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Die
Erfindung betrifft ein Reifendruckregelsystem und ein Reifendruckregelverfahren
insbesondere für Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen. Dazu
weist das Reifendruckregelsystem mindestens einen Reifendrucksensor
und mindestens ein Reifenventil auf. Ferner weist das Reifendruckregelsystem
einen Druckverteiler mit Schaltventilen auf. Darüber hinaus
steht ein Steuer- und Regelgerät mit einer Mitteldruckzuleitung
in Wirkverbindung.
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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 den 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 der bekannten Reifendruckregeleinrichtung besteht darin,
dass überschüssiger Reifendruck bei der Anpassung
des Reifendruckes an einen vorgege benen Drucksollwert nutzlos in
die Umgebung abgegeben wird. Die in dem Reifen gespeicherte Energie
geht somit bei dem bekannten Reifendruckregelsystem vollständig
verloren.
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Ein
weiterer Nachteil ist, dass das bekannte Reifendruckregelsystem
für Lastkraftwagen einen eigenen Kompressor zur Druckerzeugung
für die Reifendruckregelung vorsieht, obgleich Lastkraftwagen
für eine Mehrzahl von Steuerfunktionen wie Bremsbetätigung,
Bremsverstärker, Lenkverstärker, Stoßdämpfer
usw. bereits über Druckkompressoren zumindest im Mitteldruckbereich
und über entsprechende Mitteldruckzuleitungen verfügen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Reifendruckregelsystem und ein Reifendruckregelverfahren
zu schaffen, das überschüssigen Reifendruck für
das Energiemanagement des Fahrzeugs zurückgewinnt. Darüber
hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässiges
Reifendruckregelverfahren anzugeben, das die Rückgewinnung überschüssiger
Druckenergie aus dem Fahrzeugreifen sicherstellt. Außerdem
ist es Aufgabe der Erfindung, die Anzahl der Schaltventile auf ein
Minimum zu reduzieren, ohne die Sicherheit der Reifendruckregelung
zu beeinträchtigen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird
ein Reifendruckregelsystem und ein Reifendruckregelverfahren für
Fahrzeuge mit pneumatischen Reifen geschaffen. Dazu weist das Reifendruckregelsystem
einen Reifendrucksensor und ein Reifenventil auf. Ferner weist das
Reifendruckregelsystem einen Druckverteiler mit Schaltventilen auf.
Ein Steuer- und Regelgerät steht mit einer Mitteldruckzuleitung
in Wirkverbindung. Das Reifendruckregelsystem weist als Reifenventil
ein Reifendrucksteuerventil auf, und der Druckverteiler führt
in Zusammenwirken mit dem Reifendrucksteuerventil einen abzulassenden
Reifendruck dem Energiemanagement des Fahrzeugs zu.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Reifendruckregelsystems
gegenüber dem Stand der Technik ist es, dass dieses Reifendruckregelsystem
eine höhere Integrationsfähigkeit in bestehende
Druckmanagement- und Steuersysteme aufweist, indem eine Mitteldruckzuleitung,
die in dem Fahrzeug bereits vorhanden ist, ein erstes Druckniveau
liefert, von dem aus eine Drucknachverstärkungspumpe den
erforderlichen Hochdruck für die Reifen des Fahrzeugs liefert.
Dabei wird vorausgesetzt, dass das Mitteldruckniveau ausreicht,
um Bremsbetätigung, Bremsverstärkung, Lenkverstärkung
und Stoßdämpferversorgung eines Fahrzeugs sicherzustellen.
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Die
Druckluft in derartigen Mitteldruckzuleitungen ist nämlich
bereits aufbereitet, so dass für die Reifendruckversorgung
keine Luftaufbereitungsvorrichtung erforderlich ist, welche die
dem Druckversorgungssystem zugeführte Umgebungsluft filtert
und trocknet, bevor sie durch einen Kompressor verdichtet wird.
Auf eine derartige Luftaufbereitungsvorrichtung kann also bei dem
erfindungsgemäßen Druckregelungssystem verzichtet
werden, da dieses auf im Fahrzeug vorhandene Mitteldruckzuleitung
zurückgreift, was kostengünstiger ist, da lediglich
ein Nachrüstsatz für das erfindungsgemäße
Reifendruckregelsystem erforderlich wird.
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Ferner
hat das erfindungsgemäße Reifendruckregelsystem
den Vorteil, dass es die hochreine trockene und hochverdichtete
Luft der Reifen zurückgewinnt, indem bei überschüssigem
Reifendruck dieser der Mitteldruckzuleitung zugeführt wird
und damit dem Energiemanagement des Fahrzeugs nicht verloren geht.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Druckregelsystems
für ein Fahrzeug besteht darin, dass es nicht wie im Stand
der Technik für die Reifen einen Absperrhahn vorsieht,
sondern vielmehr 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 und den überschüssigen
Reifendruck beim Ablassen des Druckes der Mitteldruckzuleitung zuführt.
