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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das schnelle Befüllen eines Reifens mit einem Reifenfüllgas auf einen Reifenzieldruck durch eine verschließbare Reifenöffnung des Reifens mit einer Reifenfüllvorrichtung, wobei mit der Reifenfüllvorrichtung in der Reifenöffnung das Reifenfüllgas mit einem Hochfülldruck bereitstellbar ist, wobei in einem Hochdruckfüllschritt der Reifen mit dem Reifenfüllgas kontinuierlich befüllt wird, bis ein in dem Reifen herrschender Reifeninnendruck einen Reifenmitteldruck erreicht, wobei in einem Zieldruckanpassschritt der Reifeninnendruck des Reifens auf den Reifenzieldruck angepasst wird.
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Bei der Serienmontage von Kompletträdern mit Felgen und radial außen um die Felgen herum angeordneten schlauchlosen Reifen werden die Kompletträder zumeist mittels Reifenglocken befüllt. Dabei liegt das Komplettrad mit einer ersten Seitenfläche auf einer die erste Seitenfläche abdichtenden Auflageplatte auf. Die einer zweiten Seitenfläche des Komplettrades gegenüberliegende Reifenglocke wird mit ihrem Außenrand gegen eine Seitenwand des Reifens gedrückt und das Komplettrad durch die derart geformte kreisförmige Öffnung zwischen der Reifenseitenwand und einem Felgenhorn der Felge bis zu einem Reifenzieldruck mit einem Reifenfüllgas befüllt.
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Die Reifenfüllglocken werden typischerweise bei der Serienmontage von Personenkraftwagen (PKW)-Reifen eingesetzt, wobei ein Durchmesser des Außenrands der Reifenglocke an den Durchmesser der zu befüllenden Reifen angepasst ist. Für die Serienmontage von Lastkraftwagen (LKW)-Reifen sind aufgrund der geringen Stückzahlen der montierten LKW-Reifen als auch der größeren Dimensionen der LKW-Reifen verglichen zu den PKW-Reifen die Investitionskosten für die Anschaffung von für die Serienmontage von den LKW-Reifen geeigneten Reifenfüllglocken vergleichsweise hoch.
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In der Praxis werden die LKW-Reifen typischerweise bei der Serienmontage über eine Ventileinrichtung befüllt, wobei die Ventileinrichtung ein handelsübliches Autoventil ist. Eine Befüllung über das Autoventil ist sehr zeitaufwendig und kann beispielsweise bei LKW-Reifen mehrere Minuten dauern. Die Befüllung über das Ventil erfolgt im Allgemeinen nicht kontinuierlich, da eine Druckmessung eines in dem Reifen herrschenden Innendrucks über das Autoventil bei gleichzeitigem Befüllen des Reifens über das Autoventil praktisch nicht möglich ist.
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Der Reifen wird vielmehr in einer Vielzahl von Befüllschritten gefüllt, wobei zwischen den Befüllschritten ein in dem Reifen herrschender Reifeninnendruck gemessen wird. Hierfür wird beispielsweise eine Überdruck generierende Einrichtung der Reifenfüllvorrichtung von einem mit dem Autoventil druckleitend verbundenen Füllschlauch durch ein Ventil getrennt, ein in dem Füllschlauch im Vergleich zu dem Reifeninnendruck herrschender Überdruck abgelassen und der Reifeninnendruck mit einem mit dem Füllschlauch druckleitend verbundenen Manometer gemessen. Ein derartiges Befüllen des Reifens ist sehr zeitaufwendig.
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Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird es angesehen, das eingangs beschriebene Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass ein Reifen schnell und einfach befüllt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Hochdruckfüllschritt der Reifen für eine vorgegebene Hochdruckfüllzeit bei dem Hochfülldruck befüllt wird und dass nach Beendigung des Hochdruckfüllschritts automatisch von dem Hochdruckfüllschritt auf den Zieldruckanpassschritt umgeschaltet wird.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Reifen schnell und sicher auf den Reifenzieldruck befüllt werden. Der Reifen kann beispielsweise ein schlauchloser Reifen oder auch einer mit einem Schlauch gefüllter Reifen sein. Bei dem Reifen kann es sich um einen Reifen für unterschiedliche Fahrzeuge wie beispielsweise PKW, LKW, Landmaschinen oder Luftfahrzeuge handeln. Je nach Fahrzeugtyp kann der Reifenzieldruck beispielsweise zwischen 2 und 10 bar liegen. Der Reifenzieldruck kann auch in Abhängigkeit von weiteren Parametern des jeweiligen Fahrzeugtyps wie beispielsweise einer Zuladung variieren.
