weiteren hat dieses System den Vorteil, dass das Steuer- und Regelgerät 10 beispielsweise in einer Antiblockiersteuerung oder in einem ESP (electronic safety programm) des Fahrzeugs 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 Anhängers 19 auf einen angepassten optimalen Luftdruck zu regeln.
Dieser optimale Luftdruck kann in einer Sollwerttabelle innerhalb des Steuer- und Regelgeräts 10 abgelegt sein, wobei dieser Sollreifendruck 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 Sensors 20 herangezogen werden.
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 der Solenoid betriebene Hochdruckkompressor 13 mit dem Druckverteiler 5 eine Einheit bildet und beide in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dabei ist der Hochdruckkompressor 13 wiederum mit einem Solenoid für den Antrieb 14 ausgestattet. Über eine Steuer- und Stromzuführung 8 wird der Solenoid-Antrieb für den Kompressor 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.
Dazu ist es erforderlich, dass wiederum ein zentraler Sensor 20 in dem Druckverteiler 5 angeordnet ist und ein zentrales Reifendrucksteuerventil 21 ebenfalls dort positioniert ist. Alternativ können bei der Ausführungsform gemäß 2 auch die Hohlrohre der Achsen 31 als Hochdruckspeicher dienen und jeder der Reifen 4 mit einem mitrotierenden Reifendrucksteuerventil ausgestattet sein. Während auch in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung der Solenoid betriebene Hochdruckkompressor mit einem Systemdruck eines Zugfahrzeugs über eine Mitteldruckleitung versorgt wird, ist es auch möglich, einen Solenoid angetriebenen Kompressor für ein autarkes Luftdruckversorgungssystem eines Fahrzeughängers 19, wie es die nachfolgende 3 zeigt, einzusetzen.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines drei-achsigen Fahrzeuganhängers 19 mit einem Reifendruckregelsystem 3 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Niederdruckseite 15 des Solenoid angetriebenen Hochdruckkompressors 13 mit der Umgebungsluft 18 verbunden, die auf normalem Luftdruck liegen kann, wobei durch den elektrischen Antrieb 14 der Hochdruckkompressor 13 über ein Luftaufbereitungssystem 6 und ein Rückschlagventil 17 einen Hochdruckbehälter 12 auf gleich bleibend hohem Druck hält.
Wie in 1 versorgt der in 3 gezeigte Hochdruckbehälter 12 einen Druckverteiler 5. Jedoch ist die Druckluft mit Hilfe eines Luftaufbereitungssystem 6 von Aerosolpartikeln gereinigt und von Feuchtigkeit befreit, bevor sie in dem Hochdruckbehälter 12 gespeichert wird. Schaltventile des Druckverteilers 5 stehen über die Steuerleitung 9 mit dem Steuer- und Regelgerät 10 in Wirkverbindung und erzeugen Druckimpulse bzw. Druckimpulssteuerflanken, mit denen zumindest ein Reifendrucksteuerventil geschaltet wird.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Solenoid betriebenen stationären Hochdruckkompressor 13 mit Tandemkolbenverdichterstruktur 22 für ein Reifendruckregelsystem. Der Hochdruckkompressor 13 ist in einem dreiteiligen zylindrischen Gehäuse 27 untergebracht, das im linken Bereich einen ersten Kompressionsraum 32 eines ersten Einzelkolbens 25 aufweist. An dem rechten Ende des zylindrischen Gehäuses 27 ist ein zweiter Kompressionsraum 33 mit einem zweiten Einzelkolben 26 angeordnet. Die beiden Einzelkolben 25 und 26 bilden zusammen einen Tandemkolben 24, indem sie über eine Verbindungsstange 35 miteinander fixiert sind. Diese Verbindungsstange 35 weist einen sie umgebenden Permanentmagneten oder Dauermagneten 36 auf, der mit einem zwischen den Kompressionskammem 32 und 33 angeordneten Solenoid 23 zusammenwirkt.
