DE2528352A1

DE2528352A1 - Reifendefekt-warnvorrichtung

Info

Publication number: DE2528352A1
Application number: DE19752528352
Authority: DE
Inventors: John Sidney Mountford; John Edwin Smith
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1974-06-25
Filing date: 1975-06-25
Publication date: 1976-01-08
Also published as: FI751857A; FR2276187A1; DK287475A; IT1039357B; LU72802A1; JPS5118584A; SE7506969L; NL7507512A; FR2276187B1; BE830447A

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

^D 2100

DUNLOP LIMITED

Dunlop House, Ryder Street,

St. James's, London, S.W.l / England

Reifendefekt-Warnvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Reifendefekt-Warnvorrichtung, durch welche der Fahrer eines Fahrzeugs gewarnt wird, wenn ein Luftreifen- und Radaggregat eines in Betrieb .befindlichen Fahrzeugs völlig ohne Luft ist oder dessen Luftdruck wesentlich urter dem voll aufgepumpten Zustand liegt.

Eine erfindungsgemäße Reifendefekt-Warnvorrichtung für ein Luftreifen- und Radaggregat besitzt ein piezoelektrisches Element zur Erzeugung eines Signals aufgrund eines Druckes bei der periodischen starken Ausflachung, die stattfindet, wenn das Aggregat in einem nicht aufgepumpten Zustand betrieben wird, ferner eine Signalübertragungseinrichtung und einon Empfänger für das übertragene Signal.

DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β WONCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (089) 22 Λ2 U. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR.23/25. TEL.(0711)56 73 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062 - 80S

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Piezoelektrizität ist "Druckelektrizität¹¹. Es handelt sich um eine Eigenschaft bestimmter Kristalle, wie Quarz, Seignettesalz, Diammoniumphosphat, Turmalin, Lithiumsulfat und keramischer Stoffe, z.B. Bariumtitanat, Bleititanat, Bleizirkonat und Gemischen hiervon. Elektrizität entsteht, wenn ein Druck' auf einen dieser Kristalle ausgeübt wird; wenn keramische Stoffe in dem piezoelektrischen Element verwendet werden, müssen sie zuerst einer Polarisationsbehandlung unterzogen werden, die als "Polen" bekannt ist, da sie an sich polykristallin sind und in ihrem ursprünglichen Zustand keine piezoelektrischen Eigenschaften haben. Vorzugsweise wird ein polykristalliner keramischer Stoff, wie Bariumtitanat, Bleizirkonat, Bleititanat oder Gemische hiervon, in dem piezoelektrischen Element verwendet, da keramische Stoffe eine höhere mechanische Festigkeit als unsymmetrische Einkristalle, z.B. Quarz, die eine Abscherung quer zu ihren Ebenen erleiden können, aufweisen. Keramische Stoffe zeigen, nachdem sie einer "Polung" unterzogen worden sind, d,h. Potentialen von beispielsweise 50 - 60 kV bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt worden sind, einen starken piezoelektrischen Effekt und geben daher ein starkes Signal ab, Der in dem piezoelektrischen Element verwendete Kristall soll ferner vorzugsweise eine ziemlich hohe Dielektrizitätskonstante, einen geringen Streuverlust und einen hohen Spannungskoeffizienten haben. Ferner sollen sie diese Eigenschaften vorzugsweise über einen weiten Bereich von Drücken und Temperaturen beibehalten.

Das piezoelektrische Element kann aufgrund einer Bewegung eines Fühlelements aktiviert werden. Unter der Bezeichnung "Fühlelement" ist eine Vorrichtung zu verstehen, die in ein Luftreifen- und Radaggregat so eingebaut ist, daß, wenn das Aggregat im nicht aufgepumpten bzw. abgelassenen Zustand betrieben wird und das Fühlelement durch einen Bereich be-

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nachbart der Kontaktfläche zwischen dem Reifen und einer Fahrbahnfläche hindurchgeht, das Fühlelement durch den flachgedrückten Reifen gepreßt, so daß es seinerseits einen Druck auf das piezoelektrische Element ausübt, der ausreicht, dieses zu aktivieren. Gegebenenfalls kann eine . mechanische Schlagvorrichtung derart vorgesehen werden, daß, wenn das Aggregat mit flachgedrücktem Reifen betrieben wird, das Fühlelement durch den Bereich benachbart der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche hindurchgeht, dieses Element durch den flachgedrückten Rei- · fen gepreßt wird und seinerseits einen Druck auf die mechanische Schlagvorrichtung ausübt, die dann einen scharfen Schlag auf das piezoelektrische Element überträgt, um dieses zu aktivieren. Eine mechanische Schlagvorrichtung ist jede Vorrichtung, die es ermöglicht, daß der auf sie durch das Fühlelement ausgeübte Druck auf einen bestimmten Wert aufgebaut und dann als scharfer Schlag entspannt wird, und beispielsweise eine Energiespeichervorrχchtung aufweisen kann. Die Schlagvorrichtung kann mit einer Einrichtung versehen werden, durch welche sie in eine solche Stellung zurückgeführt werden kann, daß sie durch das Fühlelement gepreßt werden kann, wenn das Letztere wieder durch den flachgedrückten Reifen gepreßt wird.