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Die verschließbare Reifenöffnung kann eine Ventileinrichtung wie ein handelsübliches Autoventil sein, gefertigt aus einem gummiartigen Material oder aus einem Metall wie Edelstahl. Es ist auch möglich und erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass vor dem Hochdruckfüllschritt das Ventil aus der Reifenöffnung entfernt wird, um einen Reifenöffnungsquerschnitt der Reifenöffnung zu erhöhen. In diesem Fall wird nach dem Befüllen des Reifens das Ventil wieder in die Reifenöffnung eingesetzt. Bei dem Reifenfüllgas kann es sich um die Umgebungsluft oder beispielsweise um inerte Gase wie Stickstoff oder Helium handeln.
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Während des Hochdruckfüllschritts wird der Reifen mit dem Reifenfüllgas befüllt, so dass der Reifeninnendruck bis zu dem Reifenmitteldruck erhöht wird. Der Reifenmitteldruck kann dabei sowohl oberhalb als auch unterhalb des Reifenzieldrucks liegen. Die kontinuierliche Befüllung des Reifens während des Hochdruckfüllschritts erfolgt ohne Unterbrechung beispielsweise für eine Messung des Reifeninnendrucks. Die Befüllung des Reifens während des Hochdruckfüllschritts erfolgt für eine für den jeweiligen Reifen vorgegebene Hochdruckfüllzeit.
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Nach Ablauf der Hochdruckfüllzeit wird automatisch von dem Hochdruckfüllschritt auf den Zieldruckanpassschritt umgeschaltet. Dieses automatische Umschalten kann beispielsweise mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung erfolgen. Während des Zieldruckanpassschritts wird dann der Reifeninnendruck von dem Reifenmitteldruck auf den Reifenzieldruck gebracht. Dies kann beispielsweise durch ein Ablassen des Reifenfüllgases aus dem Reifen oder durch Befüllen des Reifens mit einem von dem Hochfülldruck abweichenden Druck erfolgen.
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Es ist möglich und erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass das Verfahren in der Serienmontage von Reifen auf einem Förderband, vorzugsweise auf einem näherungsweise ringförmig verlaufenden Förderband erfolgt, so dass in letztgenanntem Fall die Befüllung in einem Rundtaktverfahren erfolgen kann. Vorteilhafterweise werden Füllschläuche im Bereich des vorzugsweise näherungsweise ringförmig geführten Förderbands manuell oder gegebenenfalls automatisch vor dem Befüllen des Reifens mit der Ventileinrichtung verbunden und nach dem Befüllen gelöst.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der während des Hochdruckfüllschritts von der Reifenfüllvorrichtung bereitgestellte Hochfülldruck in einem konstanten vorgegebenen Hochdruckbereich verbleibt. Der von der Reifenfüllvorrichtung bereitgestellte Hochfülldruck verbleibt während der Hochdruckfüllzeit näherungsweise konstant in dem Hochfülldruckbereich. Der Hochfülldruck kann beispielsweise kurzeitig bei einem Schalten von Ventileinrichtungen wie zu Beginn des Hochdruckfüllschritts variieren. Bereichsgrenzen des Hochdruckbereichs liegen vorteilhafterweise 1 bar oberhalb und 1 bar unterhalb des Hochfülldrucks.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Hochdruckfüllzeit derart vorgegeben wird, dass durch ein von der Reifenfüllvorrichtung durch die verschließbare Reifenöffnung in den Reifen gefülltes Hochdruckgasvolumen des Reifenfüllgases der Reifeninnendruck des Reifens von einem Umgebungsdruck auf den Reifenmitteldruck erhöht wird. Bei der Vorgabe der Hochdruckfüllzeit kann vorteilhafterweise auch eine üblicherweise auftretende Leckage berücksichtigt werden. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Reifeninnendruck des Reifens während des Hochdruckfüllschritts auf den Reifenmitteldruck gebracht für den Fall das keine unerwünschte Leckage auftritt. Dies ist näherungsweise der Fall bei Reifen mit einem Reifenschlauch als auch bei schlauchlosen Reifen bei welchen die Seitenwand des Reifens kraftschlüssig an dem Felgenhorn der Felge anliegt.
