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Gerät zur selbsttätigen Regelung des Luftdrucks in einem Behälter,
insbesondere in Fahrzeugluftreifen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur selbsttätigen Regelung
des Luftdrucks, insbesondere des Luftdrucks in Kraftfahrzeugreifen0 Es ist bei Kraftfahrzeugen
bekannt, die Einstellung des BuStdrucks in den Reifen (Aufpumpen und Ablassen der
Luft) von Hand vorzunehmen, wobei ein LuSteinlaß- und ein Luftablaßventil betätigt
wird, bis der Luftdruck im Reifen die erwünschte Höhe aufweist, die an einem Manometer
mit Zeiger oder an einer Qiiecksilbersäule abgelesen wird, Der Bedienende steuert
diese Einstellung mittels aufeinanderfolgender Betätigungsvorgänge, wobei das Manometer
beobachtet wird0 Dies ist zeitaufwendig und bedingt auch eine ungenaue Einstellung
des Drucks welcher im Falle mehrerer Reifen unterschiedliche Werte annehmen kann,
Aufgabe dxr vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Geräts, welches die selbsttätige
Regelung des Drucks in einem Behälter und insbesondere in einem Kraftfahrzeugreifen
gestattet, so daß die Mitwirkung der Bedienung bei der Erhöhung oder Verminderung
des Drucks bis zur Erzielung des gewunschten Druckwerk tes entfällt, Erfindungsgemäß
wird dies mittels eines Gerätes zur selbsttätigen
Einstellung des
Luftdrucks im Behälter erreicht, das durch einen elektronischen Schaltkreis gekennzeichnet
ist, welcher eine von der Bedienung auf einen vorgegebenen Druck eingestellte Vorrichtung
mit dem im Behälter vorhandenen Druck vergleicht, wobei der letztgenannte Druckwert
von einem mit dem Behälter verb bundenen Druckspannungswandler angezeigt wird aufgrund
des aus dem Vergleich resultierenden Signals die Zuleitung oder das Ablassen von
Druckluft in oder aus dem Behälter bis zum Erreichen der Druckhöhe bewirkt, welche
vom Bedienungsmann an dem Einstellt gerät vorgegeben werden Die Zuleitung oder das
Ablassen der Druckluft in oder aus dem Behälter erfolgt über zwei elektrisch betriebene
Ventile, jeweils für die Zuleitung und den Ablaß.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezunahme
auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 stellt ein Blockschaltschema des erfindungsgemäßen Gerätes
dar; Fig, 2 veranschaulicht ein etwas detaillierteres Blockschaltschema einer bevorzugten
Ausführungsform der elektronischen Schaltung gemäß Fig. 1; Fig. 3 zeigt Wellenformen
verschiedener Schlatungskreise der elektronischen Schaltung gemäß Fig, 2 während
des Betriebs des Gerätes, Zur Vereinfachung wird in der nachfolgenden Beschreibung
auf einen Fahrzeugreifen als Beispiel eines Druckluftbehälters Bezug genommen, In
der Fig. 1 ist mit A eine Druckluftquelle, beispielsweise ein Kompressor, mit B
der Luftreifen, in welchem ein gewünschter Luftdruck eingestellt werden soll und
mit C das erfindungsgemässe Gerät bezeichnet, das zwischen dem Kompressor und dem
SuStreifen angeordnet ist.
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Dieses Gerät weist eine elektronische Schaltung 1 auf, in welcher
ein Vergleich zwischen einer Bezugsspannung (Vr) entsprechend einem bestimmten Druck
an einem ersten Eingang 1R der Schaltung 1 und einer Spannung (Vp) vorgenommen werden
kann, welche dem im Reifen vorhandenen Druck entspricht, der an einen zweiten Eingang
1P der fraglichen Schaltung 1 anliegt0 Die Bezugsspannung (Vr) wird der Schaltung
1 von der Druckeinstellvorrichtung 2 geliefert, welche von der Bedienung je nach
der gewünschten Druckhöhe eingestellt wird, die im Reifen B herrschen soll, Die
dem Druck im Reifen B entsprechende Spannung (Vp) wird an die Schaltung 1 von einem
Druckspannungswandler 3 weitergegeben, welcher auf den Reifendruck anspricht.