Das piezoelektrische Element kann in das Rad eingebaut werden. Gegebenenfalls kann es in die Reifenseitenwand eingesetzt werden, in welch letzterem Falle es direkt durch die periodische starke Ausflachung des Reifens aktiviert wird, die stattfindet, wenn das Aggregat im nicht aufgepumpten Zustand betrieben wird.

Wenn ein Fühlelement verwendet wird, wird dessen betätigbarer Teil normalerweise in der Aufpumpkammer angeordnet, die durch den Reifen und die Radfelge begrenzt wird, so daß er durch das Innere des Reifens gedrückt wird, wenn das

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Fühlelement durch einen Bereich benachbart der Kontaktfläche zwischen dem Reifen und der Fahrbahnoberseite hindurchgeht. Das Fühlelement wird vorzugsweise an der Radfelge, zweckmässig in einer Eintiefung in der Radfelge, befestigt. Das Fühlelement kann so angeordnet werden, daß es den Reifen nicht berührt, wenn das Aggregat mit dem für dieses empfohlenen Reifendruck betrieben wird.

Es kann eine solche Einrichtung vorgesehen werden, daß, nachdem das Fühlelement durch das Innere des Reifens im nicht aufgepumpten Zustand desselben gepreßt worden ist, was zur Aktivierung des piezoelektrischen Elements geführt hat, das Fühlelement in eine Stellung zurückgeführt werden kann, in welcher es wieder durch das Innere des Reifens gepreßt werden kann, wenn es das nächste Mal benachbart der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahnfläche hindurchgeht. Das Fühlelement kann in eine solche Stellung durch Fliehkraftwirkung oder durch andere Mittel, wie durch eine Feder oder eine andere elastische Einrichtung, zurückgeführt werden.

Wenn keine mechanische Schlagvorrichtung in die Warnvorrichtung eingebaut ist, d.h. wenn ein Druck auf das piezoelektrische Element durch das Fühlelement im Gegensatz zu einem scharfen Sdiag ausgeübt wird, kann eine Spannungsdurchschlageinrichtung in der Sxgnalübertragungsschaltung vorgesehen werden, damit ein gutes Signal übertragen wird. Eine Spannungsdurchschlageinrichtung, z,B. eine Funkenstrecke, arbeitet mit Hilfe einer Unterbrechung in der Übertragungsschaltung derart, daß die durch das piezoelektrische Element erzeugte elektrische Ladung sich aufbaut, bis sie einen Wert erreicht, der ausreicht, die Unterbrechung zu überwinden, worauf sie sich plötzlich entspannt.

Der Empfänger für das vom piezoelektrischen Element über-

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mm yj -^

tragene Signal kann am Fahrzeug angebracht und mit einer hörbaren oder sichtbaren Anzeigevorrichtung verbunden werden, durch welche der Fahrer davon benachrichtigt wird, daß der Reifen ohne Luft ist.

Die Reifendefekt-Warnvorrichtung ist besonders zur Verwendung mit einem Luftreifen- und Radaggregat geeignet, das in einem teilweise aufgepumpten Zustand oder völlig ohne Luft gefahren werden muß, d.h. mit einer starken periodischen Ausflachung, wie z.B. in den britischen Patentschriften 1 359 467 und 1 359 168 beschrieben. Wenn ein Fahrzeug, das mit einem oder mehreren dieser Luftreifen- und Radaggregate versehen ist, einen Reifendefekt erleidet, können die Handhabungseigenschaften des Fahrzeugs nur geringfügig beeinflußt werden, so daß der Fahrer unwissentlich seine Fahrt mit einem nicht oder nicht voll aufgepumpten Aggregat fortsetzt.