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Bei der Serienmontage von Kompletträdern größerer Durchmesser wie von LKW-Reifen ist dies häufig nicht der Fall. Hier wird während des Hochdruckfüllschritts die Seitenwand des Reifens von dem unter dem Hochfülldruck in den Reifen gefüllten Reifenfüllgas gegen das Felgenhorn gedrückt, sodass der Reifen abgedichtet wird. Daher liegt der in dem Reifen herrschende Reifenmitteldruck unterhalb eines ohne die Leckage möglichen Reifenmitteldrucks.
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Es ist auch möglich und erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass die für die Abgabe des Hochdruckgasvolumens notwendige Hochdruckfüllzeit mit einem reifentypabhängigen und gegebenenfalls felgentypabhängigen Leckagekorrekturfaktor multipliziert wird, so dass bei dem während des Hochdruckfüllschritt die Leckage aufweisende Reifen nach dem Hochdruckfüllschritt näherungsweise den Reifenmitteldruck aufweist.
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Vorteilhafterweise wird die vorgesehene Hochdruckfüllzeit anhand von auf dem jeweiligen Reifen dargestellten Reifeninformationen ermittelt, vorzugsweise automatisch ermittelt. Die Hochdruckfüllzeit kann auch alternativ mittels einer Kameraeinrichtung aus den Dimensionen des Reifens bestimmt werden.
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Um die Sicherheit des Verfahrens bezüglich des Befüllens des Reifens oberhalb eines Berstdrucks sicherer auszugestalten ist es möglich und erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass bei dem Hochdruckfüllschritt ein Volumenstrom des in den Reifen gefüllten Reifenfüllgases gemessen wird. Der Volumenstrom kann beispielsweise mit einem Hitzdraht-Anemometer oder einem Coriolis-Massenflussmesser bestimmt werden.
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In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der Hochfülldruck zwischen 15 bar und 20 bar liegt, vorzugsweise 18 bar ist. Auf diese Weise kann der Reifen schnell befüllt werden ohne dass beispielsweise die Ventileinrichtung beschädigt wird.
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Bei einer vorteilhaften Umsetzung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem Zieldruckanpassschritt der Reifen bei einem Niederfülldruck mit dem Reifenfüllgas befüllt wird, um den Innendruck des Reifens auf den Reifenzieldruck zu erhöhen. Derart kann der Reifen schnell bei dem Hochfülldruck oberhalb des Berstdrucks des Reifens bis zu dem Mitteldruck befüllt werden und nach Beendigung des Hochdruckfüllschritts sicher bei dem Niederfülldruck bis zu dem Reifenzieldruck befüllt werden.
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In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass bei dem Zieldruckanpassschritt der Reifen kontinuierlich für eine Niederdruckfüllzeit befüllt wird. Bei der kontinuierlichen Befüllung des Reifens während des Zieldruckanpassschritts ohne Unterbrechung für beispielsweise Druckmessungen kann der Reifen zügig bis zu dem Reifenzieldruck befüllt werden.
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Um das Verfahren besonders sicher und technisch einfach umsetzbar auszugestalten ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei dem Zieldruckanpassschritt der Niederfülldruck dem Reifenzieldruck entspricht.
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Um den Niederfülldruck an den Reifenzieldruck gängiger Reifen anpassen zu können ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Niederfülldruck zwischen 2 bar und 11 bar, vorzugsweise zwischen 5 bar und 9 bar liegt.
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Es ist möglich und erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass der Reifen in dem Hochdruckfüllschritt mit dem Reifenfüllgas kontinuierlich bei dem Hochfülldruck für eine vorgegebene Hochdruckfüllzeit befüllt wird, wobei nach der Hochdruckfüllzeit automatisch in den Zieldruckanpasschritt umgeschaltet wird und während des Zieldruckanpasschritts der Reifen mit dem Reifenfüllgas bei dem Niederfülldruck auf den Reifenzieldruck gebracht wird, wobei der Niederfülldruck dem Reifenzieldruck entspricht.
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Um den Reifen beispielsweise auf eine Druckbeständigkeit bei dem Reifeninnendruck für den Reifenzieldruck kontrollieren zu können ist in einer alternativen vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass in dem Zieldruckanpassschritt das Reifenfüllgas aus dem unter dem Mitteldruck stehenden Reifen abgelassen wird um den Innendruck des Reifens auf den Reifenzieldruck abzusenken.
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Es ist auch möglich und erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass nach dem Hochdruckfüllschritt ein Druckmessschritt bei welchem der Reifeninnendruck gemessen wird nachgeschaltet ist. Dabei kann je nach dem in dem Reifen vorherrschenden Druck unter- oder oberhalb des Reifenzieldrucks der Reifen bei dem Niederfülldruck befüllt oder Reifenfüllgas abgelassen werden.