Wird das Solenoid 23 von einem Strom durchflossen, so wird der Dauermagnet 36 in den Bereich der Spule des Solenoids 23 eingezogen und gleichzeitig der Einzelkolben 26 von der Verbindungsstange 35 in Pfeilrichtung B bewegt, wodurch die Luft in dem Kompressionsraum 33 komprimiert wird und bei Überschreiten eines bereits vorhandenen Druckes in einem Hochdruckbehälter 12 über die Auslassventile 38 dem Hochdruckbehälter 12 zugeführt wird. Gleichzeitig wird mit der Bewegung in Richtung B des Tandemkolbens 24 der Kompressionsraum 32 vergrößert und Umgebungsluft 18 über ein Luftfiltersystem 90 und eines der Einlassventile 37 in die erste Kompressionskammer 32 eingelassen.
In der hier dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird lediglich prinzipiell die Wirkungsweise einer Umschaltelektronik 42 mit Hilfe von Relaisschaltungen dargestellt. Dazu ragt in den Raum zwischen dem Antriebsbereich 34 und dem zweiten Kompressionsraum 33 ein Lagesensor 40 hinein, der in dieser Ausführungsform der Erfindung elektromechanisch arbeitet, jedoch auch durch elektronische Lagesensoren wie Hallgeneratoren oder induktive oder kapazitive Geber ersetzt werden kann. Falls ein auf der Verbindungsstange 35 angeordnetes Schaltelement 47 bei der Bewegung des Tandemkolbens 24 in Richtung B den Anschlag 30 erreicht, wird der elektromechanische Geber 41 in eine zweite Schaltposition umgelegt.
Damit wird der Stromdurchfluss durch das Solenoid 23 umgepolt und der Dauermagnet 36 aus dem Spulenkern des Solenoids 23 in eine entgegen gesetzte Richtung A beschleunigt, sodass nun die Luft in dem Kompressionsraum 32 kombiniert wird. Wenn das auf der Verbindungsstange 35 angeordnete Schaltelement 48 des zweiten Einzelkolbens 26 nun den elektromechanischen Geber 41 erneut umlegt und damit eine Stromumkehr in dem Solenoid 23 bewirkt, erfolgt der Kompressionsreyklus erneut. Dieser Kompressor 13 kann auch von einem Systemdruck eines Fahrzeugs ausgehend betrieben werden, indem über eine Mitteldruckzuleitung 11 die Einlassventile 37 und damit die Kompressionskammem 32 und 33 wechselseitig mit gereinigter und vorkomprimierter Druckluft versorgt werden.
5 zeigt eine Prinzipskizze einer elektromechanischen Umschaltelektronik. Eine derartige Umschaltelektronik 42 kann in gleicher Funktionsweise auch mit einem Logikbaustein einer integrierten Schaltung und entsprechend dimensionierten Leistungstransistoren zur Stromführung durch die Spule realisiert werden. Anstelle des elektromechanischen Gebers 41 können auch Lagesensoren 40 eingesetzt werden, die berührungsfrei arbeiten. Die Funktion der Umschaltung 42 ist jedoch mit dieser hier gezeigten Relaisversion in einfacher Folge darstellbar. Für die in 5 dargestellte Version ist zunächst ein stromloser neutraler Zustand gezeigt, der jedoch hier nicht gegeben ist, da der elektromechanische Geber 41 bistabil ist und entweder in einer ersten Schaltposition 61 oder in einer zweiten Schaltposition 62 verharrt, bis er durch die Bewegung des Tandemkolbens umgeschaltet wird.
