DE2523488C3 - Anordnung und Ausbildung der Koppelelemente einer elektronischen Reifen- und Bremsenüberwachungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Anordnung und Ausbildung der Koppelelemente einer elektronischen Reifen- und Bremsenüberwachungsanlage, bei der am relativ feststehenden Fahrzeugteil in gehöriger Entfernung von den Räderinnenseiten je zwei mit relativ geringem Abstand voneinander mit Kernen aus ferromagnetischem Material versehene, gegeneinander elektrisch abgeschirmte Koppelspulen angebracht sind. Diese Spulen sind auf eine gemeinsame Frequenz abgestimmt und bilden die induktiven Antennen je eines Senders und eines Empfängers. Weiter ist ein dritter auf

ίο diesselbe Frequenz abgestimmter, am Fahrzeug-Reifen befestigter Schwingkreis vorgesehen, welcher von den Reifen- und/oder Rad-Zustandswerten ein- oder ausschaltbar oder verstimmbar ist
Er stellt somit ein Steuerglied für die periodische

is Übertragung der Hochfrequenzspannung vom Sender zum Empfänger dar, wenn er an deren Koppelspule infolge der Raddrehung vorbeibewegt wird.

Derartige bekannte Überwachungsanordnungen dienen dazu, jeden normalen Zustand der Reifen von

M Kraftfahrzeugrädern, wie zu niedrigen Luftdruck und/oder zu hohe Temperatur der Reifen, dem Fahrer des Fahrzeugs mit Hilfe elektronischer Mittel zu melden. Es kommt hierbei jedoch entscheidend darauf an, den Abstand zwischen den hochfrequenten Elementen am Rad und denen am Fahrzeugrahmen genügend groß machen zu können, um Beschädigungen oder Störungen durch Umwelteinflüsse, wie starke Erschütterungen, Änderung des Radabstandes zum Fahrzeug bei starker Belastung und durch den Rädern oder möglicherweise Reifen anhaftende Eis- oder Schmutzklumpen zu vermeiden, aber auch den Gebrauch von Schneeketten erst zu ermöglichen.

Es ist bekannt (US-PS 22 74 557 und DE-PS 15 05 880), zur Erfüllung dieser Erfordernisse eine einem Schwingkreis zugehörige Koppelspule koaxial zur Radachse — ζ. B. Drahtwindungen zwischen Felge und Luftreifen oder innerhalb desselben — anzuordnen und mit dieser Spule zwei am feststehenden Fahrzeugteil mit Abstand voneinander angeordnete Spulen induktiv zu koppeln, von denen eine einem Senderausgang und die andere einem Empfängereingang zugeordnet ist Eine solche Anordnung hat sich in der Praxis nicht durchsetzen können, weil es erstens unmöglich ist, eine Ringspule mit einfachen Mitteln nachträglich und vor allem sicher ohne aufwendige Spezialmaschinen am Rad oder im Reifen zu befestigen und zweitens, weil die in der Nähe der Spule befindlichen Metallmassen des Rades elektrisch stark dämpfend und verstimmend wirken und dadurch die Kopplung erheblich herabsetzen. Außerdem wird die Isolierung der Spulendrähte durch die Walkarbeit der Reifen in kurzer Zeit zerrieben. Auch bei der Übertragungseinrichtung nach der DE-PS 19 46 627 wird eine Ringspule verwendet die zwar, weil sie am Fahrzeugreifen angeklebt oder anvulkanisiert ist, von den Metallmassen des Rades weiter entfernt ist als bei der Anordnung nach der o. g. US-PS und DE-PS, die jedoch im Betrieb leicht beschädigt und nur mit Spezialwerkzeugen oder -Formen befestigt werden kann. Die Montage ist besonders dann schwierig und zeitraubend, wenn der Ring zwischen Reifendecke und Felgenwand mittels eines umlaufenden Fortsatzes eingeklemmt wird, welcher außerdem bei längerem Fahrzeugbetrieb der Gefahr des Abscherens ausgesetzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das am Rad angeordnete passive Koppelelement (Spule/ Schwingkreis) erstens so klein und leicht auszubilden, daß seine Befestigung ohne Demontage des Reifens

mittels in jeder Montagewerkstatt vorhandener Werkzeuge möglich ist und zweitens, daß es zu den feststehenden Koppelelementen am Fahrzeugrahmen eine bevorzugte Koppelcharakteristik hinsichtlich seiner magnetischen Feldlinien auch bei größeren Abständen von mindestens 100 mm ergibt und drittens die Anlage ein großes Nutz-/Störsignalverhältnis aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die fe.rromagnetischen Kerne der Sender- und Empfangsantennenspulen derart geformt sind, daß eine Kraftlinienbündelung in Richtung Radfelge entsteht, und daß das am Rad angeordnete Koppelelement aus einer zylindrischen, mit einem ferromagnetischen Kern versehenen Spule besteht, die in einem Sektor des Rades tangential oder peripher zum Felgenrand angeordnet ist

