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Die Erfindung betrifft ein Reifenventil sowie ein Verfahren, mit deren Hilfe ein Kraftfahrzeugreifen befüllt und entleert werden kann.
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Die Reifen von Kraftfahrzeugen haben je nach Untergrund und nach Beladung einen unterschiedlichen, optimalen Reifendruck. Beispielsweise bei losem Untergrund, Sand, Matsch oder ähnliches wird eine möglichst gute Traktion benötigt, die mit einem Reifen mit einem sehr geringen Reifendruck erreicht werden kann. Auf einem ebenen Untergrund wie beispielsweise einer Landstraße ist auch bei einem höheren Reifendruck eine ausreichende Traktion erreicht, wobei ein Reifen mit einem hohen Reifendruck zu weniger Reibung und einem geringeren Spritverbrauch führt. Für einen voll beladenen Lastkraftwagen fällt der optimale Reifendruck höher aus als für eine Leerfahrt. Lastkraftwagen, die im Gelände oder auf Baustellen fahren, wie beispielsweise einem Kipper, sind in der Regel entweder vollkommen leer oder komplett beladen unterwegs, so dass insbesondere für solche Lastkraftwagen der Unterschied zwischen den jeweils optimalen Reifendrücken besonders groß ist.
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Es ist bekannt für eine Reifendruckregelung zwei Luftleitungen vorzusehen, die mit jeweils einem Ventil gesteuert werden, um je nach gewünschten Reifendruck über die eine Luftleitung von einer Druckquelle Luft zuzuführen oder über die andere Luftleitung Luft abzuführen.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis das Befüllen und Entleeren eines Kraftfahrzeugreifen mit einem möglichst geringen konstruktiven Aufwand kostengünstig durchzuführen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die bei einem geringen konstruktiven Aufwand ein kostengünstiges Befüllen und Entleeren eines Kraftfahrzeugreifen ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Reifenventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Reifenventil zum Befüllen und Entleeren eines Kraftfahrzeugreifens vorgesehen mit einem einen Aufnahmeraum begrenzenden hohlen Ventilkörper, wobei der Ventilkörper eine mit dem Aufnahmeraum kommunizierende Einlassöffnung und eine zu der Einlassöffnung axial versetzt angeordnete mit dem Aufnahmeraum kommunizierende Auslassöffnung aufweist, einem im dem Aufnahmeraum des Ventilkörpers axial verschiebbar aufgenommenen Ventilbolzen, einer an dem Ventilkörper abgestützten und an dem Ventilbolzen angreifenden Rückstellfeder, wobei der Ventilbolzen derart konturiert ist, dass in einer ersten Position zum Verschließen des Kraftfahrzeugreifens sowohl die Einlassöffnung als auch die Auslassöffnung geschlossen sind, in einer zur erste Position axial verlagerten zweiten Position zum Entleeren des Kraftfahrzeugreifens sowohl die Einlassöffnung als auch die Auslassöffnung geöffnet sind und in einer zur erste Position und zur zweiten Position axial verlagerten dritten Position zum Befüllen des Kraftfahrzeugreifens die Einlassöffnung geöffnet und die Auslassöffnung geschlossen ist.
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Anstatt für das Befüllen und das Entleeren des Kraftfahrzeugreifens jeweils separat angesteuerte Ventile vorzusehen, ist nur genau ein Reifenventil ausreichend, um sowohl das Befüllen als auch das Entleeren des Kraftfahrzeugreifens vorzunehmen. Hierbei kann insbesondere die zum Befüllen des Kraftfahrzeugreifens vorgesehene an der Einlassöffnung angeschlossene Luftleitung auch zum Entleeren des Kraftfahrzeugreifens verwendet werden, indem in der zweiten Position des Ventilbolzens die Einlassöffnung mit der Auslassöffnung über den Aufnahmeraum des Ventilkörpers kurzgeschlossen wird. Für die einzelnen Betriebszustände „Halten“, bei dem in der ersten Position der Kraftfahrzeugreifen verschlossen ist, „Entleeren“ in der zweiten Position und „Befüllen“ in der dritten Position wird lediglich der Ventilbolzen zwischen den einzelnen Positionen innerhalb des Aufnahmeraums relativ zum Ventilkörper axial verlagert. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass eine Druckquelle zum Befüllen des Kraftfahrzeugreifens im Rahmen einer Reifendruckregelung axial an dem Ventilbolzen entgegen der Federkraft der Rückstellfeder angreifen kann, so dass durch den angreifenden Druck der Druckquelle an dem Ventilbolzen die jeweilige Position des Ventilbolzens ohne großen konstruktiven Aufwand einfach angefahren werden kann. Insbesondere Lastkraftwagen sind mit einem pneumatischen System versehen, dessen Druckquelle zur Betätigung des Reifenventils sowie zum Befüllen und Entleeren des Kraftfahrzeugreifens verwendet werden kann. Durch die mit Hilfe einer Druckquelle leicht ansteuerbaren drei verschiedenen Positionen des Ventilbolzens ist bei einem geringen konstruktiven Aufwand ein kostengünstiges Befüllen und Entleeren eines Kraftfahrzeugreifen ermöglicht.
