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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reifendruckverstellung an Radfahrzeugen mit einer einkanaligen Drehdurchführung, die dann drucklos ist, wenn der Reifendruck nicht verstellt wird. Mit der Wirkdauer des Druckes in der Drehdurchführung werden die radseitigen Ventile zur Veränderung des Reifendruckes geschaltet.
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DER STAND DER TECHNIK
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Bei luftbereiften Radfahrzeugen, insbesondere bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen, werden zunehmend Reifendruckverstellanlagen eingesetzt, mit denen man während der Fahrt den Reifendruck verstellen kann. Dies setzt voraus, dass an jedem Rad, dessen Reifendruck verstellt werden soll, eine Drehdurchführung installiert ist. Fahrzeugseitig sind eine Steuerung und eine Druckversorgung installiert. Es gibt am Markt zweikanalige und einkanalige Drehdurchführungen. Wenn auch für anspruchsvolle Anwendungen bisher überwiegend zweikanalige Drehdurchführungen eingesetzt werden, so ist jedoch absehbar, dass zukünftig die Nachfrage nach kostengünstigeren, einkanaligen Drehdurchführungen steigen wird, wenn es gelingt, für die einkanaligen Drehdurchführungen eine vergleichbar vorteilhafte Ventiltechnik zu entwickeln, welche die gleichen Vorteile und das gleiche Sicherheitsniveau liefert wie die übliche Ventiltechnik mit einer zweikanaligen Drehdurchführung. Hier ist die radseitige Ventiltechnik gemeint, die zwischen der Drehdurchführung und dem Reifen angeordnet ist. Insbesondere bei den aufwändigen Drehdurchführungen an den angetriebenen Lenkachsen von Traktoren, bei denen die Leitungen über den Kotflügeln nicht mehr erforderlich sind, wäre eine einkanalige Ausführung äußerst vorteilhaft. Die deutlich geringeren Kosten und die deutlich größeren möglichen Strömungsquerschnitte sind dabei die wichtigsten Vorteile.
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Das wichtigste Ziel ist der drucklose Zustand der Drehdurchführung, wenn der Reifendruck nicht verstellt wird. Die Zweikanaltechnik erlaubt eine sichere Ventiltechnik, erlaubt den drucklosen Zustand und bietet vier verschiedene Signalzustände, wenn man nur die einfachen Drucksignale verwendet. Für die Reifendruckverstellung werden jedoch nur drei Signalzustände benötigt, den „Reifendruck erhöhen”, den „Reifendruck reduzieren” und den „Reifen absperren”. Der aktuelle Reifendruck kann per Funk übertragen werden. Eine einkanalige Drehdurchführung ist für einen Betrieb der Reifendruckverstellanlage völlig ausreichend, wenn man die Drucksignale in der Drehdurchführung nicht nur nach dem Vorhandensein von Druck detektiert. Es gibt verschiedene Lösungen zur Unterscheidung eines aktuellen Druckes nach weiteren Merkmalen dieses Druckes.
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In
DE 32 47 371 und
DE 198 04 249 ist eine radseitige Ventiltechnik gezeigt, die unterschiedliche Druckhöhen detektiert und diese für die gezielte Ansteuerung eines bestimmten Schaltzustands verwendet. Problematisch ist diese Lösung insbesondere bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen mit einem Reifendruckniveau von lediglich 0,6 bis 1,8 bar. Konstante Druckverhältnisse und eine sichere Detektierung der geringen Druckunterschiede sind hier in der Praxis nicht immer störungsfrei zu gewähreisten. Für den Einsatz an Landmaschinen erscheint die Technik eher nicht geeignet.