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Somit
weist die vorliegende Erfindung mit dem Drucksteuerventil ein Bauelement
auf, das in dieser Ausführungsform und Funktion nicht aus
dem oben zitierten Stand der Technik hervorgeht.
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Der
Vorteil dieses Reifendrucksteuerventils besteht darin, dass es nur
eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweist. Die Ausgangsseite
steht mit dem Reifen in Verbindung, während über
die Eingangsseite Steuerimpulse in Form von Druckflanken eine Offenposition,
eine Halteposition und eine Schließposition ermöglichen,
die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Absperrventilen
nicht vorhanden sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das
Reifendruckregelsystem anstelle eines aus dem Stand der Technik
bekannten Hochdruckkompressors lediglich eine Drucknachverstärkungspumpe auf,
die in vorteilhafter Weise den im Energiemanagementsystem eines
Fahrzeugs zur Verfügung stehenden Mitteldruck nutzt. Dieser
Mitteldruck, der maximal über Druckluftkupplungen zwischen
Fahrzeugen oder zwischen Zugmaschinen und Fahrzeuganhängern übertragen
werden darf, wird lediglich zu einem höheren Reifendruckniveau
transformiert.
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Um
den erzeugten Hochdruck zu speichern, kann das Reifendruckregelsystem
zusätzlich zu den in einem Fahrzeug bereits vorhandenen
Mitteldruckspeicherbehältern einen Hochdruckspeicherbehälter
aufweisen, aus dessen Druckvolumen ein Druckverteiler gespeist werden
kann, mit dem das Reifendrucksteuerventil mit Druckeinstiegsflanken
und Druckabstiegsflanken versorgt wird.
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Das
Reifendrucksteuerventil nimmt vorzugsweise eine Offenstellung ein,
wenn auf der Eingangsseite des Reifendrucksteuerventils eine Druckeinstiegsflanke
eines Hochdruckimpulses von dem Druckverteiler angeboten wird. Bei
einer gedrosselten Druckabstiegsflanke des Druckverteilers auf einen
Mitteldruck der Mitteldruckzuleitung behält das Reifendrucksteuerventil
die Offenstellung bei, so dass überschüssiger
Reifendruck in die Mitteldruckzuleitung rückgeführt
werden kann. Bei einer steilen Druckabstiegsflanke des Druckverteilers auf
Umgebungsdruck nimmt das Reifendrucksteuerventil eine Schließstellung
ein, aus der es nur durch einen Hochdruckimpuls mit Druckanstiegsflanke
erneut in eine Offenstellung übergehen kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können
das Reifendrucksteuerventil und der Reifendrucksensor stationär
in Bezug auf eine Drehdurchführung angeordnet sein. Dabei
kann jeder der Fahrzeugreifen mit einer Drehdurchführung
ausgestattet sein, die von einer zentralen Hochdruckleitung mit
Hochdruck für die Fahrzeugreifen versorgt wird. In dieser
Ausführungsform der Erfindung erfüllt der Reifendrucksensor eine
zentrale Funktion und bildet den Mittelwert über die anliegenden
Reifendrücke. Das hat den Vorteil, dass die Reifen alle
gleichmäßig mit einem Hochdruck versorgt werden,
und den Nachteil, dass dafür Hochdruckdrehdurchführungen
für jeden Reifen zur Verfügung gestellt werden
müssen.
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Anstelle
eines zentralen Reifendrucksteuerventils mit zentralem Reifendrucksensor
und stationärer Anordnung in Bezug auf die Drehdurchführung
der Fahrzeugräder können Reifendrucksteuerventile
auch rotierend in Bezug auf eine Drehdurchführung angeordnet
sein und über eine axial angekoppelte mitrotierende Druckleitung
mit einem stationären Druckverteiler pneumatisch verbunden
sein. Dies hat den Vorteil, dass jeder Reifen individuell auf einem
optimalen Reifendruck gehalten werden kann. Darüber hinaus
hat es den Vorteil, dass bei einem Defekt eines einzelnen Reifens
kein Druckverlust in sämtlichen Fahrzeugreifen auftritt,
wie das bei einer zentralen Hochdruckversorgung der Reifen der Fall
wäre.
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In
einer weiteren Ausführungsform eines derartigen Reifendruckregelsystems,
das mitrotierende Reifendrucksteuerventile und mitrotierende Drucksensoren
aufweist, ist es vorgesehen, den Druckverteiler, der das Reifendrucksteuerventil
steuert, und die Drucknachverstärkungspumpe, die für
einen ausreichenden Hochdruck sorgt, sowie den Hochdruckbehälter,
der diesen Druck speichert, in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen.
Dieses hat den Vorteil, dass ein kompaktes Bauteil zur Verfügung
gestellt werden kann, das zentral in das Fahrzeug einbaubar ist.