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An der Auslassöffnung kann ein Drosselelement angeschlossen sein, um das Entleeren des Kraftfahrzeugreifens zu verzögern und durch den nur langsam abfallenden Druck des Kraftfahrzeugreifens einen gewünschten Soll-Druck leichter ansteuern zu können. Zusätzlich oder alternativ kann an der Auslassöffnung ein Schalldämpfer angeschlossen sein, um unnötige Geräuschemissionen beim Entleeren des Kraftfahrzeugreifens zu vermeiden. Insbesondere kann der Schalldämpfer auch eine bewusste Drosselung bereitstellen. Die Einlassöffnung kann insbesondere über eine Drehdurchführung mit einem Reifenschlauch des Kraftfahrzeugreifens gekoppelt sein, so dass das Reifenventil nicht mit dem Kraftfahrzeugreifen mitdrehend ausgeführt sein muss. Der Ventilkörper kann insbesondere in der Art eines einseitig verschlossenen Hohlzylinders ausgestaltet sein. Zwischen dem Ventilbolzen und der verschlossenen Axialseite des Ventilkörpers kann die Rückstellfeder vorgesehen sein. Die Rückstellfeder ist insbesondere als Schraubenfeder, insbesondere Druckfeder, ausgestaltet. An der offenen Axialseite des Ventilkörpers kann der Ventilbolzen in den Aufnahmeraum eingesteckt werden. Gegebenenfalls kann der Ventilbolzen an der offenen Axialseite des Ventilkörpers aus dem Ventilkörper herausragen. Alternativ kann der Ventilbolzen in allen Positionen in dem Ventilkörper versenkt positioniert sein, so dass an der zur offenen Axialseite weisenden Stirnseite des Ventilbolzens eine zumindest teilweise von dem Ventilkörper begrenzte Staudruckkammer ausgebildet ist.
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Insbesondere greift an einer Stirnseite des Ventilbolzens eine Druckquelle zur axialen Verlagerung des Ventilbolzens gegen die Federkraft der Rückstellfeder an. Der Ventilbolzen kann dadurch pneumatisch axial verlagert werden, wobei hierzu insbesondere eine Druckquelle verwendet wird, die in dem Kraftfahrzeug sowieso vorgesehen ist. Insbesondere ist eine Druckquelle zum Aufbau eines pneumatischen Drucks für ein pneumatisches System vorgesehen, das insbesondere bei Lastkraftwagen sowieso vorgesehen ist, wobei diese Druckquelle auch zum Verlagern des Ventilbolzens verwendet wird. Der konstruktive Auswand für das Reifenventil kann dadurch gering gehalten werden.
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Vorzugsweise kommuniziert die Druckquelle zumindest zum Befüllen des Kraftfahrzeugreifens mit dem Aufnahmeraum. Die Druckquelle wird dadurch nicht nur zum Verlagern des Ventilbolzens, sondern auch zum Befüllen des Kraftfahrzeugreifens verwendet. Jeweils separate Druckquellen können dadurch eingespart werden, wodurch der konstruktive Aufwand gering gehalten ist.
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Besonders bevorzugt ist die Rückstellfeder in der zweiten Position des Ventilbolzens maximal entspannt und in der dritten Position des Ventilbolzens maximal verspannt. Die Druckquelle und die Rückstellfeder können insbesondere an unterschiedlichen Axialseiten des Ventilkörpers vorgesehen sein, so dass ein gegenseitiges Stören vermieden ist. Insbesondere wenn an der von der Rückstellfeder weg weisenden Axialseite ein Druck zum Befüllen des Kraftfahrzeugreifens angelegt wird, kann sich ein besonders hoher Druck einstellen, der den Ventilbolzen gegen die Federkraft der Rückstellfeder maximal weit in den Ventilkörper hineindrückt. Bei einer gewünschten Reduktion des Drucks des Kraftfahrzeugreifens ist der von einer Druckquelle bereitgestellte Druck in der Regel minimal, so dass die Rückstellfeder automatisch die zum Entleeren des Kraftfahrzeugreifens vorgesehene zweite Position anfahren kann.
