DE102010054366A1

DE102010054366A1 - Reifendruckregelanlage

Info

Publication number: DE102010054366A1
Application number: DE102010054366A
Authority: DE
Inventors: Dr. Volk Ludwig; Dr. Schürmann Erich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem eine Reifendruckregelanlage für Fahrzeuge mit wenigstens einem, einen Reifen umfassenden Rad, mit einer fahrzeugseitigen Druckluftversorgung, mit je Rad einer zweikanaligen Drehdurchführung mit einer Versorgungsleitung und einer Steuerleitung und je Rad einer pneumatischen Ventilvorrichtung. Die Besonderheit besteht darin, dass die Ventilvorrichtung (14) als pneumatisch entsperrbares Rückschlagventil ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisierte Anlage zur Verstellung des Reifendruckes während der Fahrt und im Stand an Radfahrzeugen. Hier gilt es die Funktionssicherheit derartiger Anlagen zu erhöhen und die Automatisierbarkeit zu ermöglichen und zu verbessern.
STAND DER TECHNIK
Bekannte, marktgängige Reifend ruckverstellanlagen, insbesondere für Landmaschinen, sind die Anlagen der Firmen PTG, Strotmann, Teleflow, Claas und Fendt. Neben den druckschriftlich belegten Ausführungen wurden auch die am Markt verfügbaren Ausführungen der Hersteller berücksichtigt.
Die Ausführungen der Firmen Téléflow, Strotmann und Claas arbeiten mit einkanaligen Drehdurchführungen und sind somit prinzipiell nicht mit der erfindungsgemäßen Anlage vergleichbar.
Die Ausführung der Firma Téléflow verwendet ein pneumatisch gesteuertes Radventil und öffnet das Radventil durch einen Druckstoß. Der Druckstoß zum Öffnen des Radventils in der einkanalige Versorgungs- und Signalleitung wird nur durch eine hohe Druckdifferenz wirksam. Die Funktionssicherheit ist bei kleinen Druckdifferenzen eingeschränkt. Die Drehdurchführung zwischen Chassis und Rad durch die Achse oder um die Achse herum steht permanent unter Druck. Ein Druckverlust als Leckage in der Drehdurchführung führt zum Versagen der Anlage. Erhöhte Reibung in den Dichtpaarungen der Drehdurchführung, die Reibung im Radventil und die Schmutzempfindlichkeit bei Reifenpartikel in der Anlage können zum Ausfall führen.
Die Anlage der Firmen PTG und Fendt verwenden zweikanalige oder dreikanalige Drehdurchführungen und besitzen je Rad ein pneumatisch steuerbares Ventil, welches jedoch nicht mit der Drehdurchführung eine Baueinheit bildet. Während die pneumatische Versorgungsleitung mit ausreichendem Querschnitt das Luftvolumen in das Rad und aus dem Rad fördert, besitzt die pneumatische Steuerleitung kleine Querschnitte, die zu Störungen durch Kondenswasser, Reifenpartikel und Schmutz führen. Die Funktionssicherheit derartiger Reifendruckregelanlagen im landwirtschaftlichen Betrieb ist eingeschränkt.
Insbesondere die Ausführung der Firma PTG unterscheidet sich deutlich von der erfindungsgemäßen Anlage, dadurch, dass der Druck in der Steuerleitung exakt auf das gewünschte, zu erreichende Druckniveau abgestimmt sein muss. Das heißt, es sind mindestens zwei pneumatische Druckminderer erforderlich. Das bedeutet, dass sich der Reifeninnendruck nur asymptotisch dem Sollwert annähern kann, was eine Verlängerung der Füll- und Ablasszeiten bedeutet.
BESCHREIBUNG
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Lösung der Aufgabe, eine hohe Funktionssicherheit durch eindeutige Drucksignale, eine gute Automatisierbarkeit und eine beliebige Wahl des Solldruckes im Reifen, zu erreichen. Der Fahrer kann vom Fahrersitz aus per Tastendruck die Sollwerte einstellen.