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Die Schaltung 1 steuert aufgrund des Vergleichs der beiden Spannungen
(Vr und Vp) entsprechend dem Differenz signal der beiden Spannungen entweder das
elektrische Lufteullaßventil 4, welches in die Zuleitung D-E des Reifens B eingesetzt
oder ein Auslaßventil 5, welches ebenso wie der Wandler 3 von dem Abschnitt E der
Zuflußleitung abgezweigt ist, welcher das Elektroventil 4 mit dem Reifen B verbindet,
Die Schaltung 1 steuert jeweils das Einlaßventil 4 oder das Auslaßventil 5, je nachdem
die seitens des Wandlers 3 gelieferte Spannung kleiner oder größer als die mittels
der Einstellvorriche tung 2 eingestellte Spannung ist, während keinerlei Steuersignal
erfolgt, also beide elektrisch gesteuerten Ventile 4 und 5 abgeschaltet bleiben,
falls diese Spannungswerte übereinstimmen1 also der im Reifen B vorhandene Druck
gleich tem von der Bedienung in der Einstellvorrichtung 2 vorgegebenen Druck ist0
Nachdem der gewünschte Druckwert eingegeben ist, erfolgt die Einregelung dieses
Druckwertes im Reifen automatisch sowohl beim
Aufpumpen als auch
beim Ablassen der Reifenluft, Eine optische oder akustische Vorrichtung, mit welcher
das Gerät versehen ist, zeigt den erfolgten Druckausgleich an. Gemäß dem einfachsten
Ausbildungsbeispiel kann die Einstellvorrichtung 2 aus Potentiometern, Digit-Switch
und ähnlichen bestehen, Wie gestrichelt angedeutet, kann diese Vorrichtung 2 einen
Wåhw ler 6 für die Kraftfahrzeuggattung und einen Logistorkreis 7 aufweisen, so
daß der elektronischen Schaltung 1 Bezugsspannungen geliefert werden, welche verschiedenen
Gattungen von Kraftfahrzeugen entsprechen. Es ist somit offensichtlich, daß, wenn
die Bedienung den Wähler 6 betätigt, sie eine Gattung von Kraftfaßrzeugen wählt,
jedoch in Wirklichkeit dabei einen Druck einw stellt, welcher demjenigen des Reifens
des fraglichen Fahrzeugs typs entspricht.
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Das Gerät kann mittels einer Steuervorrichtung 8 ergänzt werden, die
gleichfalls gestrichelt angedeutet ist und welche die Benützung erst nach Einwurf
einer Münze gestattet. Diese Vorrichtung ist an die elektronische Schaltung 1 angeschlossen,
doch kann sie jeden beliebigen anderen Teil des Geräts beaufschlagen0 Die elektronische
Schaltung 1 kann beliebiger Ausbildung sein, vorausgesetzt, daß sie den Vergleich
der von der Vorrichtung 2 sowie vom Wandler 3 gelieferten Spannungen durchführen
und die Betätigung des einen bzw. des anderen Ventils 4 bzwo 5 bewirken kann, Bezugnehmend
auf die Figo 2 wird nun ein bevorzugtes Ausbildungf beispiel dieser Schaltung mit
1 bezeichnet, wobei die Bezugszeichen für gleiche Teile denjenigen der Fig. 1 entsprechen0
Diese Schaltung 1 besitzt einen Vergleicher 9, der mit den beiden Eingängen 10 und
11 jeweils an die Einstellvorrichtung 2 und
an den Wandler 3 über
einen Verstärker 12 und einen Speicher 13 angeschlossen ist. Die beiden Ausgänge
14 und 15 sind jeweils an zwei Torschalterkreise 16 und 17 angeschlossen, welche
die Steuerung der Ventile 4 und 5 mittels eines Impuls-Generators 18 steuern, welcher
außer dem Ausgang H für die Ventile einen zweiten Ausgang K zur Steuerung des Ausgangs
des Speichers 13 besitzt.
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Die Funktion der Schaltung 1 ist in den graphischen Darstellungen
der Fig. 3 dargestellt. Hierin zeigen: a) das Spannungssignal am Ausgang H des Impulsgenerators
18; es handelt sich um Signale mit positiver Rechteckform i1, i2 i3 usw. mit einer
Dauer #T1, welche die Ventile 4 oder 5 stoßweise erregen und damit betätigen; b)
den Spannungsverlauf am Ausgang U des Verstärkers 12 beim Aufpumpen des Reifens
B; dieser Verlauf entspricht dem am Eingang E' des Wandlers 3 vorhandenen Druck,
wobei der Span nungswert VA dem Luftdruck der Quelle A entspricht, während die Werte
Vp1, Vp2 ...Vpn den ansteigenden Werten des Drucks am Eingang E' des Wandlers 3
und im Reifen am Ende eines jeden Ein- und Ausschaltzyklus (t ?1 + AT) des Elektroventils
4 beim Aufpumpen entsprechen und Vr die vom Bedienenden eingestellte Bezugsspannung
ist; c) das impulsförmige Spannungssignal der anderen Einheit K des Impulsgenerators
18; es handelt sich um Signale mit positi@ ver rechteckiger Wellenform 111 I2 131
usw. der Dauer !5U29 die größer alsAT1 ist, und beginnt in den gleichen Zeitpunkten
t1 t31 t5 usw, wie die Signale i1 i2, i3 usw.