Außerdem ist es möglich, den Hochdruckbehälter
separat von dem Druckverteiler und der Drucknachverstärkungspumpe
anzuordnen, was den Vorteil hat, dass der Hochdruck nicht nur für
die Reifendruckregulierung eingesetzt werden kann, sondern ebenfalls
andere Verbraucher an den Hochdruckbehälter angeschlossen
werden können.
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Der
Druckverteiler kann auf verschiedene Weise angesteuert werden, indem
er vorgesteuerte Schaltventile aufweist, die pneumatisch betrieben
werden. Andererseits ist es auch möglich, Schaltventile
in den Druckverteiler einzusetzen, die über Schaltimpulse
elektromechanisch einstellbar sind. Dazu werden dem Druckverteiler
entsprechende Schaltimpulse zugeführt. Sowohl in der pneumatischen
als auch in der elektromechanischen Steuerung der Schaltventile
des Druckverteilers kann sichergestellt werden, dass immer nur ein einziges
von drei Schaltventilen, die erforderlich sind, um das Reifendrucksteuerventil
anzusteuern, in einer Offenposition ist.
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Um
dieses zu gewährleisten, weist das Steuer- und Regelgerät
eine CPU in Form einer zentralen Mikroprozessoreinheit auf, die
den Druckverteiler steuert und mit dem Reifendrucksensor sowie mit
Drucküberwachungssensoren der Mitteldruckleitung und des
Hochdruckbehälters zusammenwirkt. Dadurch kann sichergestellt
werden, dass immer ein optimaler Reifendruck in dem Fahrzeugreifen
ansteht, unabhängig davon, ob eine zentrale Steuerung stationär
erfolgt oder die Reifendrucksteuerventile und/oder die Drucksensoren
mitrotierend im Rad des Fahrzeugs angeordnet sind. Dabei kann das
Steuer- und Regelgerät Bestandteil eines Fahrzeugführungsrechners,
einer Luftfilterungssteuerung, eines bestehenden Luftaufbereitungsgerätes
oder einer Lichtsteuerung des Fahrzeugs sein. Dieses erhöht
die Integrationsfähigkeit des Reifendruckregelsystems gemäß der
Erfindung in ein vorhandenes Fahrzeugsteuersystem. Auch ist es möglich,
dass das Steuer- und Regelgerät für den Reifendruck
Bestandteil eines Bremssteuergerätes des Fahrzeugs ist,
wie es bekanntermaßen als ABS System in den meisten heute üblichen
Fahrzeugen angeordnet ist.
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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 Straßenbe schaffenheit, 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 Soll-Reifendruck wird der Reifendruck anschließend
erhöht oder vermindert bis eine Übereinstimmung
zwischen Ist- und Soll-Reifendruck erreicht ist. Dabei sorgt das
Verfahren dafür, dass bei Verminderung des Reifendruckes
dieser dem Energiemanagement des Fahrzeugs zurückgeführt
wird. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die gereinigte und
getrocknete Druckluft des Reifendrucksystems nicht einfach in die
Umgebung abgelassen wird, wenn der Reifendruck zu hoch ist, sondern
dass vielmehr diese wertvolle gefilterte und getrocknete Druckluft
in das Gesamtsystem des Fahrzeugs zurückgeführt
wird.
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Bis
zum Ausgleich zwischen Ist-Reifendruck und dem optimalen Reifendruck
wird ein Reifendrucksteuerventil über einen Druckverteiler
in eine Offenposition geschaltet und bei Erreichen des optimalen
Reifendruckes wird das Reifendrucksteuerventil in seine Schließposition
geschaltet. In der Offenposition des Reifendrucksteuerventils wird
der Reifendruck entweder erhöht, indem ein Schaltventil
eines Druckverteilers einen Reifen oder einen Reifensatz mit einer
Hochdruckzuleitung verbindet, oder vermindert, indem ein Schaltventil des
Druckverteilers einen Reifen oder einen Reifensatz mit einer Mitteldruckzuleitung über
ein Drosselventil verbindet, wodurch der überschüssige
Reifendruck dem Energiemanagement des Fahrzeugs wieder zur Verfügung
steht.
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Darüber
hinaus wird das Reifendrucksteuerventil bei einer steilen Abfallflanke
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 eine derartige Schaltflanke 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 Fahrzeugreifen installiert sein. An dererseits ist es auch möglich,
zur Messung des Ist-Reifendruckes an jedem der Fahrzeugreifen einen
mitrotierenden Reifendrucksensor zu installieren. 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.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Skizze eines Reifendruckregelsystems gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt
ein schematisches Diagramm von Druckflanken zur Steuerung des Reifendrucksteuerventils;
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3 zeigt
ein schematisches Diagramm von Druckflanken zur Steuerung des Reifendruckes;
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4 zeigt
eine schematische Skizze des Reifendruckregelsystems gemäß 1 beim
Erhöhen des Reifendruckes;
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5 zeigt
eine schematische Skizze des Reifendruckregelsystems gemäß 1 beim
Vermindern des Reifendruckes;
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6 zeigt
eine schematische Skizze des Reifendruckregelsystems gemäß 1 beim
Schließen des Reifendrucksteuerventils;
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7 zeigt
eine schematische Skizze eines Reifendruckregelsystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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8A bis 8C zeigen
schematische Querschnitte durch Reifendrucksteuerventile;
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8A zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Reifendrucksteuerventil,
das über Druckflanken gesteuert werden kann und dazu eine
bistabile Tellerfeder aufweist;
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8B zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Reifendrucksteuerventil,
bei dem die Bistabilität des Ventilkolbens durch einen
Permanentmagneten erreicht wird;
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8C zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Reifendrucksteuerventil,
bei dem die Bistabilität des Ventilkolbens durch zwei unterschiedliche
Schraubenfedern erreicht wird.