Für einen einfachen Aufbau wird radseitig je eine pneumatische Ventilvorrichtung gewählt. Für eine sichere eindeutige Drucksignalverarbeitung wird zur Betätigung der radseitigen, pneumatischen Ventilvorrichtung der volle Systemdruck der Anlage verwendet und nicht ein gezielt druckreduziertes Signal. Zur Steuerung werden nicht verschiedene und u. U. geringe Druckniveaus verwendet, um Störungen infolge der Reibung in der pneumatischen Ventilvorrichtung auszuschließen. Es wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine zweikanalige Drehdurchführung verwendet. Der erste Kanal ist als Versorgungsleitung und der zweite Kanal ist als Steuerleitung ausgebildet.
Da insbesondere das Füllen des Reifens mit dem vollen Systemdruck erfolgen soll, kann auf eine Druckmessung nicht verzichtet werden. Es wird eine Druckmesseinrichtung mit einem elektrischen oder elektronischen Ausgangssignal verwendet, um das Signal direkt in der elektronischen Steuerung verarbeiten zu können. Um komplexe Übertrager für das Drucksignal zu vermeiden, wird der Reifendruck nicht am Rad, sondern fahrzeugseitig mit der Druckmesseinrichtung gemessen. Dazu wird für die Verbindung zwischen Reifen und Drucksensor die große Versorgungsleitung verwendet. Während der Druckmessung wird der Füllvorgang unterbrochen. Der Reifendruck überträgt sich dabei auf die fahrzeugseitige Druckmesseinrichtung.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Reifendruckregelung. Ein solches Verfahren ist aus offenkundiger Vorbenutzung bekannt. Zur Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Reifendruckregelung zu schaffen, welches sich gut automatisiert durchführen lässt und mit dem eine hohe Funktionssicherheit der Reifendruckregelung sowie ein geringer technischer Vorrichtungsaufwand erforderlich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3.
In der erfindungsgemäßen Anlage wird die Reifendruckverstellung bei Sollwertvorgabe automatisiert geregelt. Die Anlage umfasst eine Befüll- und Ablassvorrichtung zum Befüllen des Reifens mit Luft oder zum Ablassen der Luft aus dem Reifen. Ein Rechner prognostiziert die nach der jeweiligen Fülldauer zu erwartenden Druckveränderungen. Die prognostizierten Druckwerte werden während des Befüll- oder Ablassvorgangs mit dem tatsächlichen Messwert der Druckmesseinrichtung verglichen und daraus die minimale erforderliche Befüll- oder Ablassdauer bis zur nächsten Messung berechnet und die nächste Messung veranlasst. Es wird eine dem Reifen, der Last und weiterer Parameter entsprechende Lernkurve erzeugt und in der Steuerung hinterlegt. So soll erfindungsgemäß trotz einiger Füllpausen für die Druckmessungsvorgänge durch die Verwendung des vollen Systemdruckes als Fülldruck die Reifenfüllzeit minimiert werden. Es hat sich gezeigt, dass für eine Füllpause zur Druckmessung lediglich etwa eine Sekunde benötigt wird. Bei unzulässig großen Abweichungen zwischen dem prognostizierten Druck und dem tatsächlichen Druck wird eine Störung der Anlage diagnostiziert.