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Insbesondere ist der Ventilbolzen mit dem Ventilkörper lösbar arretierbar, wobei insbesondere eine Arretierung nach dem Kugelschreiberprinzip vorgesehen ist. Dadurch ist es nicht erforderlich einen bestimmten Mindestdruck an dem Ventilbolzen anliegen zu lassen, um in der ersten Position den Kraftfahrzeugreifen zu verschließen.
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Vorzugsweise ist eine an dem Ventilkörper und an dem Ventilbolzen angreifende Arretiereinrichtung vorgesehen, wobei die Arretiereinrichtung eine an dem Ventilkörper axial abgestützte Vorschubhülse aufweist, wobei die Vorschubhülse bei einer axialen Verlagerung in den Ventilkörper hinein mit einem Anschlag an einer gegen die Axialrichtung und in Umfangsrichtung angeschrägte Drehrampe des Ventilkörpers anschlagbar ist, wobei der Anschlag der Vorschubhülse nach einem Abgleiten an der Drehrampe in einer in Umfangsrichtung verdrehten Stellung von der Rückstellfeder mit einem axialen Bewegungsanteil in Richtung aus dem Ventilkörper heraus gegen eine zur Drehrampe nachfolgenden Halterampe des Ventilkörpers anpressbar ist, wobei der Ventilbolzen nach einer weiteren axialen Verlagerung des Ventilbolzens in den Ventilkörper hinein in Umfangsrichtung an der Halterampe vorbei verdrehbar ist und von der Rückstellfeder in eine maximal aus dem Ventilkörper ausgefahrene Position axial verlagerbar ist. Die Arretiereinrichtung kann dadurch nach dem Kugelschreiberprinzip durch eine Abfolge von kurzen Druckstößen die einzelnen Positionen des Ventilbolzens ansteuern. Bei der maximal eingefahrenen Position des Ventilbolzens, insbesondere die zum Befüllen vorgesehene dritte Position, ist sowieso ein hoher Druck angelegt, so dass in dieser Position ein axiales Abstützen des Ventilbolzens mit Hilfe der Rückstellfeder nicht erforderlich ist. Insofern ist es ausreichend, wenn die Arretiereinrichtung nur zwei Arretierstellungen vorsieht, die insbesondere der ersten Position und der zweiten Position entsprechen. Für die maximal ausgefahrene Position des Ventilbolzens kann ein, beispielsweise von einem Deckel und/oder einer radial nach innen abstehenden Ansatz des Ventilkörpers ausgebildeter, Axialanschlag vorgesehen sein, gegen den die Rückstellfeder den Ventilbolzen an der Halterampe vorbei drücken kann.
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Besonders bevorzugt ist die Einlassöffnung von einem ersten Rückschlagventil und/oder die Auslassöffnung von einem zweiten Rückschlagventil verschließbar, wobei das ersten Rückschlagventil und/oder das zweite Rückschlagventil ein von dem Ventilbolzen verlagerbares Schließelement, insbesondere eine federbelastete Kugel, aufweist. Das Schließelement des jeweiligen Rückschlagventils kann von radial außen durch die Einlassöffnung beziehungsweise die Auslassöffnung etwas in den Aufnahmeraum hineinragen, so dass der Ventilbolzen bei einer axialen Verlagerung mit einer, insbesondere angeschrägten, Kontaktfläche an dem Schließelement anschlagen und das Schließelement von der als Dichtsitz wirkenden Einlassöffnung beziehungsweise Auslassöffnung abheben lassen kann, wodurch das jeweilige Rückschlagventil geöffnet werden kann. Das Verschließen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erfolgt mit Hilfe des jeweiligen Rückschlagventils, so dass der Ventilbolzen keine Dichtfunktion ausfüllen muss. Der Reifenventil ist dadurch entsprechend einfach und kostengünstig ausgestaltet.