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1 zeigt
eine schematische Skizze eines Reifendruckregelsystems 1 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. Diese erste Ausführungsform
der Erfindung ermöglicht, jeden einzelnen Reifen 2 eines Fahrzeugs
einzeln mit einem Reifendruck zu versehen, der an die Belastung
des Fahrzeugs, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Beschaffenheit
der Fahrbahn, die Umgebungstemperatur und die Reifentemperatur optimal
angepasst ist. Dazu ist in einem Steuer- und Regelgerät 10,
das mit einer entsprechenden Sensorik ausgestattet ist, ein Wertesystem
gespeichert, das den unterschiedlichen Messdaten einen optimalen
Reifendruck zuordnet.
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Ein
Messsensor 3 misst in jedem Reifen 2 den Ist-Reifendruck,
der über eine Sensorverbindung 19 den Ist-Wert
an das Steuer- und Regelgerät 10 überträgt.
Diese Verbindung 19 kann als drahtgebundene Verbindung über
eine entsprechende Drehdurchführung mit dem stationär
angeordneten Steuer- und Regelgerät 10 in Wirkverbindung
stehen oder über eine drahtlose Verbindungsstrecke als
Funkverbindung die Ist-Werte des Reifendrucks von dem Drucksensor 3 auf
das Steuer- und Regelgerät 10 übertragen.
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Neben
dem Reifendrucksensor 3 ist in jedem Rad ein Reifendrucksteuerventil 4 angeordnet,
dessen Funktionsweise im einzelnen in den nachfolgenden Figuren
und Tabellen erläutert wird. Dieses Reifendrucksteuerventil 4 wird über
eine mitrotierende Druckleitung 18 mit Druckimpulsflanken
versorgt, die einzelne Schaltzustände des Reifendrucksteuerventils 4 auslösen
und eine Druckerhöhung, eine Druckverminderung sowie ein
Beibehalten des Druckes in dem Reifen 2 auch während
der Fahrt ermöglichen.
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Das
Reifendrucksteuerventil 3 ist über eine Drehdurchführung 21 mit
einem Druckverteiler 5 pneumatisch verbunden. In dem Druckverteiler 5 sind
in dieser Ausführungsform der Erfindung drei Schaltventile 6, 8 und 9 angeordnet,
die in 1 in einer Schließstellung sind und elektromechanisch über
Steuerleitungen 34, 35 und 36 mit dem
Steuer- und Regelgerät 10 verbunden sind. Im Prinzip
können diese Schaltventile 6, 8 und 9 über
Druckimpulse des Steuer- und Regelgerätes 10 geschaltet
werden.
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In
dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Druckverteiler 5 in
einem Gehäuse 20 angeordnet und weist vier pneumatische
Anschlüsse und drei elektrische Anschlüsse auf.
Die drei elektrischen Anschlüsse sind die drei Steueranschlüsse 42, 43 und 44 der
Schaltventile 6, 8 und 9 zu dem Steuer-
und Regelgerät 10 hin. Die pneumatischen Anschlüsse
weisen einen Mitteldruckanschluss 37 auf, der über
ein Drosselventil 32 mit einer Mitteldruckzuleitung 11 verbunden
ist. Außerdem ist als weiterer pneumatischer Anschluss
ein Hochdruckanschluss 38 an dem Gehäuse 20 des
Druckverteilers 5 vorgesehen, der an einen Hochdurckbehälter 12 angeschlossen
ist, wobei dieser Hochdruckbehälter 12 über
eine Hochdruckleitung 47 mit dem Ausgang einer Drucknachverstärkungspumpe 13 verbunden
ist.
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Diese
Drucknachverstärkungspumpe 13 wird über
ein Rückschlagventil 24 mit Mitteldruck aus der
Mitteldruckzuleitung 11 versorgt. Während der
Mitteldruck in der Mitteldruckzuleitung 11 ausreicht, um
beispielsweise Druckluftbremsen zu versorgen, eine Bremsverstärkung
oder eine Lenkverstärkung zu bewirken, reicht für
spezielle Reifen 2 dieser Mitteldruck nicht mehr aus, um
die Fahrzeugreifen 2 aus reichend mit Druckluft zu versorgen.