Nachfolgend werden Beispiele erfindungsgemäßer Reifendefekt-Warnvorrichtungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigen;

Fig. 1 eine schematische Darstellung, welche eine Schnittansicht durch einen Teil eines Luftreifen- und Radaggregats mit einer Reifendefekt-Warnvorrichtung zeigt, die eine mechanische Schlagvorrichtung enthält}

Fig. 2 eine schematische Darstellung, welche einen Schnitt durch einen Teil eines Luftreifen- und Radaggregats mit einer Reifendefekt-Warnvorrichtung zeigt, die eine Funkenstrecke in der Signalübertragungseinrichtung enthält;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Empfängers, der zum Einbau in ein Fahrzeug zur Aufnahme von Signalen

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von einer Reifendefekt-Warnvorrichtung geeignet ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten mechanischen Schlagvorrichtung 13 und deren Stellung mit Bezug auf das piezoelektrische Element.

Das in Fig. 1 dargestellte Luftreifen- und Radaggregat besitzt einen Reifen 1» der auf einer Radfelge 2 angeordnet ist, um eine Aufpumpkammer 3 zu begrenzen. Durch die Radfelge 2 ragt ein Fühlelement 4- in ein rohrförmiges Gehäuse 5 hindurch, das eine mechanische Schlagvorrichtung 13 enthält, welche in einem zweiten Gehäuse 20 mit einem piezoelektrischen Element 6 untergebracht ist, das in eine Übertragungsschaltung 7 geschaltet ist. Eine schematische Darstellung der mechanischen Schlagvorrichtung und deren Stellung mit Bezug auf das piezoelektrische Element ist in Fig. 4-gegeben.

Die Übertragungsschaltung 7 enthält einen Ferritstab 8 mit einer Länge von 19 mm und einem Durchmesser von 9 mm, der eine Spule 9 mit tausend Windungen aus einem Kupferdraht von Standard Gauge 38 und eine Spule 10 von 100 Windungen aus dem gleichen Draht trägt. Die Spule mit 100 Windunger. ist mit dem piezoelektrischen Element 6 verbunden und die Spule mit tausend Windungen mit einem Kondensator 11 von 2000 pF, welche Kombination einen Schwingungskreis bildet, die" sich bei etwa 10 kHz in Resonanz befindet.

Während des Betriebs des Luftreifen- und Radaggregats mit seinem normalen Arbeitsdruck bleibt das Fühlelement 4 ohne Kontakt mit der Innenfläche 12 des Luftreifens. Bei einem allmählichen Absinken des Aufpumpdruckes wird das Innere

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des Reifens in dem Reifen/Fahrbahnfläche/Kontaktbereich infolge des Kontakts mit der Fahrbahnfläche radial nach innen gelenkt und kommt schließlich zur Anlage an dem Fühlelement 4, wenn dieses durch den Bereich benachbart der Kontaktfläche hindurchtritt, wodurch es radial nach innen gedrückt wird, so daß es gegen die mechanische Schlagvorrichtung 13 preßt, die nachfolgend einen scharfen Schlag abgibt und dadurch einmal je Umdrehung des Aggregats das piezoelektrische Element 6 in dem rohrförmigen Gehäuse aktiviert. Das Signal, d.h. die elektrische Ladung, die von dem piezoelektrischen Element 6 abgegeben wird, wird der Spule 10 zugeführt und wird in ein Schwingungssignal im Schwingungskreis umgewandelt, der durch die Spule 9 und den Kondensator 11 gebildet wird. Das erhaltene magnetische Wechselfeld, das um den Ferritstabkern 8 der Spule 9 herum gebildet wird, wird durch einen Empfänger (nicht gezeigt) aufgenommen, der im Fahrzeug angeordnet ist.

Das in Fig. 2 dargestellte Luftreifen- und Radaggregat besitzt einen Luftreifen 1, der auf einer Radfelge 2 angeordnet ist, um eine Aufpumpkammer 3 zu begrenzen. Durch die Radfelge ragt ein Fühlelement M- in ein rohrförmiges Gehäuse 5, das ein piezoelektrisches Element 6 enthält, welches in eine Übertragungsschaltung geschaltet ist, welche einen Ferritstab 8 mit einer Länge von 19 mm und einem Durchmesser von 9 mm aufweist, die eine Spule 9 mit 1000 Windungen aus einem Kupferdraht von Standard Gauge 38 trägt, die mit einem Kondensator 11 und mit dem piezoelektrischen Element 6 verbunden ist, welch letztere Verbindung eine Funkenstrecke IM enthält.

