DE2258941A1

DE2258941A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE2258941A1
Application number: DE19722258941
Authority: DE
Inventors: Frederick Vernon Prottey
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1971-12-02
Filing date: 1972-12-01
Publication date: 1973-06-14
Also published as: FR2164237A5; IE37515B1; US3860054A; ZA728256B; SE382946B; AU4930072A; JPS4864634A; JPS55244B2; GB1400430A; AU468418B2; IE37515L; CA964176A; IT972277B

Description

PR. MÜLLER-BORE DIPl.-PHYS. DR. NKNiTZ DIPl.-CHEM. DR. DEUFEL DiPL-ING. FINSTERWALD dipl.-ing. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

D 1397

DUNLOP LIMITED

Dunlop House, Ryder Street, St. James's

London, S₀W,1.

Ventilanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf Ventilanordnungen für Luftreifen.

Wenn ein auf ein Rad montierter Luftreifen während der Fahrt die Luft teilweise oder vollständig verliert, kommen einander gegenüberliegende Flächen im Inneren der aus Luftreifen und Rad gebildeten Baueinheit miteinander in Kontakt, wobei die Belastung je nach dem Ausmaß des Luftverlustes mehr oder weniger hoch ist; die Teile der Innenflächen, die dabei normalerweise einander berühren, sind die Innenflächen des Reifens, die nahe dem

Dr. Müller-Bore Dr. Manitz · Dr. Deufel ■ Dipl.-Ing. Finsterwald Dipl.-Ing. Grämkow Braunschweig, Am Bürgerpark 8 8 München 22, Robert-Koch-Straße 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Marktstraße Telefon (0531) 73887 Telefon (0811) 293645, Telex 5-22050 mbpat Telefon (0711) 567261 Bank: Zentralkasse Bayer. Volksbanken, München, Kto.-Nr.9822 Postscheck: München 95495

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Felgenflansch aber in radialer Richtung auswärts liegen, und die Innenflächen des Reifens, die nahe der Laufflächenkante aber in radialer Richtung einwärts liegen.

Wenn die fraglichen Flächen miteinander in Kontakt kommen, wird in den Kautschuk- und Gewebepartien des Luftreifens eine erhebliche Wärme erzeugt, woraufhin eine sehr schnelle Zerstörung des Gefüges erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß die wichtigste Ursache für die Wärmeerzeugung in der Relativbewegung der sich unter Belastung berührenden Flächen zu suchen ist, und der Temperaturanstieg ist wegen des hohen Reibungskoeffizienten zwischen den sich beruh. renden trockenen Kautschukflächen besonders ausgeprägt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilanordnung zu entwickeln, die sowohl das Aufpumpen eines damit verbundenen Luftreifens als auch die Abgabe von Schmiermittel in das Reifeninnere zur Herabsetzung der erwähnten Reibungskräfte für den Fall, daß der Luftreifen während der Benutzung die Luft teilweise oder vollständig verliert, steuert.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Ventilanordnung zum Aufpumpen eines Luftreifens und zum Abgeben von Schmiermittel an die Innenseite des Reifens dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse mit einer Steuerkammer vorgesehen ist, die mit einem Einlaßventil und einem Auslaßventil versehen ist, daß das Einlaß- und das Auslaßventil so angeordnet sind, daß sie entweder beide geschlossen sind und die Steuerkammer abdichten oder beide geöffnet sind und den Luftdurchtritt durch die Steuerkammer in das Innere eines zugehörigen Luftreifens freigeben, wodurch erreicht wird, daß in der Steuerkammer und in dem Reifeninneren übereinstimmender Druck herrscht, wenn der gewünschte Reifen-

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druck erreicht ist, und daß eine druckempfindliche Einrichtung angebracht ist, die auf Druckunterschiede zwischen der Steuerkammer und dem Inneren des zugehörigen Luftreifens anspricht und das Schmiermittel in das Reifeninnere abgibt, wenn der Druck in der Steuerkammer den Druck im Inneren des zugehörigen Luftreifens um einen vorbestimmten Betrag übersteigt.

Die in der Steuerkammer enthaltene Luft kann von dem Schmiermittel durch eine biegsame Membran getrennt sein, die auf das Schmiermittel einen Druck auszuüben vermag, der dem Luftdruck in der -Steuerkammer gleich ist, um die druckempfindliche Einrichtung diesem Druck auszusetzen. Die biegsame Membran kann auch dehnbar sein. Das Schmiermittel kann aber auch in einem von der Steuerkammer durch eine'Kolbenanordnung getrennten Raum untergebracht sein, wobei die Kolbenanordnung auf das Schmiermittel in dem Raum einen Druck auszuüben vermag, um die druckempfindliche Einrichtung einem Druck auszusetzen, der von dem in der Steuerkammer herrschenden Druck abhängt.