Das Rückschlagventil 24 ist so gerichtet, dass
es sperrt, sobald der Mitteldruck unter einen Sollwert fällt.
Dieser Mitteldruck in der Mitteldruckleitung 11 wird mit
einem Drucksensor 30, der über eine Sensorleitung 45 mit
dem Steuer- und Regelgerät 10 in Wirkverbindung
steht, erfasst.
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Über
einen weiteren Druckanschluss 39 ist das Rad 2 mit
dem Druckverteiler 5 verbunden und ein Druckanschluss 41 verbindet
den Ausgang des Schaltventils 9 mit der Umgebung.
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Die
Druckversorgung dieses Reifendruckregelsystems 1 kann über
eine Mitteldruckkupplung 33' erfolgen, die beispielsweise
einen Fahrzeughänger pneumatisch mit dem Luftdrucksystem
eines Zugfahrzeugs verbindet. Andererseits ist es auch möglich,
dass das Reifendruckregelsystem 1 für einen Fahrzeughänger
zusätzlich einen Mitteldruckbehälter 22 aufweist,
dessen Mitteldruck über einen Drucksensor 29 erfasst
werden kann. Dieser Mitteldruckbehälter 22 kann über
ein weiteres Rückschlagventil 23 und eine pneumatische
Kupplung 33 mit der Zugmaschine verbunden sein. Die einzelnen
Betriebszustände dieses Reifendruckregelsystems werden
mit den nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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2 zeigt
ein schematisches Diagramm von Druckflanken 14 und 16 zur
Steuerung des Reifendrucksteuerventils, die mit Hilfe des an dem
Mitteldruckanschluss des Druckverteilers anstehenden Mitteldrucks
und des an dem Hochdruckanschluss des Druckverteilers anstehenden
Hochdruckes sowie in Zusammenwirken mit dem Steuer- und Regelgerät
durch unterschiedliche Schaltstellungen der Schaltventile des Druckverteilers
realisiert werden können. In dem Diagramm ist auf der Abszisse
die Zeit t in den Stufen t0, t1 und
t2 eingetragen. Auf der Ordinate ist der
Druck D angezeigt mit dem Normaldruck ND der
Umgebung und dem Mitteldruck MD, der in
der Mitteldruckzuleitung 11 zur Verfügung steht,
sowie dem Hochdruck HD, der von der Drucknachverstärkungspumpe
erzeugt wird und in dem Hochdruckbehälter gespeichert ist.
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Zwischen
diesen beiden Druckstufen ist in diesem Beispiel der Reifendruck
RD verzeichnet mit einem Solldruck RDs, der als optimaler Druck für
den Reifen er reicht werden soll, und ein Ist-Reifendruck RDi, der in 2 den Fall
zeigt, dass er zu niedrig ist, beispielsweise wenn das Fahrzeug
von einer sandigen Piste auf eine Asphaltfahrbahn überwechselt.
Um das in 1 gezeigte Reifendrucksteuerventil 4 in
eine Offenstellung zu schalten, wird ein Hochdruckimpuls 25 an
den Eingang des Reifendrucksteuerventils angelegt, so dass mit der
Anstiegsflanke 14 das Reifendrucksteuerventil öffnet.
Im geöffneten Zustand bei der Zeit t1 wird
der Reifen von seinem Ist-Reifendruck über das in 1 gezeigte
Drosselventil 32 aufgepumpt, bis zum Zeitpunkt t2 der Sollwert RDs erreicht
ist, und das Reifendrucksteuerventil zu schließen ist.
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Für
den Schließvorgang wird an den Einlass des Reifendrucksteuerventils, über
den gerade der Reifen durch die Hochdruckzufuhr aufgepumpt wurde,
eine Druckabfallflanke 16 angelegt, die bewirkt, dass das Reifendrucksteuerventil
schließt und der Reifendruck auf seinem Sollwert RDs gehalten wird. Während 2 demgemäß ein
Vergrößern des Reifendruckes zeigt, wird mit 3 die
Abnahme eines Reifendruckes auf einen niedrigeren Sollwert erläutert.
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3 zeigt
ein schematisches Diagramm von Druckflanken 14, 15 und 16 zur
Steuerung des Reifendruckes. Zur Zeit t = t0 wird
wieder ein Hochdruckimpuls 25 an die Einlassseite des Reifendrucksteuerventils gelegt,
der bewirkt, dass das Reifendrucksteuerventil in eine Offenposition
geht und mit der Abfallflanke 15 des Hochdrucks in dieser
Offenposition verbleibt, da kein schneller Abfall in der mitrotierenden
Druckleitung anliegt, sondern die Schaltventile des Druckverteilers,
wie er in 1 gezeigt wird, derartige Schaltstellungen einnehmen,
dass bei geöffnetem Reifendrucksteuerventil der überschüssige
Reifendruck über ein Drosselventil der Mitteldruckzuleitung
zugeführt wird und damit den Mitteldruckbehälter
auflädt.