Wenn der Hauptschalter 59 durch das Steuer- und Regelgerät betätigt wird, weil der Hochdruck in einem Hochdruckbehälter aufzufrischen ist, und der elektromechanische Geber 41 die erste Schaltposition 61 eingenommen hat, schiebt die stromdurchflossene Relaisspule 57 die Schaltkontakte 63 und 64 in eine Schließposition, so dass das Solenoid 23 in einer ersten Stromrichtung durchflossen wird, bis eines der in 4 gezeigten Schaltelemente, nämlich das Schaltelement 47, den elektromechanischen Geber 41 umlegt, so dass dieser in einer zweiten Schaltposition 62 die Relaisspule 57 stromlos setzt und die Relaisspule 55 mit den Batteriepolen der Batterie 28 verbindet und die Schaltkontakte 65 und 66 in ihre Schließposition verbringt, womit ein Umschalten der Stromrichtung in dem Solenoid 23 verbunden ist. Durch die Wechselwirkung zwischen Tandemkolben mit den Schaltelementen 47 und 48, die in 4 gezeigt werden, und dem Schaltpositionswechsel des elektromechanischen Gebers 41 wird somit der Tandemkolben in dem zylindrischen Gehäuse 27, das in 4 gezeigt wird, hin- und herbewegt und damit Luft in den in 4 gezeigten Kompressionsräumen 32 und 33 verdichtet.
6 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 jeweils von einem mitrotierenden Reifendrucksteuerventil 21 versorgt wird. Dabei ist es sinnvoll, den Reifendruck auch individuell mittels mitrotierenden Drucksensoren 20 zu überwachen und zu prüfen.
In dieser Ausführungsform der Erfindung gemäß 6 ist für die Übertragung der Sensormesswerte der mitrotierenden Reifendrucksensoren 20 eine drahtlose Verbindung zwischen einer nabenseitigen Sende- und Empfangseinheit 49 und einer Sende- und Empfangseinheit 50 in dem Steuer- und Regelgerät vorgesehen. Dieses Steuer- und Regelgerät 10 steuert über Steuerleitungen 9 einzelne Schaltventile 51 bis 54, beispielsweise den Druckluftbedarf für vier Achsen oder vier Reifen, wobei die Schaltventile 51 bis 54 lediglich schematisch für eine Anordnung mehrerer Schaltventile eines Druckverteilers 5 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 bei Erreichen eines Sollreifendruckes abzusperren.
Dieser Reifendruck für die Hochdruckreifen 4 wird von einem Hochdruckkompressor 13 zur Verfügung gestellt, dessen Solenoid-Antrieb über die Steuer- und Stromzufuhrleitung 8 versorgt wird. Dabei kann der Hochdruckkompressor 13 bei dieser Ausführung gemäß 6 entweder an eine Mitteldruckzuleitung 11, die ihn mit gereinigter und getrockneter Luft versorgt, angeschlossen sein oder über ein Luftreinigungssystem 6 mit der Umgebungsluft 18 in Wirkverbindung stehen. Alternativ kann das Achsrohr 29 auch als Hochdruckbehälter eingesetzt werden, jedoch ist dann der Druckverteiler 5 vorzugsweise an der Radnabe 43 des Rades 56 mitrotierend angeordnet und über eine mitrotierende Hochdruckleitung 46 mit dem Reifendrucksteuerventil 21 pneumatisch verbunden.
7 zeigt ein schematisches Diagramm unterschiedlicher Betriebsphasen des Reifendruckregelsystems gemäß den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen. 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 R_D das Niveau des Reifendruckes des auf der rechten Seite des Diagramms schematisch dargestellten Reifens 4 darstellt.
Mit H_D wird der Bereich des Hochdrucks gekennzeichnet, wie er in dem auf der rechten Seite des Bildes schematisch gezeichneten Hochdruckbehälter 12 in den unterschiedlichen Phasen vorhanden ist. Unterhalb des Reifendruckes R_D ist ein mittlerer Druck M_D 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 M_D , der Reifendruckbereich R_D und der Hochdruckbereich H_D , einen oberen Wert und einen unteren Wert auf. Die Abszisse des Diagramms liegt auf einem Normaldruck N_D , der in der Umgebung des Fahrzeugs herrscht.
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 R_DS aufweist. Auch der Mitteldruck M_D , der hier mit einer gestrichelten Linie markiert ist, zeigt ein mittleres Niveau. Dabei soll dieses Diagramm sowohl für den Fall, dass der Hochdruckkompressor mit dem Normaldruck N_D auf der Niederdruckseite versorgt wird, was in diesem Diagramm in den Phasen I und II mit einer durchgezogenen Kurve a gekennzeichnet ist, als auch für den Fall, dass der Kompressor mit Solenoid-Antrieb mit einem Mitteldruck M_D auf seiner Niederdruckseite versorgt wird, welches durch die Kurve b mit gestrichelten Linien in den Phasen I und II markiert ist, gelten.