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Insbesondere weist der Ventilbolzen eine erste radiale Vertiefung zum Schließen der Einlassöffnung und eine zweite radiale Vertiefung zum Schließen der Auslassöffnung auf, wobei die axiale Erstreckung der ersten Vertiefung geringer als die axiale Erstreckung der zweiten Vertiefung ausgestaltete ist. Durch die unterschiedliche axiale Länge der Vertiefungen kann durch eine einfache konstruktive Ausgestaltung des Ventilbolzens berücksichtigt werden, dass in den axial zueinander beabstandeten drei Positionen des Ventilbolzens die Einlassöffnung einmal mehr als die Auslassöffnung geöffnet ist. Die jeweilige Vertiefung ist insbesondere durch eine Verringerung des Durchmessers des insbesondere im Wesentlichen zylindrischen Ventilbolzen im Vergleich zum Außendurchmesser ausgebildet, wobei vorzugsweise die axialen Enden der Vertiefungen zur Radialebene angeschrägt ausgeführt sind. Die angeschrägten axialen Enden der Vertiefungen können jeweils eine Kontaktfläche ausbilden, die an einem Schließelement, insbesondere Kugel, von die Einlassöffnung beziehungsweise die Auslassöffnung versperrenden Rückschlagventilen anschlagen, um durch eine Verlagerung des jeweiligen Schließelements in einer Richtung radial zum Ventilkörper das Rückschlagventil zu öffnen.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Ventilbolzen und dem Ventilkörper ein Ringspalt zum Durchleiten von Luft ausgebildet. Der Ventilbolzen kann mit einem deutlichen Spiel in dem Ventilkörper aufgenommen sein, so dass dieses Spiel den Ringspalt ausbilden kann. Durch die geringen Toleranzanforderungen können die Herstellungskosten reduziert sein. Über den Ringspalt kann von einer Druckquelle bereitgestellt Luft an die Eingangsöffnung geleitet werden. Zudem kann über den Ringspalt Luft aus dem Kraftfahrzeugreifen über die Einlassöffnung an die Auslassöffnung geleitet werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Befüllen und Entleeren eines Kraftfahrzeugreifens, bei dem ein Reifenventil, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, einen axial an dem Ventilbolzen gegen eine Federkraft der Rückstellfeder angreifenden Druck, insbesondere ein impulsartiger Druckstoß, zwischen der ersten Position, der zweiten Position und der dritten Position verlagert wird, wobei insbesondere der Ventilkörper in die maximal weit in den Ventilkörper eingefahrene Position verlagert wird, bevor der Ventilkörper in die maximal weit aus den Ventilkörper ausgefahrene Position verlagert wird. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand des Reifenventils erläutert aus- und weitergebildet sein. Durch die mit Hilfe einer Druckquelle leicht ansteuerbaren drei verschiedenen Positionen des Ventilbolzens ist bei einem geringen konstruktiven Aufwand ein kostengünstiges Befüllen und Entleeren eines Kraftfahrzeugreifen ermöglicht.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittansicht eines Reifenventils in einer ersten Position,
- 2: eine schematische Schnittansicht des Reifenventils aus 1 in einer zweiten Position und
- 3: eine schematische Schnittansicht des Reifenventils aus 1 in einer dritten Position.
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Das in 1 dargestellte Reifenventil 10 für einen Kraftfahrzeugreifen, insbesondere eines Lastkraftwagens, weist einen als einseitig geschlossener Hohlzylinder ausgestalteten Ventilkörper 12 auf, in dessen Aufnahmeraum 13 ein Ventilbolzen 14 axial verschiebbar aufgenommen ist. Zwischen dem Ventilbolzen 16 und der geschlossenen Axialseite des Ventilkörpers 12 ist eine als Druckfeder ausgestaltete Rückstellfeder 16 vorgesehen. Der Ventilkörper 12 weist in seiner Mantelfläche eine Einlassöffnung 18 und eine in axialer Richtung und insbesondere zusätzlich in Umfangsrichtung zu der Einlassöffnung 18 versetzte Auslassöffnung 20 auf, die jeweils von einem als Kugel ausgestalteten Schließelement 22 von radial außen her geschlossen werden kann.
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In der in 1 dargestellten ersten Position des Ventilbolzens 14 sind sowohl die Einlassöffnung 18 als auch die Auslassöffnung 20 verschlossen, so dass ein Druck des an der Einlassöffnung 18 angeschlossenen Kraftfahrzeugreifens gehalten werden kann. Hierzu weist der Ventilbolzen 14 eine durch eine Durchmesserverjüngung ausgebildete erste Vertiefung 24 auf, in die das Schließelement 22 der Einlassöffnung 18 hineinragen kann, so dass das Schließelement 22 die Einlassöffnung 18 dicht verschließen kann. Entsprechend weist der Ventilbolzen 14 ebenfalls eine durch eine Durchmesserverjüngung ausgebildete zweite Vertiefung 26 auf, in die das Schließelement 22 der Auslassöffnung 20 hineinragen kann, so dass das Schließelement 22 die Auslassöffnung 20 dicht verschließen kann. Der Ventilbolzen 14 kann durch einen von einer Druckquelle bereitgestellten Druck, der an einer von der Rückstellfeder 16 weg weisenden Stirnseite 28 angreift und sich mit der Federkraft der Rückstellfeder 16 im Gleichgewicht befindet, in der ersten Position gehalten werden. Vorzugsweise ist jedoch der Ventilbolzen 14 über eine nach dem Kugelschreiberprinzip funktionierende Arretiereinrichtung formschlüssig aber lösbar in der ersten Position arretiert, insbesondere verrastet.