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So
nimmt der Druck im Mitteldruckbehälter zu bis der Solldruck
R
Ds im Reifen erreicht ist und durch eine
steile Druckabfallflanke
16 das Reifendrucksteuerventil
in eine Schließposition überwechselt. Um diese Ansteuerung
des Reifendrucksteuerventils zu gewährleisten, sind die
in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgezeigten Phasen für
das Reifendrucksteuerventil in Form einer Wahrheitstabelle festgehalten.
Dabei wird in der linken Spalte der Ist-Reifendruckzustand aufgelistet,
in der zweiten Spalte werden die Schließ- und Offenpositionen
des Reifendruckregelventils
4 gezeigt, wobei „zu” die
Schließposition symbolisiert und „offen” die
Offenposition bezeichnet. Die zugehörigen Schaltstellungen
der Ventile
6,
8 und
9 werden in den
weiteren Spalten drei, vier und fünf gezeigt und in der
sechsten Spalte wird auf die Figuren hingewiesen, in denen die entsprechenden
Schaltzustände des Druckverteilers dargestellt sind. Tabelle 1: Wahrheitstabelle
Reifendruck | RDV 4 | Ventil 6 | Ventil 8 | Ventil 9 | Figur |
o.
k. Ausgangsposition | zu | zu | zu | zu | 1,
7 |
zu
niedrig Aufpumpphase | offen | offen | zu | zu | 4 |
zu
hoch Energierückgewinnungsphase | offen | zu | offen | zu | 5 |
o.
k. Schließphase | zu | zu | zu | offen | 6 |
o.
k. | zu | zu | zu | zu | 1,
7 |
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4 zeigt
eine schematische Skizze des Reifendrucksystems 1 gemäß 1 beim
Erhöhen des Reifendruckes. Komponenten mit gleichen Funktionen
wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Von den drei Schaltventilen 6, 8, 9 des
Druckverteilers 5 ist lediglich das Schaltventil 6 auf
Durchlass (offen) gestellt, womit nun ein Hochdruckimpuls von dem
Hochdruckbehälter 12 über die Drehdurchführung 21 und
die Hochdruckleitung 18 an das Reifendrucksteuerventil 4 gelegt
wird. Das Reifendrucksteuerventil 4 schaltet damit in eine
Offenstellung und der Reifen 2 wird in Pfeilrichtung A
aufgepumpt. Das Reifendrucksteuerventil 4 bildet in diesem
Fall gleichzeitig das Reifenventil 7 und ist in dieser
Ausführungsform der Erfindung in jedem der Räder
des Fahrzeugs angeordnet. Vorzugsweise wird es wie das normale Reifenventil 7 in
die Felge 17 des Rades eingebaut, indem das normale Reifenventil 7 durch
das Reifendrucksteuerventil 4 ersetzt wird.
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Mit
dem Reifendrucksteuerventil 4 kann gleichzeitig an der
Felge 17 ein Drucksensor 3, der den Innendruck
des Reifens 2 misst, angeordnet werden. Die Zufuhr von
Druckluft in den Reifen 2 über die mitrotierende
Druckleitung 18 wird so lange fortgesetzt, bis der Drucksensor 3 das
Erreichen des Soll-Reifendruckes für den Reifen 2 an
das Steuer- und Regelgerät 10 über die
Signalleitung 19 signalisiert und durch Schließen des
Schaltventils 6 und Öffnen des Schaltventils 9 eine
steile Druckabstiegsflanke in der mitrotierenden Druckleitung 18 erzeugt,
indem in Pfeilrichtung B der Druck in der mitrotierenden Druckleitung 18 auf
den Umgebungsdruck sinken kann. Nach erneutem Schließen
des Schaltventils 9 ist der Zustand, wie ihn 1 zeigt, wieder
erreicht.
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5 zeigt
eine schematische Skizze des Reifendrucksteuersystems 1 gemäß 1 beim
Vermindern des Reifendruckes. Dazu wird zunächst erneut
das Schaltventil 6 geöffnet, um einen kurzen Hochdruckimpuls
oder eine Hochdruckflanke in der Hochdruckleitung 18 zu
erzeugen, die bewirkt, dass das Reifendrucksteuerventil 4 in
eine Offenposition übergeht und diese Offenposition beibehält,
obgleich nun in Pfeilrichtung C Druckluft aus dem Reifen entweicht
und über die Verbindungsleitung 46 nach Schließen
des Schaltventils 6 und Öffnen des Schaltventils 8 über
die Offenposition des Schaltventils 8 und das Drosselventil 32 dem
Energiemanagementsystem des Fahrzeugs zugeführt wird, indem
beispielsweise der Mitteldruckbehälter 22 nun den überschüssigen
Reifendruck aufnimmt. Durch das Drosselventil 32 wird gewährleistet,
dass das Reifendrucksteuerventil 4 seine Offenstellung
beibehält und erst schließt, wenn das Schaltventil 8 geschlossen
wird und durch Öffnen des Schaltventils 9 eine
steile Druckabfallflanke erzeugt wird, indem Druck in Pfeilrichtung B
an die Umgebung kurzzeitig abgelassen wird. Dieser Betriebszustand
wird deutlicher in 6 gezeigt.