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In
JP 2000 255 228 ist eine radseitige Ventiltechnik dargestellt, die einerseits Überdruck und andererseits Unterdruck für eine gezielte Ansteuerung eines bestimmten Schaltzustands verwendet. Es ist eine sichere Detektierung der Drücke sehr gut möglich. Nachteilig sind hier die zusätzlich zum Verdichter erforderliche Vakuumerzeugung am Fahrzeug und die Verwendung einer vakuumfesten Drehdurchführung. Insbesondere die sehr großen, ringförmigen Drehdurchführungen mit den sehr vorteilhaften, geringen Reibmomenten, wie in
DE 10 2012 006 901 B3 dargestellt, sind für Unterdrücke nicht geeignet und könnten nicht verwendet werden.
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Eine weitere Möglichkeit mit nur einem Drucksignal in einer Leitung zwei Schaltzustände zu generieren sind die Flip-Flop-Schaltungen, die bei jedem Druckimpuls einen Schaltvorgang erzeugen, um so zwei Schaltstellungen jeweils abwechselnd realisieren können. Da die üblichen, pneumatischen Flip-Flop-Ventile ständig zwischen zwei Schaltzuständen wechseln solange ein Drucksignal anliegt, können hier nur Flip-Flop-Ventile mit einer mechanischen oder einer pneumatischen Selbsthaltung eingesetzt werden. Geeignet sind hier die diversen Kugelschreibermechaniken. Ein derartiges, bistabiles Ventil mit einer Kugelschreibermechanik ist in
DE 10 2008 038 437 dargestellt. In
DE 10 2006 021 712 ,
DE 10 2007 053 260 ,
DE 10 2009 011 236 und
EP 2 226 205 ist eine radseitige Ventiltechnik dargestellt, die mit einer nicht näher erläuterten Flip-Flop-Mechanik ausgerüstet ist. Bei jedem Druckimpuls wird die Ventiltechnik zwischen zwei Schaltstellungen umgesteuert. So z. B. von der Schaltstellung „Reifendruck erhöhen” in die Schaltstellung „Reifendruck reduzieren” usw. Sehr problematisch ist hier der hohe mechanische Aufwand für eine sichere bistabile Flip-Flop-Technik, der hier leider absichtlich nicht offenbart wird. Es fehlt insbesondere die Möglichkeit eine Schaltstellung gezielt anzusteuern und den jeweils aktuellen Schaltzustand zu erkennen. Signalstörungen sind bei Landmaschinen in der Praxis nicht zu verhindern und könnten hier zu Fehlschaltungen führen. Für den Einsatz an Landmaschinen erscheint die Technik eher nicht geeignet.
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DIE AUFGABENSTELLUNG
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Eine einkanalige Drehdurchführung hat gegenüber einer zweikanaligen Drehdurchführung einen deutlich geringeren Raumbedarf, deutlich geringere Reibmomente, deutlich geringere Herstellkosten und wesentlich größere Strömungsquerschnitte bei gleichem Raumbedarf, was wiederum geringere Druckverstellzeiten ermöglicht. Diese Vorteile sollen unbedingt erhalten werden und die Nachteile des Standes der Technik sollen dabei mit einer neuen, radseitigen Ventiltechnik beseitigt werden. Es gilt für eine Reifendruckverstellanlage mit einer einkanaligen Drehdurchführung eine radseitige Ventiltechnik zu schaffen, welche die derzeitigen Nachteile des Standes der Technik für den geplanten Einsatz nicht besitzt. Erfindungsgemäß soll sich eine aufwändige Flip-Flop-Technik erübrigen, sollen geringe, zu detektierende Druckunterschiede und Unterdrücke zur Steuerung unbedingt vermieden werden.
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DIE LÖSUNG
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Es gilt eine neue Lösung ohne eine aufwändige Flip-Flop-Technik zu finden, die geeignet ist einen aktuellen Druck nach weiteren Merkmalen als dem bloßen Vorhandensein von Druck, zu unterscheiden. Wenn bisher die Drucksignale nur nach der Höhe der Drücke unterschieden werden, so soll hier erfindungsgemäß nicht die Höhe, sondern nur die Wirkdauer des Drucksignals als Unterscheidungsmerkmal des Druckes benutzt werden. Betrachtet man nur die Wirkdauer des Druckes, so können, insbesondere bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen mit den erforderlichen geringen Reifendrücken, die unvermeidbaren Druckschwankungen bei der Verstellung der Reifendrücke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Funktionsstörungen verursachen, weil hier, wenn nur ein bestimmter Mindestdruck überschritten wird, nicht das exakte Druckniveau entscheidend ist.