Die funktionsbedingt zweiteilige Ausführung einer Drehdurchführung ergibt prinzipiell einen radfesten Teil und einen achsfesten Teil der Drehdurchführung. Für den speziellen Fall der Drehdurchführung für ein angetriebenes Rad mit einem Untersetzungsgetriebe in der Radnabe werden erfindungsgemäß zwei in Reihe geschaltete Drehdurchführungen verwendet. Eine erste Drehdurchführung zwischen dem Achsschenkel einer Lenkachse oder dem Achsgehäuse einer Starrachse und der Antriebswelle und eine zweite Drehdurchführung zwischen der Antriebswelle und der Radnabe. Die Notwendigkeit einer doppelt auszuführenden Drehdurchführung ergibt sich dadurch, dass als Untersetzungsgetriebe in der Radnabe ein Planetengetriebe verwendet wird und die Antriebswelle das Sonnenrad des Planetengetriebes antreibt und das Sonnenrad eine höhere Drehzahl und u. U. eine andere Drehrichtung aufweist als die Radnabe an der das Rad befestigt ist. Die zweite Drehdurchführung zwischen der Antriebswelle und der Radnabe besteht wiederum aus einem radfesten Teil und einem wellenfesten Teil. Der radfeste Teil der zweiten Drehdurchführung soll erfindungsgemäß eine Einheit mit dem radfesten Getriebedeckel des Planetengetriebes bilden.
Zwischen der Drehdurchführung eines Rades und dem Gasvolumen des Reifens ist die pneumatische Ventilvorrichtung radfest installiert. Zwischen dem radfesten Teil der Drehdurchführung und der Ventilvorrichtung gibt es zwei Leitungen und zwischen der Ventilvorrichtung und dem Gasvolumen des Reifens gibt es eine Leitung. Erfindungsgemäß bilden die Ventilvorrichtung und der radseitige Teil der Drehdurchführung zur Minimierung des Leitungsaufwands und der Fertigungskosten eine Baueinheit. Bei Fahrzeugen mit einem Untersetzungsgetriebe an der Radnabe bildet erfindungsgemäß die Ventilvorrichtung, der radfeste Teil der zweiten Drehdurchführung und der Getriebedeckel des Untersetzungsgetriebes oder der Nabenabdeckung eine Baueinheit.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von in den Fig. dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1, eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung einer Reifendruckregelanlage an einem nicht angetriebenen Rad,
2, eine schematische Ausschnittdarstellung gemäß Ausschnittlinie II in 1,
3, eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung einer Reifendruckregelanlage an einem angetriebenen Rad,
4, eine schematische Ausschnittdarstellung gemäß Ausschnittlinie IV in 3,
5, eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung.
In 1 ist das erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 13 mit einer integrierten Drehdurchführung an einem nicht angetriebenen Rad montiert dargestellt. An der Achse 10 ist die Radnabe 11 drehbar gelagert. Das bereifte Rad 12 ist an der Nabe 11 befestigt. An der Nabe 11 ist die Ventilvorrichtung 13 mit der integrierten Drehdurchführung befestigt. Die Drehdurchführung besteht aus einem radfesten, sich mit dem Rad drehenden Teil 14 und einem nicht drehenden Teil 15. Die Ventilvorrichtung 13 ist im radfesten Teil der Drehdurchführung 14 untergebracht und mit der Leitung 19 mit dem Reifen verbunden. Der nicht drehende Teil 15 der Ventilvorrichtung 13 mit integrierter Drehdurchführung ist einerseits mit der Steuerleitung 16 und andererseits mit der Versorgungsleitung 17 verbunden. Die Steuerleitung 16 und die Versorgungsleitung 17 sind fahrzeugrahmenfest mit dem Fahrzeug verbunden.
In 2 ist die Ventilvorrichtung 13 mit der integrierten Drehdurchführung dargestellt. Der radfeste Teil 14 ist drehbar im fahrzeugseitig festen Teil 15 drehbar gelagert. Die Steuerleitung ist die Bohrung 16 und die Versorgungsleitung ist die Bohrung 17. Die Dichtungsringe 18 realisieren die Abdichtung zwischen den Teilen 14 und 15 und den Leitungen 16 und 17. Die Ventilvorrichtung 13 ist in Teil 14 integriert und stellt über die Bohrung 19 die Verbindung zum Reifen her. Die Ventilvorrichtung 13 fungiert als pneumatisch entsperrbares Rückschlagventil. Die Ventilvorrichtung 13 hat einen Ventilsitz 20 mit einem Ventilteller 21. Der Ventilteller 21 ist auf der Seite der Dichtfläche über die Kolbenstange 22 mit einem Kolben 23 verbunden. Die Feder 24 drückt den Ventilteller 21 gegen den Ventilsitz 21. Der Steuerdruck beaufschlagt die große Kolbenfläche 25 und wirkt entgegen der Kraft der Feder 24. Dabei wirkt der Druck in der Versorgungsleitung 17 auf die kleine Kolbenfläche 26.