In der Phase II zwischen t₁ und t₂ wird der Hochdruckkompressor durch Einschalten des Solenoid-Antriebs in Betrieb genommen. Dabei steigt in Phase II der Druck gemäß Kurve a vom Normaldruck N_D auf den maximalen Druck H_DO in dem Druckbehälter 12 an und wird von dem Drucksensor 58 im Hochdruckbehälter 12 überwacht. Wird der Solenoid angetriebene Hochdruckkompressor niederdruckseitig an den Mitteldruck M_D eines Mitteldruckbehälters 7 oder einer Mitteldruckzuleitung angeschlossen, so steigt in der Betriebsphase II beim Einsetzen des Hochdruckkompressors dieser Druck auf der Hochdruckseite des Kompressors auf den maximalen oberen Hochdruck H_DO gemäß der gestichelten Kurve b. Dabei wird jedoch Luftdruck aus dem Mitteldruckbehälter 7 verbraucht, so dass der Druck hier entsprechend der Kurve c leicht absinkt.
Wird darüber hinaus angenommen, dass in dieser Phase II auch der Reifendruck gemäß der Kurve d auf einen Minimalwert von R_DU abnimmt, indem beispielsweise ein Fahrbahnwechsel, ein Geschwindigkeitswechsel, ein Temperaturwechsel oder ein Belastungswechsel in der Betriebsphase II auftritt, so kann der Reifendruck R_DU gemäß Kurve d seinen tiefsten Punkt erreichen, wenn noch kein neuer Sollwert festgelegt ist.
In der Phase III zwischen t₂ und t₃ wird der Reifendruck R_D auf einen neuen Sollwert R_DS mit Hilfe der Hochdruckluft aus dem Hochdruckbehälter 12 aufgepumpt, so dass dieser beispielsweise auf seinen minimalen Wert H_DU absinkt. Da in dieser Phase III der Mitteldruckbehälter 13 nicht belastet wird, bleibt dort der Mitteldruck M_D konstant, wie es die Kurve c zeigt. In der Phase IV zwischen t₃ und t₄ wird nun angenommen, dass der Reifendruck R_D auf seinem Sollwert liegt und beibehalten werden kann, während durch die Wirkungsweise des Solenoid betriebenen Hochdruckkompressors der Hochdruckbehälter 12 erneut auf den höchsten Druck H_DO aufgeladen wird und dabei der Druck im Mitteldruckbehälter 7 sich weiter durch den Luftdruckverbrauch vermindert. Dieser Luftdruckverbrauch passiert jedoch nicht wie bei pneumatischen Antrieben aufgrund einer pneumatischen Antriebskinematik, sondern lediglich aufgrund der Versorgung der Komprimierungsräume des Luftdruckkompressors mit Tandemverdichterstrucktur.
Da der Hochdruckbehälter 12 in der Phase IV wieder sein volles Druckvolumen aufweist, kann in der Phase V nun Druckluft in den Mitteldruckbehälter 7 abgegeben werden, bis auch dieser wieder seinen Sollwert erreicht hat. Falls es die äußeren Randbedingungen erfordern, kann der Reifendruck R_D auch genauso gut erneut erhöht werden. In der letzten Phase VI 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.