Um eine optimale Kopplung von der Senderantenne über den am Felgenrand angeordneten Ko^pelschwingkreis zur Empfangsantenne auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten zu erzielen, ist ein entsprechend günstiger Verlauf der magnetischen Kraftlinien erforderlich. Die Bündelung der Kraftlinien um den Luftspalt der Ring- oder U-Ferritkerne, vorzugsweise mit rechteckigem oder ovalem Querschnitt, in den Senderund Empfängerspulen ergibt eine Richtwirkung zur am 2s Felgenrand angebrachten Koppelspule und hat darüber hinaus den entscheidenden Vorteil, daß diese beiden Spulen wesentlich leichter ohne große elektromagnetische Verluste abgeschirmt und gegeseitig entkoppelt und damit näher räumlich beieinander untergebracht werden können, und daß eine für die einwandfreie Funktion der Anlage unerwünschte schädliche Streukopplung darüber hinaus neutralisiert werden kann, woraus sich ein hohes Nutz-/Störsignalverhältnis ergibt.

Die Optimierung der Koppelverhältnisse unter gleichzeitiger Verwendung von abgestimmten Kreisen hat den weiteren Vorteil, daß die auszustrahlende Sendeenergie extrem klein ist, und damit nicht zu Störungen der öffentlichen Rundfunkdienste Anlaß gibt.

Die Erfindung verläßt also die am oder im Rad oder Reifen peripher schwierig anzubringende Ringspule mit ihrer kontinuierlichen Kopplung zugunsten eines kleinen infolge der Raddrehung periodisch koppelden Schwingkreises zylindrischer Bauform, der vorzugsweise in der Nähe des Felgenrandes angebracht ist. Es ist zwar schon eine elektrische Defektwarnvorrichtung für Fahrzeugluftreifen bekannt (DE-AS 15 05 111), bei der der umlaufende Stromkreis in einem Sektor des Rades angeordnet ist, jedoch erfolgt dort eine Impulserzeugung vom umlaufenden im festen Stromkreis durch eine je nach Abstand mehr oder weniger mangelhafte Beseitigung der elektromagnetischen Kopplung zwischen den beiden Spulen des festen Stromkreises beim Hindurchlaufen der Spule des umlaufenden Stromkreises. Der Luftspalt zwischen umlaufender und festen Spulen beträgt dabei maximal nur 4 mm, um den gewünschten elektrischen Effekt bzw. einen ausreichenden Abstand zwischen Stör- und Nutzsignal zu erzielen. Dieser kleine mechanische Ah:»and ist aber für den praktischen Fahrzeugbetiieu bei einer solchen Anlage viel zu klein.

Auch bei dem Reifendefektmelder nach der DE-PS 6 08 652 ist die umlaufende Induktionsspule in einem Sektor des Rades angeordnet. Jedoch kann auch diese bekannte Anordnung keine Anregung für die Erfindung geben, weil bei jener die umlaufende Spule an der Bremstrommel befestigt ist, also wegen der beträchtlichen Metallmassen eine starke elektrische Dämpfung — außer einer zeitweisen sehr starken Erwärmung — der Spule eintritt Dadurch ist wieder ein zu geringer Abstand zwischen umlaufender und fester Spule und damit auch zwischen Nutz- und Störsignal bedingt

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Abstand zwischen festen und umlaufenden Koppelelementen in der Größenordnung von 100 bis 150 nun liegen kann, wodurch Abstandsänderungen, wie bereits erwähnt infolge Radfederung sowie Schmutzklumpen oder Schneemassen sich nicht störend auswirken und auch die Verwendung von Schneeketten möglich wird. Die Vergrößerung des Abstandes wird erreicht mittels Vergrößerung des Koppelfaktors durch die Ausnutzung der Resonanz-Abstimmung sowohl beim Rad-Schwingkreis wie am Senderausgangs- und/oder Empfänger-Eingangskreis.