In 3 ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 13 mit einer integrierten Drehdurchführung an einem angetriebenen Rad montiert dargestellt, wobei der Antrieb des Rades über ein Planetengetriebe erfolgt, wie es bei schweren Ackerschleppern und Baumaschinen üblich ist. Eine Antriebswelle 27 treibt über das Sonnenrad 28 und über die Planetenräder 29 das Hohlrad 30 an, welches die Radnabe 31 darstellt, an der das Fahrzeugrad 32 befestigt ist. Die Planetenräder 29 sind am Achsschenkel des Fahrzeugs befestigt. Die Drehzahl der Antriebswelle 27 weicht von der Drehzahl der Radnabe 31 ab. Die Ventilvorrichtung 13 mit der integrierten Drehdurchführung ist beispielhaft mit dem Getriebedeckel in einer Baueinheit ausgeführt. Die Luftleitung 19 ist die Verbindung zwischen der Ventilvorrichtung 13 und dem Reifen 36. Die Steuerleitung 16 und die Versorgungsleitung 17 stellen die Verbindung zwischen den fahrzeugseitigen Ventilen, die nicht dargestellt sind, und dem fahrzeugseitigen Achsschenkel 33 dar.
In 4 ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 13 mit einer integrierten Drehdurchführung für eine Ausführung gemäß 3 dargestellt. Das verjüngte Ende der Antriebswelle 27 aus 3 ragt in die Ventilvorrichtung mit integrierter Drehdurchführung hinein und wird mit den Dichtungen 40 und 41 abgedichtet. Die Antriebswelle weist einen Kanal für die Versorgungsleitung 17 und einen Ringkanal für die Steuerleitung 16 auf. Die Ventilvorrichtung 13 besteht analog zu 2 aus einem Ventilsitz 20, einem Ventilteller 21, einer Kolbenstange 22, einem Kolben 23 und einer Feder 24. Der Anschluss 19 stellt die Verbindung zwischen dem Reifen und der Ventilvorrichtung 13 her. Die Funktion der dargestellten Ventilvorrichtung 13 ist identisch mit der Funktion der Ventilvorrichtung 13 der vorangegangenen Beispiele. Werden die Versorgungsleitung 17 und die Steuerleitung 16 mit Druck beaufschlagt, so wird der Reifen mit Luft gefüllt. Wird die Steuerleitung 16 mit Druck beaufschlagt, so öffnet sich der Ventilsitz 20 und die Luft aus dem Reifen kann über die Versorgungsleitung 17 zum Fahrzeug geführt werden. Dort kann der Druck gemessen werden, falls das Ablassventil geschlossen ist, oder der Reifendruck abgesenkt werden, wenn das Ablassventil geöffnet ist.
In 5 ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit integrierter Drehdurchführung, wie in 3 und 4 gezeigt, an einem angetriebenen Rad verbaut, wobei hier kein Radnabengetriebe vorhanden ist. Da in diesem Fall die Radnabe 50 und die Antriebswelle 51 eine identische Drehzahl aufweisen und das Ventilvorrichtung 13 mit integrierter Drehdurchführung sowohl mit der Antriebswelle 51 als auch mit der Radnabe 50 verbunden ist, führen die Dichtungen 53 und 54 der Drehdurchführung keine Gleitbewegung aus. Die Dichtungen haben in diesem Falle eine statische Dichtfunktion. Die Luftleitung 19 verbindet den Reifen mit der Ventilvorrichtung 13. Die fahrzeugseitigen Luftleitungen, die Steuerleitung 16 und die Versorgungsleitung 17 münden in den Achsschenkel 58 des Fahrzeugs. Dieses Beispiel soll zeigen, dass die erfindungsgemäße Ausführung der Ventilvorrichtung 13 mit integrierter Drehdurchführung auch sehr vorteilhaft bei angetriebenen Achsen ohne Radnabengetriebe eingesetzt werden kann. Die Dichtungen 53, 54 der Drehdurchführung können so jede Art von Relativbewegungen zwischen Radnabe 50 und Antriebswelle 51 sicher überbrücken.