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Wenn der an der Stirnseite 28 angreifende Druck reduziert wird, kann die Federkraft der Rückstellfeder 16 den Ventilbolzen 14 weiter aus dem Ventilkörper 12 ausfahren, wie in 2 dargestellt. Hierzu wird insbesondere zuvor ein kurzer Druckimpuls auf die Stirnseite 28 aufgebracht, um die nach dem Kugelschreiberprinzip funktionierende Arretiereinrichtung zu lösen und in eine der in 2 dargestellten zweiten Position des Ventilbolzens 14 entsprechenden Arretierstellung zu bringen. Bei der axialen Verlagerung des Ventilbolzens 14 aus der in 1 dargestellten ersten Position in die in 2 dargestellte zweite Position kann eine am axialen Ende der ersten Vertiefung 24 vorgesehene angeschrägte Kontaktfläche 30 an dem Schließelement 22 der Einlassöffnung 18 anschlagen, so dass das Schließelement 22 nur bis zur radial äußersten Mantelfläche des Ventilbolzens 14 in den Aufnahmeraum 13 eintauchen kann, wodurch die Einlassöffnung 18 gegen eine an dem Schließelement 22 angreifende Federkraft eines Rückschlagventils geöffnet werden kann. Gleichzeitig kann bei der axialen Verlagerung des Ventilbolzens 14 aus der in 1 dargestellten ersten Position in die in 2 dargestellte zweite Position eine am axialen Ende der zweiten Vertiefung 26 vorgesehene angeschrägte Kontaktfläche 30 an dem Schließelement 22 der Auslassöffnung 20 anschlagen, so dass das Schließelement 22 nur bis zur radial äußersten Mantelfläche des Ventilbolzens 14 in den Aufnahmeraum 13 eintauchen kann, wodurch die Auslassöffnung 20 gegen eine an dem Schließelement 22 angreifende Federkraft eines Rückschlagventils geöffnet werden kann. Aus dem Kraftfahrzeugreifen über die Einlassöffnung 18 entweichende Luft kann über einen zwischen dem Ventilbolzen 14 und dem Ventilkörper 12 ausgebildeten Ringspalt 32 zur Auslassöffnung 20 strömen, wodurch der Druck des Kraftfahrzeugreifens reduziert werden kann.
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Wenn an der Stirnseite 28 des Ventilbolzens 14 ein besonders hoher Druck anliegt, kann der Ventilbolzen 14 gegen die Federkraft der Rückstellfeder 16 maximal weit in den Ventilkörper 12 eintauchen, wie in 3 dargestellt. Aufgrund der in axialer Richtung deutlich größeren Erstreckung der zweiten Vertiefung 26 im Vergleich zu ersten Vertiefung 24 ist in der in 3 dargestellten dritten Position des Ventilbolzens 14 die Einlassöffnung 18 aber nicht die Auslassöffnung 20 geöffnet. Die Auslassöffnung 20 ist geschlossen. Der insbesondere von einer Druckluftquelle aufgebrachte Druck lässt Luft von der Stirnseite 28 des Ventilbolzens 14 über den zwischen dem Ventilbolzen 14 und dem Ventilkörper 12 ausgebildeten Ringspalt 32 zur Einlassöffnung 18 strömen, wodurch der Kraftfahrzeugreifen befüllt und der Druck des Kraftfahrzeugreifens erhöht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Reifenventil
- 12
- Ventilkörper
- 13
- Aufnahmeraum
- 14
- Ventilbolzen
- 16
- Rückstellfeder
- 18
- Einlassöffnung
- 20
- Auslassöffnung
- 22
- Schließelement
- 24
- erste Vertiefung
- 26
- zweite Vertiefung
- 28
- Stirnseite
- 30
- Kontaktfläche
- 32
- Ringspalt