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Eine Reifendruckverstellanlage benötigt mindestens drei verschiedene Schaltzustände, den „Reifendruck erhöhen”, den „Reifendruck reduzieren” und den „Reifen absperren”. Der aktuelle Reifendruck kann per Funk zur fahrzeugseitigen Steuerung und zu einem Anzeigedisplay übertragen werden. Die Wirkdauer des Druckes in der Drehdurchführung ist das eigentliche Steuerungssignal zur Umschaltung der radseitigen Ventile. Es wird erfindungsgemäß eine Schaltzeit t0 definiert, die als Schwellwert fungiert. Die Schaltzeit beträgt 0,5 bis 5 Sekunden. Vorzugsweise wird eine Schaltzeit t0 = ca. 2 Sekunden gewählt. Die Wirkzeiten des Druckes in der Drehdurchführung, die kleiner sind als die Schaltzeit t0 werden als kurzzeitiges Signal erkannt und die Wirkzeiten, die größer sind als die Schaltzeit t0 werden langzeitiges Signal erkannt.
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Erfindungsgemäß soll die Erhöhung des Reifendrucks durch einen langzeitigen Druck in der Drehdurchführung erfolgen. Zur Beendigung der Erhöhung des Reifendrucks wird die Drehdurchführung drucklos geschaltet. Die Drehdurchführung ist nur während der Zeit der Druckerhöhung des Reifens mit Druck beaufschlagt.
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Erfindungsgemäß soll die Reduzierung des Reifendruckes durch einen kurzzeitigen Druck in der Drehdurchführung erfolgen. Nach dem kurzzeitigen Druck von z. B. t = ca. 1 Sekunde = t0 – 1 Sekunde erfolgt die Reduzierung des Reifendruckes durch Ablassen der Reifenluft in die Umgebung, ohne die Drehdurchführung zu durchströmen. Dabei wird die Drehdurchführung nicht belastet und ist drucklos. Die Reduzierung des Reifendruckes wird beendet mit einem langzeitigen Druck von z. B. t = ca. 3 Sekunden = t0 + 1 Sekunde. Danach ist die Drehdurchführung drucklos und es stellt sich der Schaltzustand „Reifen absperren” ein. Die Drehdurchführung bleibt drucklos. Besonders vorteilhaft ist hier die geringe zeitliche Belastung der Drehdurchführung quasi nur während der Erhöhung und nicht während der Reduzierung des Reifendruckes.
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EIN AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Lösung soll nachvollziehbar technisch umgesetzt und mit einem Beispiel ausführlich erläutert werden.
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In 1 ist der Verfahrensablauf der Reifendruckverstellung dargestellt. Das Diagramm zeigt den Druckverlauf in der Drehdurchführung als Funktion der Zeit. Die y-Achse zeigt den Druck in der Drehdurchführung und auf der x-Achse ist die Zeit dargestellt. Die zeitlichen Abläufe sind mit Nummern versehen. Bei 1 beginnt eine Druckerhöhung des Reifens. Zwischen 1 und 2 liegt die Schaltzeit t0. Bei 3 ist das Ende der Druckerhöhung im Reifen erreicht. Der Druck wird fahrzeugseitig abgeschaltet. Die Drehdurchführung ist drucklos. Bei 4 wird die Reduzierung des Reifendruckes initiiert. Bei 5 wird die Drehdurchführung vor dem Ablauf (bei 6) der Schaltzeit t0 drucklos geschaltet, um die Reduzierung des Reifendruckes zu starten. Bei 7 wird das Ende der Reduzierung des Reifendruckes initiiert. Bei 8 ist die Schaltzeit t0 abgelaufen. Bei 9 wird die Drehdurchführung drucklos geschaltet und die Reduzierung des Reifendruckes ist abgeschlossen. Zwischen 1 und 3 wird der Reifendruck erhöht und zwischen 4 und 9 wird der Reifendruck reduziert.