Claims

Reifendruckregelanlage für Fahrzeuge mit wenigstens einem, einen Reifen umfassenden Rad, mit einer fahrzeugseitigen Druckluftversorgung, mit je Rad einer zweikanaligen Drehdurchführung mit einer Versorgungsleitung und einer Steuerleitung und je Rad einer pneumatischen Ventilvorrichtung, gekennzeichnet dadurch, dass die Ventilvorrichtung (14) als pneumatisch entsperrbares Rückschlagventil ausgebildet ist, die Ventilvorrichtung (14) an der Radnabe (11) befestigt ist, die Ventilvorrichtung (14) einen Ventilsitz (20) mit einem Ventilteller (21) hat, der Ventilteller (21) auf der Seite der Dichtfläche über eine Kolbenstange (22) mit einem Kolben (23) verbunden ist, eine Feder (24) den Ventilteller (21) in den Ventilsitz (20) drückt, der Ventilteller (21) durch einen Druck auf die große Kolbenfläche (25) vom Ventilsitz (20) abgehoben werden kann, die große Kolbenfläche (25) mit der Steuerleitung (16) verbunden ist, der Druck in der Versorgungsleitung (17) kolbenstangenseitig auf den Ventilteller (21) wirkt, der geöffnete Ventilsitz (20) die Versorgungsleitung (17) mit der Leitung (19), die zum Reifen führt, verbindet, dass zur Druckerhöhung im Reifen sowohl die Steuerleitung (16) als auch die Versorgungsleitung (17) mit Druck beaufschlagbar sind, dass zur Reduzierung des Reifendruckes nur die Steuerleitung (16) mit Druck beaufschlagbar ist, dabei die aus dem Reifen entweichende Luft durch die Versorgungsleitung (17) über die Drehdurchführung (14, 15) zu einem fahrzeugseitigen Ventil geleitet werden kann, dass zur Messung des Reifendruckes die Steuerleitung mit dem Druck des Reifens beaufschlagbar ist und fahrzeugseitig der Druck in der fahrzeugseitig abgesperrten Versorgungsleitung mit einem Sensor messbar ist, die Ventilvorrichtung (14) den radfesten Teil einer zweikanaligen Drehdurchführung bildet und der nicht radfeste Teil der Drehdurchführung (15) die fahrzeugrahmenfesten Anschlüsse für die Steuerleitung (16) und die Versorgungsleitung (17) beinhaltet.
Reifendruckregelanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass, in 3 und 4 dargestellt, die Ventilvorrichtung (13) eine Baueinheit, mit dem radfestem Teil der Drehdurchführung bildet und diese Baueinheit in einem Getriebedeckel eines Radnabengetriebes integriert ist.
Verfahren zur Reifendruckregelung mit einer Reifendruckregelanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Reifendruckverstellung bei Sollwertvorgabe automatisiert erfolgt, wobei mittels einer Befüll- und Ablassvorrichtung Luft in den Reifen gefüllt oder aus dem Reifen abgelassen werden kann, ein Rechner die zu erwartenden Druckveränderungen prognostiziert, und während des Befüll- oder Ablassvorgangs mit den tatsächlichen Messwerten einer Druckmesseinrichtung vergleicht und daraus die jeweils aktuelle minimal erforderliche Befüll- oder Ablassdauer bis zur nächsten Messung berechnet und in Abhänigkeit der errechneten Werte die Befüll- und Ablassvorrichtung steuert und die nächste Messung veranlasst und bei unzulässig großen Abweichungen eine Störung der Anlage diagnostiziert.