8A bis 8C zeigen schematische Querschnitte durch Reifendrucksteuerventile 60, 70 und 80. Dazu zeigt 8A ein Reifendrucksteuerventil 80, das über Druckflanken gesteuert werden kann und dazu eine bistabile Tellerfeder 87 aufweist, die Bypassöffnungen 86 besitzt, wobei ein Ventilkolben 84 durch eine Schließfeder 85 und die Tellerfeder 87 auf einen Ventilsitz 83 gepresst wird. Damit wird die Einlassöffnung 81 des Reifendrucksteuerventils 80 durch die Federkräfte von Tellerfeder 87 und Schließfeder 85 in einer Schließposition gehalten. Die Auslassöffnung 82, die zum Reifen hin gerichtet ist, wird somit ebenfalls verschlossen gehalten. Da die Tellerfeder 87 ein bistabiles Bauelement ist, das zwei stabile Positionen aufweist, wird bei einer entsprechenden Druckflanke oder einem Druckimpuls an der Einlassöffnung 81 die Tellerfeder 87 in ihre zweite stabile Position verbracht und das Ventil gegen die Kraft von der Schließfeder 85 und der Tellerfeder 87 geöffnet.
Dabei wird die Schließfeder 85 zusammengepresst und die Tellerfeder 87 in ihre zweite stabile Position gepresst. Über die Bypassöffnungen 86 in der Tellerfeder 87 kann nun Druckluft über die Auslassöffnung 82 in den Reifen gepumpt werden, wobei in dieser zweiten stabilen Position der Tellerfeder 87 auch Überdruck aus dem Reifen über die Auslassöffnung 82 und den Bypass 86 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 steht, fällt die Tellerfeder 87 in ihre erste stabile Position zurück und das Reifendrucksteuerventil 80 schließt, indem der Ventilkolben 84 auf den Ventilsitz 83 gepresst wird, wie es in 8A gezeigt wird.
8B zeigt ein Reifendrucksteuerventil 60, wobei Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 8A mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden und nicht extra erörtert werden. Die bistabile Position für den Ventilkolben 84 wird diesmal nicht mit einer Tellerfeder erreicht, sondern mit einem Permanentmagneten 67, der nach Anlegen eines Druckimpulses an die Einlassöffnung 81 den Kolben 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 an das Energiemanagement des Fahrzeugs zurückgegeben werden.
8C zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Reifendrucksteuerventil 70, bei dem die Bistabilität des Ventilkolbens 84 durch zwei unterschiedliche Schraubenfedern erreicht wird, nämlich der Schließfeder 85, gegen die mit einer schwächeren Federkraft eine Haltefeder 77 drückt. Sobald ein Druckimpuls z.B. eine Druckanstiegsflanke an der Einlassöffnung 81 anliegt, wird der Ventilkolben 84 gegen einen Arretierungssitz 78 gepresst, so dass durch den Bypass 86 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 geschlossen ist.
Verbesserungen des Reifendrucksteuerventils können durch einen verbesserten Ventilsitz beispielsweise mittels gummielastischen Dichtelementen oder durch Verlegen des Bypasses aus dem Ventilkolben oder der Tellerfeder in den Bereich des Ventilgehäuses erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Reifendruckregelsystem
2: Reifendruckregelsystem
3: Reifendruckregelsystem
4: Reifen
5: Druckverteiler
6: Luftaufbereitungssystem
7: Mitteldruckbehälter
8: Steuer- und Stromzufuhr
9: Steuerleitung für 10
10: Steuer- und Regelgerät
11: Mitteldruckzuleitung
12: Hochdruckbehälter
13: Hochdruckkompressor
14: elektrischer Antrieb
15: Niederdruckseite von 13
16: Hochdruckseite von 13
17: Rückschlagventil
18: Umgebungsluft
19: Fahrzeuganhänger
20: Reifendrucksensor
21: Reifendrucksteuerventil
22: Tandemkolbenverdichterstruktur
23: Solenoid
24: Tandemkolben
25: erster Einzelkolben
26: zweiter Einzelkolben
27: zylindrisches Gehäuse
28: Batterie bzw. Gleichstromquelle
29: Achsrohr
30: Anschlag
31: Achse
32: erster Kompressionsraum
33: zweiter Kompressionsraum
34: Antriebsbereich
35: Verbindungsstange
36: Dauermagnet
37: Einlassventil
38: Auslassventil
39: Anschlag
40: Lagesensor
41: elektronischer Geber
42: Umschaltelektronik
43: Radnabe
44: Hochdruckleitung
45: gestrichelte Linie