Weiter ist die Montage des am Rad mit umlaufenden und in einem rohrförmigen Gehäuse eingebauten zylinderförmig ausgebildeten Koppelelementes sehr einfach, weil es mit Hilfe der im Fahrzeugbau üblichen Montagemittel an der Radfelge befestigt werden kann wie ζ. B. Auswuchtgewichte am Felgenrand mittels Metallklammern. Wenn die zylindrische Koppelspule auf einen stabförmigen Ferritkern gewickelt ist ergibt sich daraus eine weitere Verbesserung der Kopplung, außerdem eine Verringerung der Dämpfungsverluste durch die in der Nähe befindliche Metallfelge. Gemäß weiterer Erfindungen kann dieser Stabkern aus ferromagnetischem Material zur Anpassung an den Felgenrand gekrümmt ausgeführt oder zur Verminderung der Bruchgefahr in zwei oder mehr nahezu koaxial hintereinander angeordnete Einzelstäbe aufgeteilt sein. Dadurch wird das elektromagnetische Feld dieses Koppelelementes wesentlich verlängert und zwar mindestens bis zum gegenseitigen Abstand der Senderund Empfänger-Koppelspulen, um eine ausreichende Koppelzeit auch bei höheren Raddrehzahlen zu erzielen.

Um die Funktionssicherheit der Überwachungsanlage auch bei Frequenzänderungen der Schwingkreise infolge von Einflüssen von Temperatur, Feuchtigkeit, Alterung und auch durch die Montage in der Nähe von Metallmassen zu erhöhen, wird weiter erfinclungsgemäß vorgeschlagen, die Abstimmfrequenz des Senders und/oder des Empfängers mit einem solchen Hub zu wobbeln, daß die möglicherweise auftretenden Frequenzablage vorzugsweise des Koppelschwingkreises am Rad, sicher überstrichen wird. Andernfalls würde sonst eine Verringerung der Kopplung und damit Anzeigeempfindlichkeit daraus resultieren.

Die Wobbeispannung muß gemäß weiterer Erfindung vorzugsweise sägezahn- oder dreieckförmig sein und in der Frequenz ausreichend hoch liegen, beispielsweise 1000 Hz, so daß auch bei der Kraftfahrzeugmaximalgeschwindigkeit mit dementsprechend hoher Raddrehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit des Felgenkoppelkreises und dessen dadurch relativ kurzer gleichzeitiger Koppelungszeit auf Sender- und Empfängerantennen die jeweilige Abstimmfrequenz des Felgen-Koppelkreises ein- oder mehrmals sicher überstrichen wird.

Um den oder vorzugsweise die verwendeten Ferritstäbe des Radschwingkreises vor Erschütterung, Beschädigung und Feuchtigkeit zu schützen, sind die Bauelemente gemäß weiterer Erfindung mit Hilfe eines elastischen Materials, vorzugsweise Schaumstoff, in ein stabiles, tragendes Gehäuse aus Isoliermaterial eingebettet, wobei das Gehäuse über elastische Krampen am

Felgenrand, wie bei Radunwucht-Ausgleichgewichten üblich, befestigt sein kann.

Gemäß weiterer Erfindung werden diese vorzugsweise metallenen Krampen wegen ihres guten Wärmekontaktes zur Felge und damit indirekt zum Reifen und zur Bremstrommel als Träger für Thermoschalter oder für thermisch reagierendes, in den Schwingkreis funktionsbestimmend einbezogenes, Material benutzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Fahrzeugrad mit Gummiluft-Reifen mit an der Felge angeordnetem Koppelelement und den am feststehenden Fahrzeugteil (Chassis) angebrachten Koppelelementen,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des für die Überwachungsanlage erforderlichen Senders und Empfängers mit elektronischen Zusatz-Schaltungen.