Während des Betriebs des Luftreifen- und Radaggregats mit seinem normalen Betriebsdruck bleibt das Fühlelement M ohne Kontakt mit der Innenfläche 12 des Reifens. Bei einem allmählichen Absinken des Aufpumpdruckes wird das Innere des Reifens in dem Reifen/Fahrbahnfläche-Kontaktbereich infolge des Kontakts

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mit der Fahrbahnfläche radial nach innen gelenkt und kommt schließlich am Fühlelement H zur Anlage, wenn dieses durch den Bereich benachbart dem Kontaktbereich hindurchgeht, wodurch es radial nach innen gedrückt wird, so daß einmal je Umdrehung des Aggregats das piezoelektrische Element gepreßt wird, das in dem rohrförmigen Gehäuse 5 angeordnet ist» Das Signal, das heißt, die elektrische Ladung, die durch das piezoelektrische Element 6 abgegeben wird, fließt durch die Übertragungsschaltung, welche die Funkenstrecke 14 enthält. Die elektrische Ladung baut sich auf, bis sie einen Wert erreicht, der ausreicht, die Unterbrechung in der Schaltung zu überwinden, und entspannt sich dann plötzlich direkt in den Schwingungskreis, der durch die Spule 9 und den Kondensator 11 gebildet wird. Das erhaltene Magnetfeld, das um den Ferritstabkern 8 der Spule 9 entsteht, wird von einem Empfänger (nicht gezeigt), der im Fahrzeug angeordnet ist, aufgenommen.

Ein geeigneter Empfänger ist in Fig. 3 dargestellt. Dieser Empfänger besteht aus einem Ferritstab 15 mit einem Durchmesser von 9 mm, der eine Länge von 215 mm hat und eine Spule 16 mit 1000 Windungen trägt, einem Festkondensator 17 und einem Trimmerkondensator 18, der so eingestellt werden kann, daß der Empfänger bei der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes, das durch den Ferritstab 15 erzeugt wird, in Resonanz tritt. Die Empfängerschaltung enthält einen Verstärker 19 von hohem Verstärkungsgrad, Im Betrieb wird der Verstärkerausgang gleichgerichtet und das erhaltene Signal gefiltert, um Störungen von der Zündanlage des Fahrzeugs auszuschalten. Das gefilterte Signal wird dann dazu verwendet, eine geeignete, in das Fahrzeug eingebaute hörbare oder sichtbare Alarmeinrichtung zu betätigen.

Eine geeignete mechanische Schlagvorrichtung 13, wie sie in Fig, 1 vorgesehen ist, ist mit näheren Einzelheiten in Fig.

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dargestellt. Das piezoelektrische Element 6 ist ebenfalls dargestellt.

Die mechanische Schlagvorrichtung ist in einem zweiten offenendigen rohrförmigen Gehäuse 20 untergebracht, in welches an dem einen Ende das piezoelektrische Element 6 eingesetzt ist, dessen betätigbares Ende in das Gehäuse gerichtet ist. In diesem Gehäuse 20 ist ein zylindrischer Kolben 21 mit einem Nasenteil 22 zur Betätigung des piezoelektrischen Elements 6 gleitbar angeordnet. Zwischen dem Nasenteil 22 und dem betätigbaren Ende des piezoelektrischen Elements 6 ist eine Rückstellfeder 23 vorgesehen. Benachbart dem Ende 25 des Kolbens 21, das dem Nasenteil 22 abgekehrt ist, ist ein ringförmiger Ausschnitt 24 vorgesehen. Innerhalb des Ausschnitts 24 befindet sich eine Schraubenfeder 26, deren eines Ende sich gegen die Endfläche des Ausschnitts 24 abstützt, welche dem Nasenteil 22 am nächsten gelegen ist. Eine rohrförmige Hülse 27 mit einem abgeschlossenen Ende 28 ist auf dem Kolben 21 gleitbar angeordnet, so daß der Druck vom Fühlelement 4 von Fig. 1 auf das abgeschlossene Ende 28 übertragen werden kann. An der Innenfläche der Hülse 27 ist ein ringförmiger Anschlag 29 so vorgesehen, daß er in den Ausschnitt 24 hineinragt und gegen das Ende der Schraubenfeder 26 anliegt, so daß Druck über die Schraubenfeder 26 auf den Kolben 21 übertragen werden kann. Das Hilfsgehäuse 20 hat einen solchen Innendurchmesser, daß die Hülse 27 über den Kolben 21 gleiten kann, ohne daß sie durch das Gehäuse 20 gestört wird. Die Länge dieses Innendurchmessers ist derart, daß, wenn die Schraubenfeder 26 fast völlig zusammengedrückt ist, das Ende der Hülse 27 sich dem Ende des Bohrungsbereiches nähert, so daß es eine Kolbenfreigabeeinrichtung betätigen kann. Die Kolbenfreigabeeinrichtung weist eine kreisförmige Bohrung 30 auf, die sich radial in den Kolben erstreckt und eine

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Lagerkugel 31 enthält, die in der Bohrung gleitbar ist und die durch eine Druckfeder 3 2 nach aussen belastet ist, so daß sie gegen die Innenfläche des Hilfsgehäuses 20 anliegt.