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Um das Verfahren technisch einfach umsetzbar auszugestalten ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Reifenfüllvorrichtung für das Bereitstellen des Hochfülldrucks und des Niederfülldrucks ausschließlich einen Kompressor aufweist. Bei dem Kompressor kann es sich beispielsweise um einen Hubkolbenkompressor, einen Membrankompressor, einen Freikolbenkompressor, einen Vielzellenkompressor oder einen Schraubenkompressor handeln.
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Um Reifen mit verschiedenen Reifenzieldrücken schnell und einfach befüllen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Umsetzung des Verfahrens vorgesehen, dass die Reifenfüllvorrichtung einen Druckminderer, vorzugsweise einen regelbaren Druckminderer, besonders vorzugsweise einen automatisch regelbaren Druckminderer für das Bereitstellen des Niederfülldrucks aufweist. Bei der Verwendung eines regelbaren Druckminderers kann ein einziger Kompressortank des Kompressors verwendet werden, um zwischen dem Hochfülldruck und dem Niederfülldruck umschalten zu können.
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Um mit dem Verfahren schneller zwischen dem Hochfülldruck auf den Niederfülldruck umschalten zu können ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Reifenfüllvorrichtung für das Bereitstellen des Hochfülldrucks einen Hochdrucktank und für das Bereitstellen des Niederfülldrucks einen Niederdrucktank aufweist. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Verfahrens ist der vorzugsweise regelbare Druckminderer mit dem Niederdrucktank druckleitend verbunden, um an der Reifenöffnung den Niederfülldruck bereit zu stellen. Zwischen dem Hochfülldruck und dem Niederfülldruck kann schnell und einfach mit einer vorzugsweise schaltbaren Umschaltventileinrichtung umgeschaltet werden, so dass die Reifenöffnung zur Befüllung mit dem Hochfülldruck mit dem Hochdrucktank druckleitend verbunden ist, wobei die Reifenöffnung zur Befüllung mit dem Niederfülldruck mit dem Niederdrucktank verbunden ist. Der Hochdrucktank und der Niederdrucktank können druckleitend mit nur dem einen Kompressor verbunden sein, um den jeweiligen Drucktank mit nur dem einen Kompressor mit Überdruck zu beaufschlagen.
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In vorteilhafter Weise ist in einer alternativen Ausgestaltungsform des Verfahrens vorgesehen, dass ein Hochdruckkompressor den Hochfülldruck und ein Niederdruckkompressor den Niederfülldruck bereitstellen. Es ist auch möglich und erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass der eine Kompressor direkt den Hochfülldruck bereitstellt und der Niederdruck von dem mit dem Druckminderer druckleitend verbundenen Niederdrucktank bereitgestellt wird.
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Die speicherprogrammierbare Steuerung kann die Befüllung des Reifens bei dem Hochfülldruck starten. Die speicherprogrammierbare Steuerung kann nach der Hochdruckfüllzeit die Befüllung des Reifens mit dem Hochfülldruck beenden und das Anspassen auf den Reifenzieldruck beginnen.
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Die Hochdruckfüllzeit kann manuell für einen Reifentyp eingegeben werden. Es ist auch möglich und erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass die Hochdruckfüllzeit für den Reifentyp in einer Datenbank der speicherprogrammierbaren Steuerung hinterlegt ist. Vorteilhafterweise weist die Reifenfüllvorrichtung eine Reifentyperkennungsvorrichtung auf oder ist datenleitend mit der Reifentyperkennungsvorrichtung verbunden, so dass für den zu befüllenden Reifen automatisiert der Reifentyp ermittelt wird und der Reifen mit der speicherprogrammierbaren Steuerung für die dem Reifentyp zugeordnete Hochdruckfüllzeit bei dem Hochfülldruck befüllt wird.
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Analog zu der automatisierten Erkennung der Hochdruckfüllzeit kann bei einer automatisierten Erkennung des Reifenzieldrucks für den jeweiligen Reifentyp verfahren werden, wobei von der speicherprogrammierbaren Steuerung mit dem regelbaren Druckminderer automatisiert auf den für den jeweiligen Reifentyp hinterlegten Niederfülldruck geschaltet werden kann.
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Für das Umschalten von dem Hochdruckfüllschritt auf den Zieldruckanpasschritt oder gegebenenfalls den Niederdruckfüllschritt kann die speicherprogrammierbare Steuerung die schaltbare Umschaltventileinrichtung automatisiert schalten.
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Die Erfindung betrifft auch eine Reifenfüllvorrichtung zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens.