F i g. 1 zeigt in Aufsicht ein Fahrzeugrad 1 mit Gummi-Reifen, an dessen Felge 2 das erfindungsgemäße Koppelelement befestigt ist Dieses besteht aus den Ferritstäben 3a und 3b, der Spule 4 und dem Schwingkreiskondensator 5. Diese Teile sind beispielsweise mit Schaumstoff 6 in das Gehäuse 7 eingebettet, wobei dieses mittels Krampen 8 an der Felge 2 befestigt ist. Der Ventilschalter 9 oder der Thermoschalter 10 öffnet den Schwingkreis 4, S im Störungsfalle, also bei zu hoher Rad- oder Bremstrommeltemperatur. Der Schwingkreis ist dann wirkungslos, Sender- und Empfängerspule sind entkoppelt Am Chassisrahmen 16 des Kraftfahrzeuges sind 2 Metalltöpfe 15a und 156 in gewissem Abstand voneinander befestigt In dem Topf 15a ist das Sender-Koppelelement, bestehend aus dem Ferrit-U-Kern 11 und der Spule 13 abgeschirmt untergebracht und in dem Topf 15b befindet sich der Empfänger-U-Kern 12 mit der Spule 14. Dabei wird der Topf 156 mit der Spule 14 so im Winkel zu der Spule 13 gedreht daß die vom Sender noch wirksame Streu-Energie ein Spannungs-Minimum in Spule 14 ergibt. Die Spulen 13 und 14 sind mit den in F i g. 2 dargestellten Sender-13 und Empfängeranordnungen 14 verbunden.

Befindet sich das am Fahrzeugrad angeordnete Schwingkreis-Koppelelement in der in F i g. 1 dargestellten Lage, dann sind die U-Kcrne U und 12 über dieses nur dann gekoppelt, wenn die Schalter 9 und 10 geschlossen sind, so daß bei jeder Radumdrehung kurzzeitig Hochfrequenz-Energie von der Sendeantenne 13 zur Empfangsantenne 14 gelangt

Das Blockschaltbild gemäß F i g. 2 zeigt den Sender-Oszillator 18, dessen Frequenz von beispielsweise 140 kHz zwecks Ausgleich von Temperaturdrift der Schwingkreise vom Frequenz-Wobbler i7 mit einem Hub von beispielsweise 1 kHz gewobbelt wird. In der abgestimmten Senderendstufe 19 wird die Energie des Oszillators 18 verstärkt und auf die Antennenspule 13 geleitet Das von der Kraftfahrzeugbatterie gespeiste Netzgerät 20 versorgt die Sender- und Empfängeranlage mit den erforderlichen konstanten Spannungen. Die über den am, in ordnungsgemäßen Zustand befindlichen, Rad angebrachten und geschlossenen Koppelschwingkreis von der Empfängerantenne 14 periodisch aufgenommene Hochfrequenzenergie des Senders gelang über den Verstärker 21 und den Gleichrichter 22 zuir Impuls-Zeit-Speicher 23, der so eingestellt ist daß ei über ^:e Schaltstufe 24 und das Überwachungskontroll gerät 30 in den Alarmanzeigegeräten 31 und 32 nui dann automatisch optische und akustische Alarmsignale auslöst, wenn ein Schadenfall eintritt, und dadurch die Empfängerantenne 14 innerhalb eines bestimmter Zeitintervalles von etwa maximal drei Sekunden, wa< bei dem Umfang eines LKW-Reifens einer Fahrzeug mindestgeschwindigkeit von 3—4 km/h entspricht keine Hochfrequenzimpulse kontinuierlich aufnimmt Demzufolge sind der oder die in Serie geschalteter Schalter des mit dem Rade umlaufenden Schwingkreise; entweder wegen eines Reifendefektes bzw. zu hohei Temperatur geöffnet oder aber es besteht ein Defekt an Zuleitungen, Koppelelementen oder anderen Bauelementen der Übertragungskette einschließlich Senderund Empfänger-Schaltungen mit Stromversorgung, die somit insgesamt überwacht werden.

Zur Erzielung dieses Vorteils sind alle Meßwertaufnehmer bzw. -Schalter eines oder mehrerer parallel laufender Räder ebenfalls mit dem Koppelschwingkreis in Serie zu schalten.

Im Anzeigegerät 25 wird mittels eines vorzugsweise grünen Lichtzeichens der Betriebszustand der gesamten Überwachungsanlage dauernd angezeigt