Eine druckempfindliche Einrichtung in Form einer zerreißbaren Membran oder eines zu zerstörenden Ventils, die dem im Reifeninneren herrschenden Druck und dem Schmiermitteldruck ausgesetzt ist, kann so ausgebildet sein, daß sie das Schmiermittel in den Innenraum des Reifens abgibt, wenn der Schmiermitteldruck den Reifendruck um einen vorbestimmten Betrag überschreitet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen :

Fig. 1 ein schematisches Schnittbild einer erfindungsgemässen

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Ventilanordnung; die Zeichnung ist nicht maßstäblich und kann daher keine Angaben über die relative Grosse der verschiedenen Bauteile liefern, sondern dieQt nur zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips;

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt durch eine erste abgeänderte Form der in Fig. 1 dargestellten Ventilanordnung;

Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt durch eine zweite abgeänderte Form der in Fig. 1 dargestellten Ventilanordnung ;

Fig, 4 eine andere Ausführungsmöglxchkeit für die in Fig. 2 gezeigte Bauform.

Eine erfindungsgemässe Ventilanordnung in der in Fig. 1 gezeichneten Bauweise umfaßt ein Gehäuse 1 mit einer Steuerkammer 2, die ein Einlaßventil 3 und ein Auslaßventil *4 besitzt.

Das Einlaßventil 3 besteht aus einem Ventilschaft 5, der mit einer ringförmigen Dichtungsfläche 6 versehen ist, die unter Federdruck in Kontakt mit einem Einlaßventilsitz 7 steht; zur Druckausübung dient eine Druckfeder 8, die zwischen der Rückseite der Dichtungsfläche 6 und einem Anschlag 9 an dem Ventxlanordnungsgehause eingespannt ist.

Das Auslaßventil U besteht aus einem Auslaßventilschaft 10, der mit einer ringförmigen Dichtungsfläche 11 versehen ist,

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·» O "■

die unter Federwirkung in Kontakt gebracht wird mit einem Auslaßventilsitz 12; zur Druckausübung dient eine Druckfeder 13, die zwischen einem Anschlag 14 an dem Auslaßventxlschaft und einem Anschlag 19 an dem Ventxlanordnungsgehäuse eingespannt ist,

Einlaß- bzw, Auslaßventil 3 bzw. 4· sind axial fluchtend angeordnet, so daß das Öffnen des Einlaßventils 3 durch Niederdrücken des Ventilschafts 5 diesen Schaft gegen den Auslaßventxlschaft 10 stoßen und ihn herunterdrücken läßt, wodurch auch das Auslaßventil 4 geöffnet wird. Einlaß- und Auslaßventile 3 und M- sind demnach so angeordnet, daß sie entweder beide geöffnet sind, so daß ein Luftdurchtritt durch die Steuerkammer 2 in einen zugehörigen Luftreifen 33 möglich ist, oder beide geschlossen, womit die Steuerkammer 2 von dem Atmosphärendruck und von dem Druck in dem zugehörigen Luftreifen 33 abgeschlossen ist,

Ein Ende der Steuerkammer 2 wird durch eine biegsame Membran 15 definiert, die die Luft in der Steuerkammer 2 von einer Schmiermittelmenge 16 abtrennt, die für die Innenfläche des zugehörigen Luftreifens bestimmt und in einem weiteren Raum 17 in dem Ventxlanordnungsgehäuse untergebracht ist. Infolge der Anordnung der Membran 15 ist das Schmiermittel 16 dem Druck in gleicher Höhe ausgesetzt wie die Luft in der Steuerkammer 2 und dieser Druck ist wiederum gleich dem Druck in dem zugehörigen Luftreifen.

Der Raum 16 ist von dem Innenraum des zugehörigen Luftreifens durch eine druckempfindliche Einrichtung in Gestalt einer zerreißbaren Membran 18 getrennt, die reissen kann, wodurch das Sehmiermittel in das Innere des zugehörigen Reifens entlassen wird, wenn die Druckhöhe des Schmiermittels in dem Raum 16 und damit der Luftdruck in der Steu-

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erkammer 2 die Höhe des Luftdrucks in dem zugehörigen Reifen um einen Betrag überschreitet, der mindestens ausreicht, geringe Druckdifferenzen, die beispielsweise durch Änderungen der Temperatur hervorgerufen sein können, aufzufangen.

