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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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Die Druckschrift
WO 01/72537 A1 beschreibt ein System zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Druckes in einem oder mehreren Reifen. Dabei sind Mittel zum Erfassen des Druckes in dem Reifen und Steuermittel vorgesehen, die mit dem Erfassungsmittel verbunden sind, um Luft unter relativ hohem Druck in den Reifen zu pressen. Weiterhin sind eine mögliche Fernüberwachung des Druckes und ein Kompressor oder eine Booster-Pumpe vorgesehen, um den hohen Reifendruck zu erzeugen.
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Die Druckschrift
US 6 269 691 B1 beschreibt ein automatisches Reifenfüllsystem mit einer Druckerhöhungspumpe, die durch die Druckluftversorgung des LKW-Anhängers betätigt wird, um den Luftdruck auf einen höheren Ausgangsdruck zu pumpen, um Luft an Reifen zu liefern, die einen höheren Luftdruck erfordern können, als das LKW-Anhängersystem bereitstellt. Darüber hinaus sind im System ein Überspannungsschutzventil und ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems zu gewährleisten
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Die Druckschrift
EP 1 362 716 A2 beschreibt eine Einrichtung für die automatische Betätigung einer Reifenfüllanlage für Kraftfahrzeuge, die eine Steuerelektronik aufweist, die über Sensoren den Fahrzustand und den Reifendruck aller Reifen ermittelt und pneumatische Ventile sowie einen Kompressor ansteuert, um den Reifendruck den jeweiligen Gegebenheiten, wie Fahrgeschwindigkeit, Beladung, Fahrbahnzustand, Gelände, u.s.w. anzupassen.
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Die Druckschrift
DE 103 24 720 A1 beschreibt eine Reifendruck-Regeleinrichtung, insbesondere für Fahrzeuge, die eine Luftversorgungseinrichtung mit einem Kompressor und einem Druckspeicher aufweisen.
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Ein Nachteil der bekannten Reifendruckregeleinrichtung besteht darin, dass überschüssiger Reifendruck bei der Anpassung des Reifendruckes an einen vorgegebenen 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 Straßenbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Beladungszustand des Fahrzeugs und der Außentemperatur sowie der extrapolierten Reifen- und Fahrbahntemperatur vorsieht, verglichen. Je nach der Differenz zwischen Ist-Reifendruck und dem optimalen 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. Andererseits 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.
- 1 zeigt eine schematische Skizze eines Reifendruckregelsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 zeigt ein schematisches Diagramm von Druckflanken zur Steuerung des Reifendrucksteuerventils;
- 3 zeigt ein schematisches Diagramm von Druckflanken zur Steuerung des Reifendruckes;
- 4 zeigt eine schematische Skizze des Reifendruckregelsystems gemäß 1 beim Erhöhen des Reifendruckes;
- 5 zeigt eine schematische Skizze des Reifendruckregelsystems gemäß 1 beim Vermindern des Reifendruckes;
- 6 zeigt eine schematische Skizze des Reifendruckregelsystems gemäß 1 beim Schließen des Reifendrucksteuerventils;
- 7 zeigt eine schematische Skizze eines Reifendruckregelsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 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.
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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 ausreichend 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 erreicht 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
RDs 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 verfahren, 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.
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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.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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