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6 zeigt
eine schematische Skizze des Reifendrucksteuersystems 1 gemäß 1 beim
Schließen des Reifendrucksteuerventils 4. Durch
den steilen Druckabfall in der mitrotierenden Hochdruckzuleitung 18, der
dadurch ausgelöst wird, dass das Schaltventil 9 in
dem Druckverteiler 5 in einer Offenposition durch das Steuer-
und Regelgerät 10 gestellt wird und somit in Pfeilrichtung
B Druckluft entweichen kann, wird das Reifendrucksteuerventil 4 in
eine Schließposition verfah ren, so dass kein Luftdruck
aus dem Reifen 2 entweichen kann. Bevorzugte Beispiele
derartiger Reifendrucksteuerventile werden mit den 8A bis 8C gezeigt.
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7 zeigt
eine schematische Skizze eines Reifendruckregelsystems 40 gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit
gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit
gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
In dieser weiteren Ausführungsform der Erfindung werden
von einem zentralen Reifendrucksteuerventil 26 in Verbindung
mit einem zentralen Reifendrucksensor 27 über
eine zentrale Hochdruckleitung 31 alle Reifen 2 eines
Fahrzeugs mit Druckluft versorgt. Gleichzeitig wird der Luftdruck
in diesen Reifen 2 durch diesen zentralen Sensor 27 für
alle Reifen 2 zusammen überwacht. Dabei können
gegenüber der Ausführungsform der 1 nun
sowohl das zentrale Reifensteuerventil 26 als auch der
nachgeschaltete Reifendrucksensor 27 sowie die sich anschließende
gemeinsame zentrale Hochdruckleitung 31 stationär
im Fahrzeug angeordnet werden und erst nach der zentralen Hochdruckleitung 31 können
die mitrotierenden Hochdruckzuleitungen 18 für
die Reifen über entsprechende Drehdurchführungen 21 die
Reifen 2 mit entsprechendem Reifendruck versorgen.
-
Die
Reifenventile 27 sind praktisch nun einfache Öffnungen
beispielsweise im Reifenfelgenbereich 17 der Reifen 2,
die mit der mitrotierenden Hochdruckleitung 18 jeweils
verbunden sind. Der Vorteil eines derartigen Reifendrucksteuersystems 40 liegt
darin, dass lediglich ein zentrales Gehäuse 20 sowohl
den Druckverteiler 5 als auch das zentrale Reifendrucksteuerventil 26 sowie
den zentralen Drucksensor 27 umfassen kann und somit eine
vereinfachte Nachrüstung eines Fahrzeugs möglich
ist, mit der der Reifendruck in den Reifen 2 sowohl vermindert
als auch vergrößert werden kann und somit automatisch
der Fahrzeugbeladung, der Fahrgeschwindigkeit, dem Fahrbahnbelag
sowie den Temperaturverhältnissen angepasst werden kann.
-
8A zeigt
ein Reifendrucksteuerventil 50, das über Druckflanken
gesteuert werden kann und dazu eine bistabile Tellerfeder 57 aufweist,
die Bypassöffnungen 56 besitzt, wobei ein Ventilkolben 54 durch
eine Schließfeder 55 und die Tellerfeder 57 auf
einen Ventilsitz 53 gepresst wird. Damit wird die Einlassöffnung 51 des
Reifendrucksteuerventils 50 durch die Federkräfte
von Tellerfeder 57 und Schließfeder 55 in
einer Schließposition gehalten. Die Auslassöffnung 52,
die zum Reifen hin gerichtet ist, wird somit ebenfalls verschlossen gehalten.
Da die Tellerfeder 57 ein bistabiles Bauelement ist, das
zwei stabile Positionen aufweist, wird bei einer entsprechenden
Druckflanke oder einem Druckimpuls an der Einlassöffnung 51 die
Tellerfeder 57 in ihre zweite stabile Position verbracht
und das Ventil gegen die Kraft von Schließfeder 55 und
Tellerfeder 57 geöffnet. Dabei wird die Schließfeder 55 zusammengepresst
und die Tellerfeder 57 in ihre zweite stabile Position gepresst. Über
die Bypassöffnungen 56 in der Tellerfeder 57 kann
nun Druckluft aus der Auslassöffnung 52 in den
Reifen gepumpt werden, wobei in dieser zweiten stabilen Position
der Tellerfeder 57 auch Überdruck aus dem Reifen über
die Auslassöffnung 52, den Bypass 56 und
die Einlassöffnung 51 abgegeben werden kann, solange
an der Einlassöffnung 51 keine steile Druckabstiegsflanke
anliegt. In dem Augenblick, in dem eine steile Druckabstiegsflanke
an der Einlassöffnung 51 steht, fällt
die Tellerfeder 57 in ihre erste stabile Position zurück,
und das Reifendrucksteuerventil 50 schließt, indem
der Ventilkolben 54 auf den Ventilsitz 53 gepresst wird,
wie es in 8A gezeigt wird.