Im Betrieb wird, wenn das Luftreifen- und Radaggregat nicht aufgepumpt ist und das Fühlelement durch einen Bereich benachbart der Kontaktfläche zwischen dem Reifen und der Fahrbahn hindurchgeht, dieses durch den flachgedrückten Reifen eingedrückt, wodurch ein Druck auf die Hülse 27 ausgeübt wird, die ihrerseits die Schraubenfeder 26 zusammendrückt, welche Energie speichert, bis das Ende der Hülse 27 an der Lagerkugel 31 angreift und diese radial nach innen in die Bohrung 30 verdrängt, wodurch der Kolben 21 freigegeben wird, und damit die erforderliche Schlagkraft auf das piezoelektrische Element 6 ausgeübt wird. Die Rückführfeder 23 übt eine geringe Kraft zur Rückführung des Kolbens 21 und Rückstellung der Lagerkugel 31 aus, wenn das Fühlelement sich aus dem Kontaktbereich zwischen Reifen und Fahrbahnfläche herausbewe gt,

Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorangehenden Beispiele beschränkt. Beispielsweise kann anstelle der Verwendung des Fühlelements 4 ein piezoelektrisches Element, das polarisiert sein kann, so daß es auf Druck oder Biegung anspricht, in die Reifenseitenwand eingeformt werden. In diesem Falle wird durch das Biegen der Reifenseitenwand im Bereich des piezoelektrischen Elements, das stattfindet, wenn das piezoelektrische Element durch den Bereich hindurchtritt, der der Kontaktfläche zwischen dem Reifen und der Fahrbahnfläche benachbart ist, ein Druck bzw, ein Biegemoment auf das piezoelektrische Element ausgeübt, wodurch dieses aktiviert wird. Das Signal aus dem piezoelektrischen Element wird dann auf einen Empfänger im Fahrzeug in der gleichen

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Weise wie in Verbindung mit Fig. 1 oder 2 beschrieben, übertragen .

Patentansprüche:

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Claims

Patente nsprüche

ν 1 .\Reifendefekt-Warnvorrichtung für ein Luftreifen- und yRadaggregat, gekennzeichnet durch ein piezoelektrisches Element (6) zum Erzeugen eines Signals aufgrund des Druckes bei dem periodischen starken Ausflachen, das stattfindet, wenn das Aggregat ohne Luft betrieben wird, eine Signalübertragungseinrichtung (7) und einen Empfänger für das übertragene Signal.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall des piezoelektrischen Elements (6) aus einem polykristallinen keramischen Stoff besteht.

3, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (6) im Rad angeordnet ist.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Fühlelement (H), das im Aggregat so eingebaut ist, daß es durch den flachgedrückten Reifen (1) gepreßt wird, wenn das Element (U) durch einen Bereich hindurchgeht, welcher der Kontaktfläche zwischen dem Reifen Cl) und einer Fahrbahnfläche benachbart ist, wenn das Aggregat in einem nicht aufgepumpten Zustand betrieben

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- wird, und seinerseits Druck auf das piezoelektrische Element (6) ausübt, um dieses zu aktivieren»

Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Einrichtung vorgesehen ist, daß, nachdem das Fühlelement (¹O durch das Innere (12) des Reifens gepreßt worden ist, das Element (¹O in eine Stellung zurückgeführt wird, in welcher es wieder durch das Innere (12) des Reifens gepreßt werden kann, wenn es das nächste Mal benachbart dem Kontaktbereich zwischen dem Reifen und der Fahrbahnfläche hindurchtritt.

6, Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine mechanische Schlagvorrichtung (13), welche den Aufbau eines Druckes auf eine bestimmte Höhe zuläßt und dann diesen Druck als scharfen Schlag entspannt.

7» Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Schlagvorrichtung (13) mit einem Organ (23) versehen ist, das dazu dient, diese in eine solche Stellung zurückzustellen, daß sie durch das Fühlelement (U) gepreßt werden kann, wenn das Letztere wieder durch den flachgedrückten Reifen (1) gepreßt wird.

8, Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-5, gekennzeichnet durch eine Spannungsdurchschlageinrichtung (IH) in der Signalübertragungsschaltung (7).

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9. Vorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger mit einer Einrichtung zur Abgabe eines hörbaren oder sichtbaren Signals verbunden ist, um den Fahrer zu benachrichtigen, daß das Luftreifen- und Radaggregat sich in einem nicht bzw. nicht voll aufgepumpten Zustand befindet.

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