46: mitrotierende Hochdruckleitung
47: Schaltelement
48: Schaltelement
49: Sender
50: Empfänger
51: Schaltventil
52: Schaltventil
53: Schaltventil
54: Schaltventil
55: Relaisspule
56: Fahrzeugrad
57: Relaisspule
58: Drucksensor
59: Hauptschalter
60: Reifendrucksteuerventil (Ausführungsform)
61: erste Schaltposition
62: zweite Schaltposition
63: Schaltkontakt
64: Schaltkontakt
65: Schaltkontakt
66: Schaltkontakt
67: Permanentmagnet
70: Reifendrucksteuerventil (Ausführungsform)
77: Haltefeder
78: Arretierungssitz
80: Reifendrucksteuerventil (Ausführungsform)
81: Einlassöffnung
82: Auslassöffnung
83: Ventilsitz
84: Ventilkolben
85: Schließfeder
86: Bypass
87: stabile Tellerfedersperre
90: Luftfiltersystem

Claims

Reifendruckregelsystem, insbesondere für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen (4) aufweisend: - zumindest einen Reifendrucksensor (20), - ein Reifenventil, - zumindest einen Druckverteiler (5) mit elektrisch steuerbaren pneumatischen Schaltventilen, - ein Steuer- und Regelgerät (10), - einen Hochdruckkompressor (13), wobei das Reifendruckregelsystem mindestens ein Reifendrucksteuerventil (21) und der Hochdruckkompressor (13) einen elektrischen Antrieb (14) mit einem Solenoid (23) in einem dreiteiligen Gehäuse (27) aufweist, wobei das Gehäuse (27) einen ersten Kompressionsraum (32) eines ersten Einzelkolbens (25) und einen zweiten Kompressionsraum (33) eines zweiten Kolbens (26) eines Tandemkolbens (24) und einem dazwischen angeordneten Antriebsbereich (34) mit einer Verbindungsstange (35) aufweist, wobei die Verbindungsstange (35) die beiden Einzelkolben (25, 26) der Kompressionsräume (32, 33) verbindet und in dem Antriebsbereich (34) von einem zylindrischen Dauermagneten (36) umgeben ist, der seinerseits in dem im Gehäuse (27) befestigten Solenoid (23) gleitend angeordnet ist, und wobei der Hochdruckkompressor (13) und der Solenoid (23) in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse angeordnet werden, das in eine Hohlachse des Fahrzeuges eingesetzt wird.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Kraftfahrzeuganhänger (19) ist.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (27) mindestens einen Niederdruckeingang (15) und einen Hochdruckausgang (16) aufweist.
Reifendruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsräume (32, 33) Einlass- (37) und Auslassventile (38) aufweisen.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionsräume (32, 33) bei einem Druckanstieg über einen bereits anstehenden Hochdruck auf der Hochdruckseite (16) hinaus öffnen und zum Einlassen von gereinigter Umgebungsluft (18) die Auslassventile (38) schließen und die Einlassventile (37) öffnen.
Reifendruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Antriebsbereich (34) eine Umschaltelektronik (42) angeordnet ist, die bei Erreichen eines Anschlags (30, 39) für den Tandemkolben (24) den Stromfluss in dem Solenoid (23) umkehrt.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltelektronik (42) mit einem Lagesensor (40) verbunden ist, der bei Erreichen des Anschlags (30, 39) eine Schaltsignal an die Umschaltelektronik (42) übermittelt.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesensor (40) einen Hallsensor aufweist.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesensor (40) einen induktiven Geber aufweist.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesensor (40) einen kapazitiven Geber aufweist.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesensor (40) einen elektromechanischen Geber (41) aufweist.
Reifendruckregelsystem nach Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltelektronik (42) eine Logikschaltung und Leistungstransistoren aufweist.
Reifendruckregelsystem nach Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltelektronik (42) eine Relaisschaltung aufweist.
Reifendruckregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkompressor (13) auf seiner Niederdruckseite (15) mit einer Mitteldruckzuleitung (11) verbunden ist.
Reifendruckregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkompressor (13) auf seiner Hochdruckseite (16) über ein Rückschlagventil (17) mit einem Hochdruckbehälter (12) verbunden ist.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckbehälter (12) eine Achsrohr (29) ist.
Reifendruckregelsystem nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkompressor (13) über ein zentrales Reifendrucksteuerventil (21) mit den Reifen (4) direkt verbunden ist und der Hochdruckbehälter (12) durch die pneumatischen Reifen (4) gebildet ist.
Reifendruckregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (14) mit dem Steuer- und Regelgerät (10) elektrisch in Verbindung steht, wobei das Steuer- und Regelgerät (10) ein Bestandteil eines Bremssteuergerätes des Fahrzeugs ist.
Reifendruckregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkompressor (13) auf seiner Niederdruckseite (15) bzw. seiner Ansaugseite über ein Luftfiltersystem (90) mit der Umgebungsluft (18) in Wirkverbindung steht.
Reifendruckregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckkompressor (13) hochdruckseitig ein Luftaufbereitungssystem (6) aufweist.
Reifendruckregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug mehrere Hochdruckkompressoren (13) aufweist die mit ihren Hochdruckseiten (16) mit Gruppen von Reifen (4) in Wirkverbindung stehen.
Verfahren zur Reifendruckregelung mit folgenden Verfahrensschritten: - Speichern von komprimierten Luft mit einem Hochdruckbehälter (12), - Erfassen eines Reifendrucks (R_DO, R_DU) bei fahrendem Fahrzeug, - Vergleichen des gemessenen Reifendrucks (R_DO, R_DU) mit einer Tabelle, die den optimalen Reifendruck (R_DS) in Abhängigkeit von dem Beladungszustand, der Straßenbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Außentemperatur und der extrapolierten Reifen- und Fahrbahntemperatur vorgibt, wobei je nach der Differenz zwischen Ist-Reifendruck (R_DO, R_DU) und dem optimalen Reifendruck (R_DS) der Reifendruck (R_D) anschließend erhöht oder vermindert wird bis eine Übereinstimmung zwischen Ist- und Sollreifendruck (R_DS) erreicht ist, dazu wird Luft mit Hilfe eines Solenoid (23) angetriebenen Kompressors (13) komprimieret, indem in einem dreiteiligen Gehäuse (27) ein erster Einzelkolben (25) eines Tandemkolbens (24) in einem ersten Kompressionsraum (32) und ein zweiter Einzelkolben (26) in einem zweiten Kompressionsraum (33) von einer Verbindungsstange (35) in einem dazwischen angeordneten Antriebsbereich (34) angetrieben werden, wobei in dem Antriebsbereich (34) die Verbindungsstange (35) von einem zylindrischen Dauermagneten (36) umgeben ist, der von dem im Antriebsbereich (34) des Gehäuses (27) befestigten Solenoid (23) angetrieben wird, und wobei der Hochdruckkompressor (13) und der Solenoid (23) in einem gemeinsamen zylindrischen Gehäuse angeordnet werden, das in eine Hohlachse des Fahrzeuges eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass mit der durch den von einem Solenoid (23) angetriebenen Hochdruckkompressor (13) komprimierten Druckluft (H_D0, H_DU) die übrigen druckluftabhängigen Systeme eines Fahrzeugs betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentraler stationärer Reifendrucksensor (20) in dem zentralen Druckverteiler (5) für die Fahrzeugreifen (4) oder eine Fahrzeugreifengruppe den Reifendruck (R_D) erfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Reifendrucks (R_D) dezentral in jedem Reifen (4) angeordnete mitrotierende Reifendrucksensoren (20) den Reifendruck (R_D) erfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Tabelle, die den optimalen Reifendruck (R_DS) in Abhängigkeit von der Beladung, der Straßenbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Außentemperatur und der extrapolierten Reifen- und Fahrbahntemperatur vorsieht, in einer zentralen Recheneinheit eines Steuer- und Regelgeräts (10) gespeichert wird.