Nach dem Zerreissen der Membran 18 kann das Schmiermittel vor allem unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in das Innere des zugehörigen Luftreifens gelangen, zunächst allerdings durch eine Kombination von Zentrifugalkraft- und Luftdruckwirkung, Würde in einem anderen Fall eine dehnbare Membran verwendet, könnte der Luftdruck allein zur Abgabe des Schmiermittels ausreichen. In diesem letzteren Fall ist aber das Volumenverhältnis zwischen Steuerkammer und Schmiermittelraum so zu wählen, daß ein ausreichender Druckunterschied zwischen der Steuerkammer und dem Inneren des Luftreifens während des gesamten Vorgangs der Schmiermittelabgabe aufrechterhalten bleibt. Natürlich ist, wenn allein der Luftdruck zum Abgeben des Schmiermittels ausreichen soll, ein grösseres Steuerkammervolumen erforderlich.

Die Ventilanordnung ist so ausgebildet, daß sei an einem zugehörigen Rad in einer Weise befestigt werden kann, die das Auslaßventil und die druckempfindliche Einrichtung in das Innere des zugehörigen Luftreifens hineinragen läßt. Bei einem Rad mit Tiefbettfelge läßt sich das am besten dadurch erreichen, daß das Auslaßventil und die druckempfindliche Einrichtung in das Felgenbett hineinragen.

Die obenbeschriebene und in Fig. 1 wiedergegebene Ventilanordnung arbeitet folgendermaßen:

Der zugehörige Luftreifen wird durch Anschliessen des

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Einlaßventils 3 an eine Druckluftleitung, eine Fußluftpumpe oder eine andere geeignete Pumpe aufgepumpt, wobei der Luftauslaß an der Pumpvorrichtung den Einlaßventilschaft 5 hinunterdrückt und dadurch das Einlaßventil 3 und das Auslaßventil U in der oben beschriebenen Weise öffnet.

Bei geöffnetem Einlaß- und Auslaßventil strömt Luft durch das Einlaßventil 3, durch die Steuerkammer 2 und durch das Auslaßventil 4 in das Innere des zugehörigen Luft-' reifens» Der Luftdruck in der Steuerkammer 2 stimmt demnach mit dem Luftdruck in dem zugehörigen Luftreifen praktisch überein. Der Luftdruck in der Steuerkammer 2 übt auf das Schmiermittel in dem Raum 17 einen Druck aus, indem er die Membran 15 so lange verschiebt, bis der Schmiermitteldruck und der Luftdruck in der Steuerkammer 2 praktisch übereinstimmen.

Wenn der Reifendruck den gewünschten Wert erreicht hat, wird die Aufpumpvorrichtung abgenommen; dadurch werden das Einlaßventil 3 und das Auslaßventil H geschlossen und die Steuerkammer 2 verschlossen, so daß der Druck in der Steuerkammer 2 mit dem Druck in dem das Schmiermittel enthaltenden Raum 17 ebenfalls praktisch gleich dem gewünschten Reifendruck ist, d.h., daß die zerreißbare Membran 18 auf ihren beiden Seiten mit dem gleichen Druck beaufschlagt wird.

Wenn der Reifen während des Gebrauchs Druck verliert, übersteigt der auf die zerreißbare Membran 18 von dem Schmiermittel ausgeübte Druck den von dem Reifendruck auf die Membran ausgeübten Druck. Die zerreißbare Membran 18 kann dabei reissen, wodurch das Schmiermittel aus dem Raum in das Innere des zugehörigen Reifens gelangt, wenn der

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Schmiermitteldruck der Reifendruck um einen vorbestimmten

2 Betrag von beispielsweise 1,05 kg/cm (15 psi) überschrei-

SoIl die Luft aus dem zugehörigen Reifen von Hand abgelassen werden, verhindert das gleichzeitige Offenstehen des Einlaß- und des Auslaßventils ein übermässiges Ansteigen der Druckdifferenz an der zerreißbaren Membran 18 und damit die Abgabe von Schmiermittel,

Natürlich muß das Auslaßventil 4 geschlossen gehalten werden können, wenn der Druck in der Steuerkammer 2 den Druck in dem zugehörigen Reifen übersteigt, zumindest bis die vorbestimmte Druckdifferenz überstiegen und das Schmier· mittel abgegeben ist.

Bei der in Fig. 2 gezeigten abgeänderten Bauweise ist die biegsame Membran 15 durch einen Kolben 20 ersetzt worden. Der Kolben 20 ist mit Dichtungsringen 21 in seiner Mantelfläche versehen, die dafür sorgen, daß kein Schmiermittel 16 in die Steuerkammer 2 eindringt. Im übrigen entspricht die Ventilanordnung im wesentlichen der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen.