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In 2 ist das Schaltschema einer erfindungsgemäßen Ausführung der Reifendruckverstellanlage mit Pneumatiksymbolen dargestellt. Es sind die radseitigen Ventile dargestellt, die an einem Fahrzeugrad zwischen der Drehdurchführung 10 und dem Reifen 11 installiert sind. Die Druckversorgung, hier nicht dargestellt, erfolgt von einem fahrzeugseitigen Kompressor durch die Versorgungsleitung 12, die gesteuert wird von einer fahrzeugseitigen Steuerung. Das Schaltschema in 2 ist in Ruhestellung dargestellt mit einem bestimmten Reifendruck im Reifen 11 und einer drucklosen Drehdurchführung 10. Die gesamte radseitige Ventilvorrichtung umfasst ein federbelastetes Rückschlagventil 13, ein entsperrbares Rückschlagventil 14 und ein pneumatisches Verzögerungsventil 15. Das entsperrbare Rückschlagventil 14 ist beidseitig mit einem Differenzialkolben, der eine große Kolbenfläche 16 und eine kleine Kolbenfläche 17 besitzt, pneumatisch betätigbar und hat eine dominierende Geschlossenstellung, wenn es beidseitig druckbeaufschlagt ist. Bei einer Druckbeaufschlagung nur der kleinen Kolbenfläche 17 öffnet das entsperrbare Rückschlagventil. Das entsperrbare Rückschlagventil 14 sollte zumindest in der Offenstellung eine kraftschlüssige Arretierung 18 aufweisen. Vorzugsweise ist eine kraftschlüssige, bistabile Arretierung 18 installiert. Das Verzögerungsventil 15 ist ein Ventil üblicher Bauart mit einem kleinen Strömungsquerschnitt, da lediglich die Steuerluft für das entsperrbare Rückschlagventil 14 gesteuert werden muss.
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Das federbelastete Rückschlagventil 13 wird nur zur Erhöhung des Reifendrucks benutzt. Das federbelastete Rückschlagventil hat eine Verbindung zum Reifen 11 und zur Drehdurchführung 10 und ist als Sitzventil ausgeführt.
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Das entsperrbare Rückschlagventil 14 wird nur zur Reduzierung des Reifendruckes benutzt, ist mit dem Reifen 11 verbunden und ist als Sitzventil ausgeführt. Das entsperrbare Rückschlagventil 14 hat mit den zwei Hauptanschlüssen einerseits eine sperrbare Verbindung zum Reifen 11 und andererseits eine Verbindung als Abluftanschluss 19 zur freien Umgebung. Die beiden Steueranschlüsse sind einerseits mit dem Verzögerungsventil 15 und andererseits mit der Drehdurchführung 10 verbunden. Die große Kolbenfläche 16 des Differenzialkolbens ist mit dem Verzögerungsventil 15 und die kleine Kolbenfläche 17 ist mit der Drehdurchführung 10 verbunden.
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Mit dem Verzögerungsventil 15 wird nur das entsperrbare Rückschlagventil 14 gesteuert. Das Verzögerungsventil 15 hat keine direkte Verbindung zum Reifen 11. Das Verzögerungsventil 15 hat z. B. eine Schaltzeit t0 von ca. 2 Sekunden und ist in der Normalstellung geschlossen. Nach Ablauf der Schaltzeit t0 wird das Verzögerungsventil 15 geöffnet, das entsperrbare Rückschlagventil 14 wird an beiden Kolbenflächen 16 und 17 an den Steuerleitungen druckbeaufschlagt und das entsperrbare Rückschlagventil 14 nimmt die dominierende Geschlossenstellung ein. Das in Ruhestellung geschlossene Verzögerungsventil 15 ist ein pneumatisches Standardventil und soll hier nicht detailliert erläutert werden.