Um bei stillstehendem Fahrzeug oder bei sehr kleinen Geschwindigkeiten, beispielsweise unter 5 km/h, falsehen Alarm durch Ausbleiben oder Verzögerung der Impulse zu vermeiden, ist die Warnsignal-Ansteuerung erst mittels einer vom eigentlichen Fahrbetrieb abhängigen Einrichtung, z. B. eines am Getriebe oder am Tachometer angekoppelten Zentrifugalschalter oder eines Impulsgebers 26 in Funktion zu setzen, wobei dessen Impulse über Verstärker 27, Impuls-Zeitspeicher 28 zur Schaltstufe 29 gelangen und damit das Überwachungs- bzw. Warngerät 30 auf Bereitschaft schalten, jedoch erst oberhalb jener Fahrzeugmindestgeschwindigkeit bei welcher die normalerweise auf den Empfängereingang über den Reifenkoppelschwingkreis gelangenden Hochfrequenzimpulse die Warnsienalansteuerelektronik bereits verriegelt haben. Umgekehrt muß bei geringer werdender Fahrzeuggeschwindigkeit die hiervon abgeleitete Außerbetriebsetzung der Warnsignalelektronik ohne Hysterese erfolgen. Anstelle eines Impuls-Zeitspeichers kann auch jeweils eine -Zählschaltung und dann eine Frequenzvergleichsanordnung benutzt werden.

so Werden mehrere Einzelreifen überwacht so werden ebensoviele Empfänger, sofern diese nicht periodisch auf verschiedene Empfangskoppeispuien umgeschaltet werden, mit Speicher-Anordnungen notwendig. Nachgeschaltete Leuchtdioden sind den einzelnen Meßstellen zugeordnet so daß der Kraftfahrer sofort beim Aufleuchten einer bestimmten Leuchtdiode den zugeordneten defekten Reifen oder die überhitzte Bremstrommel bereits während der Fahrt erkennen kann. Eine Speicherschaltung sorgt für die Erhaltung der Defekt-Warnanzeige auch nach Stoppen des Fahrzeugs.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung und Ausbildung der Koppelelemente einer elektronischen Reifen- und Bremsenüberwachungsanlage, bei der am relativ feststehenden Fahrzeugteil in gehöriger Entfernung von den Räderinnenseiten je zwei mit relativ geringem Abstand voneinander mit Kernen aus ferromagnetischem Material versehene gegeneinander elektrisch abgeschirmte Koppelspulen angebracht sind, die jeweils die induktiven Antennen je e^:nes Senders und Empfängers bilden, die auf eine gemeinsame Frequenz abgestimmt sind, und daß ein dritter auf dieselbe Frequenz abgestimmter, am jeweiligen Fahrzeug-Reifen befestigter Schwingkreis, welcher von den Reifen- und/oder Rad-Zustandwcrten ein- oder ausschaltbar oder verstimmbar ist, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die feromagnetischen Kerne der Sender- und Empfangsantennenspulen (13, 14) derart geformt sind, daß eine Kraftlinienbündelung in Richtung Radfelge (2) entsteht, und daß das am Rad (1) angeordnete Koppelelement aus einer zylindrischen, mit einem ferromagnetischen Kern (3a) versehenen Spule (4) besteht, die in einem Sektor des Rades (I) tangential oder peripher zum Felgenrand angeordnet ist

2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne der Koppelelemente aus Ferrit bestehen und, zwecks Erzielung einer Vorzugsrichtung der außerhalb verlaufenden magnetischen Feldlinien zum an der Felge angebrachten Koppelkreis hin, in Form eines mit einem Luftspalt versehenen Ringes oder als sogenannter U-Kern, vorzugsweise mit ovalen Querschnitten, ausgebildet sind, wobei der Luftspalt der Ringkerne bzw. die Schenkel der U-Kerne in Richtung zu den am Rad angebrachten Koppelelement zeigen.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des in der Nähe des Felgenrandes angebrachten Koppelschwingkreises gerade oder gebogen ist, daß seine Länge mindestens dem gegenseitigen Abstand der relativ feststehenden Sender- und Empfängerkoppelelemente entspricht und daß der Kern in zwei oder mehrere etwa koaxial hintereinander mit geringem Abstand angeordnete Stäbe aufgeteilt ist, von denen aber nur einer mit der Schwingkreisspule bewickelt zu sein braucht und mit einem Parallelkondensator auf Resonanz abgestimmt ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente jedes Radschwingkreises über ein elastisches Medium, vorzugsweise Schaumstoff, in ein tragendes stabiles und wasserdichtes Gehäuse aus Isoliermaterial eingebettet sind, in oder an dem die Temperaturfühler bzw. Schalter untergebracht sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse über elastische Krampen am Felgenrand befestigt ist und diese, vorzugsweise metallenen, Krampen gleichzeitig Träger von Thermoschaltem oder thermoempfindlichen Materialien sind, die den Koppel-Schwingkreis funktionsbestimmend bzw. in seiner Frequenz beeinflussen.