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Nachfolgend wird der Erfindungsgedanke anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Reifenfüllvorrichtung sowie auf einem Förderband um die Reifenfüllvorrichtung geführte Kompletträder und
- 2 einen schematischen Funktionsplan der in 1 dargestellten Reifenfüllvorrichtung.
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In 1 ist ein Förderband 1 dargestellt, auf welchem Kompletträder 2 um eine Reifenfüllvorrichtung 3 geführt werden. Jedes der Kompletträder 2 umfasst eine Felge 4, einen Reifen 5 und eine verschließbare Reifenöffnung 6, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als handelsübliches aus Edelstahl gefertigtes Autoventil ausgeführt ist. Eine Reifenfüllvorrichtung 7 ist über Füllschläuche 8 mit der verschließbaren Reifenöffnung 6 zweier der Kompletträder 2 druckleitend verbunden. Die Füllschläuche 8 sind an einem Füllschlauchhalter 9 angelenkt. Die Reifen 5 werden in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Rundtaktverfahren befüllt. Hierfür wird zunächst der jeweilige Füllschlauch 8 mit der verschließbaren Reifenöffnung 6 verbunden. In Abhängigkeit von auf dem Reifen 5 abgebildeten Reifeninformationen 10 wird der Reifen 5 in einem Hochdruckfüllschritt für eine Hochdruckfüllzeit befüllt und anschließend in dem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel in einem Zieldruckanpassschritt bei einem Niederfülldruck für eine Niederdruckfüllzeit auf den Reifenzieldruck nachbefüllt. Nach Beendigung der Befüllung wird der Füllschlauch 8 von der verschließbaren Reifenöffnung 6 getrennt.
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In 2 ist die in 1 gezeigte Reifenfüllvorrichtung 7 schematisch dargestellt. In der hier dargestellten Ausführungsform wird als ein Reifenfüllgas eine Umgebungsluft verwendet. Das Reifenfüllgas wird durch einen Gaseinlass 11 durch einen Filter 12 über eine Niederdruckleitung 13 in einen Kompressor 14 gesaugt und in dem Kompressor auf einen Hochfülldruck komprimiert. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Reifenfüllgas auf den Hochfülldruck von 18 bar komprimiert. Das Reifenfüllgas wird von dem Kompressor 14 über eine Hochdruckleitung 15 in ein elektrisch regelbares Drei-Wege-Ventil 16 eingespeist. Das Drei-Wege-Ventil 16 ist datenleitend über eine Ventilsteuerleitung 17 mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung 18 verbunden. Das 3-Wege-Ventil weist eine geschlossene Ventilstellung 19 auf. Zum Befüllen der Reifen 5 in dem Hochdruckfüllschritt wird das unter dem Hochfülldruck stehende Reifenfüllgas durch das Drei-Wege-Ventil 16 über eine Hochdruckteilringleitung 20 über einen Gasauslass 21 zu dem hier nicht dargestellten Füllschlauch 8 geleitet. Um den Reifen 5 in dem Zieldruckanpassschritt auf den Reifenzieldruck zu bringen wird durch das 3-Wege-Ventil 16 das Reifenfüllgas über eine Hochdruckleitung 22 über einen regelbaren Druckminderer 23 in die Hochdruckteilringleitung 20 geleitet. Der regelbaren Druckminderer 23 ist mit der speicherprogrammierbaren Steuerung 18 über eine Druckmindersteuerleitung 24 datenleitend verbunden. An dem regelbaren Druckminderer 23 wird auf diese Weise der von dem Kompressor bereitgestellte Hochfülldruck auf einen vorgegebenen Niederfülldruck reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Förderband
- 2
- Kompletträder
- 3
- Reifenfüllvorrichtung
- 4
- Felge
- 5
- Reifen
- 6
- Verschließbare Reifenöffnung
- 7
- Reifenfüllvorrichtung
- 8
- Füllschläuche
- 9
- Füllschlauchhalter
- 10
- Reifeninformationen
- 11
- Gaseinlass
- 12
- Filter
- 13
- Niederdruckleitung
- 14
- Kompressor
- 15
- Hochdruckleitung
- 16
- Drei-Wege-Ventil
- 17
- Ventilsteuerleitung
- 18
- Speicherprogrammierbare Steuerung
- 19
- Geschlossene Ventilstellung
- 20
- Hochdruckteilringleitung
- 21
- Gasauslass
- 22
- Hochdruckleitung
- 23
- Regelbarer Druckminderer
- 24
- Druckmindersteuerleitung