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In 3 ist ein Schnitt durch das entsperrbare Rückschlagventil 14 in 2 als eine beispielhafte Ausführung dargestellt. Das Ventil ist ein 2/2-Ventil mit den Hauptanschlüssen 20 und 21, wobei der Anschluss 20 die Verbindung zum Reifen 11 in 2 darstellt. Der Anschluss 21 stellt den Abluftanschluss 19 in 2 als Verbindung zur freien Umgebung dar. Der Anschluss 21 ist gesperrt dargestellt. Die Anschlüsse 22 und 23 sind die pneumatischen Steueranschlüsse. Wird nur der Steueranschluss 22 mit Druck beaufschlagt, so wird das Ventil geöffnet. Werden der Steueranschluss 23 und 22 mit Druck beaufschlagt wird das Ventil geschlossen und der Durchgang von 20 nach 21 ist gesperrt, weil der Differenzialkolben 24 für den Schließvorgang des Ventils eine große Kolbenfläche 16 und für den Öffnungsvorgang eine kleine Kolbenfläche 17 besitzt. Der Differenzialkolben 24 ist gleichzeitig der eigentliche Ventilkolben mit dem Dichtsitz 25. Die Normalstellung des Ventils ist die geschlossene Stellung wie dargestellt. Zur kraftschlüssigen, bistabilen Arretierung der beiden Ventilstellungen offen und geschlossen sind beispielhaft die Magnete 26 vorgesehen.
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In 4 ist ein Schnitt durch das entsperrbare Rückschlagventil 14 in 2 als eine weitere beispielhafte Ausführung mit identischer Funktion wie in 3 dargestellt. Besonders vorteilhaft ist in dieser Ausführung gegenüber der Ausführung in 3 der Verzicht auf gleitenden Dichtungen zur Abdichtung von Anschluss 20. Zur kraftschlüssigen, bistabilen Arretierung der beiden Ventilstellungen offen und geschlossen ist hier beispielhaft eine mechanische federbelastete Kugelrastung 27 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Start Reifendruck erhöhen/Schaltzeit startet
- 2
- Schaltzeit abgelaufen
- 3
- Drehdurchführung drucklos/Ende Reifendruck erhöhen
- 4
- Start Reifendruck reduzieren
- 5
- Drehdurchführung drucklos/Schaltzeit startet
- 6
- Schaltzeit abgelaufen
- 7
- Reifendruckreduzierung beenden/Schaltzeit startet
- 8
- Schaltzeit abgelaufen
- 9
- Drehdurchführung drucklos/Reifendruckreduzierung beendet
- 10
- Drehdurchführung
- 11
- Reifen
- 12
- Fahrzeugseitige Druckversorgung/fahrzeugseitig gesteuert
- 13
- Federbelastetes Rückschlagventil
- 14
- Pneumatisch entsperrbares Rückschlagventil mit Differenzialkolben
- 15
- Verzögerungsventil mit Normalstellung geschlossen
- 16
- Große Kolbenfläche
- 17
- Kleine Kolbenfläche
- 18
- Bistabile Arretierung
- 19
- Abluftanschluss
- 20
- Hauptanschluss/Verbindung zum Reifen
- 21
- Hauptanschluss/Verbindung zum Abluftanschluss
- 22
- Steueranschluss/Ventil öffnen
- 23
- Steueranschluss/Ventil schließen
- 24
- Differenzialkolben/Ventilkolben
- 25
- Ventilsitz
- 26
- Magnete
- 27
- Kugelrastung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3247371 [0004]
- DE 19804249 [0004]
- JP 2000255228 [0005]
- DE 102012006901 B3 [0005]
- DE 102008038437 [0006]
- DE 102006021712 [0006]
- DE 102007053260 [0006]
- DE 102009011236 [0006]
- EP 2226205 [0006]