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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 54 wird
diesmal nicht mit einer Tellerfeder erreicht, sondern mit einem
Permanentmagneten 67, der nach Anlegen eines Druckimpulses
an die Einlassöffnung 51 den Kolben 54 in
einer Offenposition hält, wobei die Schließfeder 55 zusammengepresst
wird und eine Gegenkraft erzeugt, die jedoch nicht ausreicht, um
den Ventilkolben 54 zurück in die Schließposition
zu bringen, solange an der Einlassöffnung kein steiler
Druckabfall auftritt. Somit kann nicht nur über die Einlassöffnung 51 Druckluft
in den Reifen über die Auslassöffnung 52 gepumpt
werden, sondern auch Druckluft aus dem Reifen über die
Auslassöffnung 52 und die Einlassöffnung 51 an
das Energiemanagement des Fahrzeugs zurückgegeben werden.
-
8C zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Reifendrucksteuerventil 70,
bei dem die Bistabilität des Ventilkolbens 54 durch
zwei unterschiedliche Schraubenfedern erreicht wird, nämlich der
Schließfeder 55, gegen die mit einer schwächeren
Federkraft eine Haltefeder 77 drückt. Sobald ein
Druckimpuls bzw. eine Druckanstiegsflanke an der Einlassöffnung 51 anliegt,
wird der Ventilkolben 54 gegen einen Arretierungssitz 58 gepresst,
so dass durch den Bypass 56 entweder Druckluft in Richtung
auf die Auslassöffnung 52 in den dort nicht gezeigten
Reifen strömen kann oder umgekehrt in Richtung auf die
Einlassöffnung 51 aus Reifen abgegeben werden
kann, solange keine steile Druckabstiegsflanke an der Einlassöffnung 51 anliegt.
Durch das Anlegen einer derartig steilen Druckabstiegsflanke an
die Einlassöffnung 51 fällt der Ventilkolben 54 in
seine Schließstellung auf dem Ventilsitz 53 zurück.
-
- 1
- Reifendruckregelsystem
(1. Ausführungsform)
- 2
- pneumatischer
Fahrzeugreifen
- 3
- Reifendrucksensor
- 4
- Reifendrucksteuerventil
- 5
- Druckverteiler
- 6
- Schaltventil
- 7
- Reifenventil
- 8
- Schaltventil
- 9
- Schaltventil
- 10
- Steuer-
und Regelgerät
- 11
- Mitteldruckzuleitung
- 12
- Hochdruckbehälter
- 13
- Drucknachverstärkungspumpe
(Hochdruckkompressor)
- 14
- Druckimpulsflanke
(Druckanstiegsflanke)
- 15
- Druckimpulsflanke
(gedrosselte Druckabstiegsflanke)
- 16
- Druckimpulsflanke
(Druckabstiegsflanke)
- 17
- Reifenfelge
- 18
- mitrotierende
Druckleitung
- 19
- Sensorverbindung
- 20
- Gehäuse
- 21
- Drehdurchführung
- 22
- Mitteldruckbehälter
- 23
- Rückschlagventil
(für Mitteldruck)
- 24
- Rückschlagventil
(für Hochdruck)
- 25
- Hochdruckimpuls
- 26
- zentrales
Reifendrucksteuerventil
- 27
- zentraler
Reifendrucksensor
- 28
- Drucksensor
für Hochdruckbehälter
- 29
- Drucksensor
für Mitteldruckbehälter
- 30
- Drucksensor
für Mitteldruckzuleitung
- 31
- Hochdruckzuleitung
- 32
- Drosselventil
- 33
- Anhängerkupplung
- 34
- Steuerleitung
- 35
- Steuerleitung
- 36
- Steuerleitung
- 37
- Mitteldruckanschluss
- 38
- Hochdruckanschluss
- 39
- Druckanschluss
- 40
- Reifendruckregelsystem
(2. Ausführungsform)
- 41
- Druckanschluss
zur Umgebung
- 42
- Steueranschluss
- 43
- Steueranschluss
- 44
- Steueranschluss
- 45
- Sensorleitung
- 46
- Verbindungsleitung
- 47
- Hochdruckleitung
- 50
- Reifendrucksteuerventil
(!. Ausführungsform)
- 51
- Einlassöffnung
- 52
- Auslassöffnung
- 53
- Ventilsitz
- 54
- Ventilkolben
- 55
- Schließfeder
- 56
- Bypass
- 57
- bistabile
Tellerfeder
- 60
- Reifendrucksteuerventil
(2. Ausführungsform)
- 67
- Permanentmagnet
- 70
- Reifendrucksteuerventil
(3. Ausführungsform)
- 77
- Haltefeder
- 78
- Arretierungssitz
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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