Bei der dargestellten Ausführungsform hat der Raum 17 den gleichen Durchmesser wie die Steuerkammer 2, daher ist der Schmiermitteldruck praktisch ebenso hoch wie der Luftdruck in der Steuerkammer 2. Bei dieser Ausführung ist das Volumenverhältnis der Steuerkammer zu dem Schmiermittelraum so zu wählen, daß ein geeigneter Druckunterschied zwischen der Steuerkammer und dem Reifeninneren während der gesamten Zeit des Ausbringens des Schmiermittels aufrechterhalten bleibt, sofern das Schmiermittel mit Hilfe des Luftdrucks ausgegeben werden soll.

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Bei einer Abwandlung (vgl. Fig. 4) der in Fig. 2 gezeichneten Bauweise kann die l<ölbenanordnung 32 an ihren Enden unterschiedlichen Durchmesser 32a und 32b haben; die Kammer 2 bzw. der Raum 17 haben dann eine dem Kolben 32 entsprechende Form. Diese Anordnung kann sich empfehlen, wenn das Schmiermittel durch Luftdruck ausgegeben werden soll; damit die Abgabe schnell erfolgt, ist der Druck vorzugsweise hoch. .

Der Ringraum 34 ist entweder zur Umgebungsluft oder zum Reifeninneren hin durch einen Belüftungskanal 35 geöffnet.

Ist der,Raum 3U zur Umgebungsluft hin freigegeben, und haben die Kammern 2 und 17, wenn die Oberfläche des Kolbenendes 32b halb so groß ist wie die des Kolbenendes 32a, gleiches Volumen, d,h„ wenn das Volumenverhältnis 1 ist,

und wenn ein Reifenluftdruck von 2,1 kg/cm (eO psi) benutzt wird, steht das Schmiermittel unter einem Anfangs-

2
druck von 4,2 kg/cm (60 psi), der gegen Ende des Abgabe-

Vorgangs bis auf etwa 2,1 kg/cm (30 psi) wegen der Volumenänderung der Steuerkammer 2 gefallen ist."Unter diesen Umständen kann die Membran 18 beispielsweise so eingestellt werden, daß sie bei einem Druckunterschied von 3,15 kg/cm (45 psi) reißt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform mit zum Reifeninneren entlüfteten Ringraum 34 würde bei Berücksichtigung der oben-

2 genannten Aufpumpluftdrücke der Druck auf das Fluid 2,1 kg/cm (30 psi) betragen, denn der Luftdruck in dem Raum 34 würde die Hälfte des auf das Kolbenende 32a einwirkenden Drucks kompensieren. Die Membran 18 würde daher erst druckbeaufschlagt werden, wenn der Reifen luftleer ist und die Membran könnte beispielsweise so ausgeführt werden, daß sie bei

2
1,4 kg/cm (20 psi) reißt, d„h. bei einem Verlust an Reifen-

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2
druck von 0,7 kg/cm (10 psi). Mit zunehmendem Abblasen von Luft nimmt offensichtlich der auf das Schmiermittel wirkende Druck zu und erreicht den zweifachen Wert des Drucks in der Steuerkammer 2,

Die in Fig. 3 gezeichnete Bauweise zeigt zwar einen Kolben 20, man kann dabei aber die in Fig. 1 dargestellte Membran 15 verwenden. Diese Abänderung sieht auch den Ersatz der zerreißbaren Membran 18 durch ein Ventil 22 vor, das in beliebiger Weise arbeiten kann.

Das hier gezeigte spezielle Ventil hat einen zylindrischen Korpus 23 aus zwei Abschnitten: einem Abschnitt 24 und einem Abschnitt 25, dessen Durchmesser kleiner ist als der des Abschnitts 24. Der Abschnitt 25 besitzt ein Aussengewinde, das in ein entsprechendes Innengewinde 27 in dem Raum 17 geschraubt wird, wobei ein Dichtungsring 28 zwischen die Stufe 26 und das Gehäuse 1 geschaltet ist.

Der Abschnitt 24 enthält eine Druckfeder 29, die mit ihrem einen Ende fest an der Stufe 26 und mit ihrem anderen Ende an einem Ventilverschlußelement 30 angebracht ist, das einen Dichtungsring 31 aus nachgiebigem Material, beispielsweise aus Gummi, aufweist, und einen Sitz für das'Ende des Abschnitts 24 bildet.

Die Feder 29 wird so stark gewählt, daß sie das Ventil geschlossen hält, bis ein vorbestimmter Druckunterschied,

z.B. 0,7 kg/cm (10 psi) erreicht ist; in diesem Augenblick wird das Verschlußelement 30 von dem Korpus 23 weggedrückt, so daß das Schmiermittel in das Reifeninnere entweichen kann.

Zwar kann die Ventilanordnung bei den oben in Verbindung mit

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den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Bauweisen/auf das Schmiermittel einen Druck ausüben, der dem Druck in der Steuerkammer gleich ist, jedoch braucht der Schmiermitteldruck nicht notwendigerweise gleich dem Druck in der Steuerkammer zu sein (vgl«, die Beschreibung zu Fig. 4) sondern kann gemäß einer vorgegebenen Funktion von dem Steuerkammerdruck abhängen«

Es kann unmöglich oder unerwünscht sein, den das Schmiermittel enthaltenden Raum als eine Fortsetzung der Steuerkammer mit übereinstimmendem Durchmesser auszuführen, -wie in den Fig. 1-3 dargestellt. Der das Schmiermittel enthaltende Raum kann vielmehr beliebiges Fassungsvermögen und beliebige Abmessungen haben und braucht nicht in dem Inneren des zugehörigen Luftreifens untergebracht zu sein.

Entsprechend braucht die druckempfindliche Einrichtung, die die Abgabe des Schmiermittels steuert, selbst nicht notwendigerweise innerhalb des Luftreifens untergebracht zu sein, vorausgesetzt nur, daß sie von dem Reifendruck und dem Schmiermitteldruck beeinflußbar ist.

Die beschriebene Ventilanordnung arbeitet wirkungsvoll, ist kompakt gebaut und billig herzustellen; sie stellt eine einheitliche Anordnung dar, mit der sowohl das Aufpumpen eines zugehörigen Luftreifens als auch die Abgabe von Schmiermittel in das Innere des Luftreifens gesteuert werden kann.

Patentansprüche :

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Claims

Patentansprüche ;

Ventilanordnung zum Aufpumpen eines Luftreifens und zum Abgeben von Schmiermittel an die Innenseite des Reifens,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (1) mit einer Steuerkammer (2) vorgesehen ist, die mit einem Einlaßventil (3) und einem Auslaßventil (4) versehen ist, daß das Einlaß- und das Auslaßventil (3, 4) so angeordnet sind, daß sie entweder beide geschlossen sind und die Steuerkammer (2) abdichten oder beide geöffnet sind und den Luftdurchtritt durch die Steuerkammer (2) in das Innere eines zugehörigen Luftreifens (33) freigeben, wodurch erreicht wird, daß in der Steuerkammer (2) und in dem Reifeninneren übereinstimmender Druck herrscht, wenn der gewünschte Reifendruck erreicht ist, und daß eine druckempfindliche Einrichtung (18) angebracht ist, die auf Druckunterschiede zwischen der Steuerkammer (2) und dem Inneren des zugehörigen Luftreifens (33) anspricht und das Schmiermittel (16) in das Reifeninnere abgibt, wenn der Druck in der Steuerkammer (2) den Druck im Inneren des zugehörigen Luftreifens (33) um einen vorbestimmten Betrag übersteigt.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in der Steuerkammer (2) von dem Schmiermittel (16) durch eine biegsame Membran (15) getrennt

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ist, die auf das Schmiermittel (16) einen Druck auszuüben vermag, der dem Luftdruck in der Steuerkammer (2) gleich ist, um die druckempfindliche Einrichtung (18) diesem Druck auszusetzen.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Membran (15)· als dehnbare Membran ausgeführt ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel (16) sich in einem Raum (17) befindet, der von der Steuerkammer (2) durch eine Kolbenanordnung getrennt ist, die in der Lage ist, auf das Schmiermittel (16) in dem Raum (17) einen Druck auszuüben, um die druckempfindliche Einrichtung einem Druck auszusetzen, der von dem Druck in der Steuerkammer (2) abhängt.
Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung einen Kolben (20) aufweist, der über seine Gesamtlänge den gleichen Durchmesser besitzt, wodurch auf das Schmiermittel (16) ein Druck ausgeübt wird, der dem Luftdruck in der Steuerkammer (2) genau gleich ist.
6, Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung derart ausgebildet ist.

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daß auf das Schmiermittel (16) in dem Raum (17) ein Druck ausgeübt wird, der eine Funktion des in der Steuerkammer (2) herrschenden Luftdrucks ist.
7. Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung einen Kolben (32) mit zwei Abschnitten aufweist, wobei der eine Kolbenabschnitt (32b) einen kleineren Durchmesser besitzt als der andere Abschnitt (32a).
8. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Einrichtung mit einer zerreißbaren Membran (18) ausgerüstet ist.
9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Einrichtung mit einem Ventil (22) versehen ist.

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