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d) das Spannungssignal am Ausgang E der Speichereinheit 13 während
des Aufpumpens des Reifens, es handelt sich um ein Signal mit Stufen steigender
Höhe Vp1, Vp2......Vpn; b') den Verlauf der Spannung am Ausgang U des Verstärkers
12 während des Ablassens der Luft aus dem Reifen; dieser Verlauf entspricht dem
Eintrittsdruck E' am Wandler 3, wobei
der Spannungswert Vo dem im
Reifen vor Ablassen der Luft vore handenen Druck entspricht, während die Werte V'p1,
V'p2 -V'pn den abnehmenden Druckwerten am Eingang Eg des Wandpn lers 3 und im Reifen
am Emde des Ein- und Ausschaltzyklus ( m T1 + ZÄT) des Elektroventils 5 beim Ablassen
der Luft entsprechen; d') das Spannungssignal am Ausgang Z der Speichereinheit 13
beim Ablassen der Luft aus dem Reifen, und zwar handelt es sich um ein Signal stufenweise
abnehmender Werte Vtp1 Vtp2 OOO V'pn.
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pn Es wird nun die Funktion des Geräts gemäß Fig. 2 beim Aufpumpen
des Reifens beschrieben (siehe Fig, 3a - 3d)0 Es ist offensichtlich, daß in dieser
Stufe der Luftdruck im Reifen B geringer als der vom Bedienenden in der Vorrichtung
2 vorgegebene Druck ist, so daß das Vergleichgerät 9 nur den Torschal terkreis 16
öffnet, wodurch der Impulsgenerator 18 nur das Einlaßventil 4 betätigt, welches
die Quelle A mit dem Reifen B verbindet, wie nachstehend erläutert wird, Vom Zeitpunkt
t1 an, der den Beginn des ersten vom Impulsgenerator 18 (siehe Fig, 3a) erzeugten
Signals i1 festlegt und während der Zeitspanne #T1 wird das Einlaßventil 4 geöffnet,
so daß die Luft aus der Quelle A in die Leitung E und damit in den Eingang it des
Wandlers 3 mit ansteigendem Druck bis zum Erreichen des Druckwerts bei A einströmen
kann, Am Ausgang U des Verstärkers 12 entsteht dabei eine steigende Spannung, welche
den Höchstwert VA-(siehe Fig, 3b) erreicht, wenn der Druck bei Ea gleich demjenigen
bei A ist. In dem Zeitpunkt t2 in welchem das erste Signal i1 aufhört und damit
das Einlaßventil 4 gesperrt ist, ist dieser Wert VA bereits erreicht, Vom Zeitpunkt
t2 an bleibt das Einlaßventil 4 während der Zeitspanne t T gesperrt, wodurch der
Anschluß zwischen der Quelle A
und den Leitungen E und E' unterbrochen
ist, Während dieser Zeitspanne bläht sich die bei E und E' unter Druck eingespeiste
~luft im Reifen aus, so daß der Druck in diesen Leitungen allmählich anbimmt, bis
er nach dem Zeitpunkt t'2 im Reifen B auf einen konstanten Wert absinkt, welchem
am Ausgang U des Verstärkers 12 eine konstante Spannung Vp1 (siehe Fig. 3b) entspricht.
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Im Zeitpunkt tr liefert der Generator 18 außerdem dem Speicher 13
über den Ausgang K ein erstes Signal I1 (siehe Fig. 3c), welches im Zeitpunkt t'2
endet, wenn die Ausgangsspannung U des Verstärkers 12 den konstanten Wert @p1 angenommen
hat. Die Speichereinheit 13 speichert diesen Wert Vp1 und, von diesem Moment t'2
an, gibt sie an ihrem Ausgang Z ein Dauersignal (siehe Fig. 3d) der Größe Vp1 welches
an den Eingang 11 des Vergleich chers 9 zum Vergleich mit dem Bezugssignal Vr angelegt
wird, das an dem anderen Eingang 10 des Vergleichers anliegt0 Da man sich in der
Aufpumpstufe befindet, ist Vr größer als Vp1 so daß der Vergleicher 9 den Torschalterkreis
16 geöffnet hält, Der Kreislauf beginnt erneut im Zeitpunkt t3 also wenn der Generator
18 den nächsten Signalimpuls i2 an das Einlaßventil 4 und einen weiteren nächsten
Signalimpuls I2 an den Speicher 13 weitergibt. Der Impuls i2 öffnet erneut das Einlaßventil
4 und die Druckquelle A wird erneut mit E, E' und B während der Zeitspanne z T1
verbunden, so daß die Spannung am Ausgang U des Verstärkers 12 wieder den Wert VA
annimmt und alsdann, nämlich vom Zeitpunkt t4 an weiter sinkt, um auf den konstanten
Wert der aber größer als Vp1 ist, zurückzugehen0 Im Zeitpunkt t'4 endet der zweite
Stromstoß 12 und es erfolgt damit eine erneute Speicherung durch den Speicher 13,
so daß am Ausgang Z das Dauersignal Vp2 vorliegt, welches an den Vergleicher 9 zum
Vergleich mit Vr angelegt wird,
Dieser Zyklus wiederholt sich bei
jedem weiteren vom Generator 18 an das Einlaßventil 4 und die Speichereinheit 13
abgegebene Signal, bis die ansteigende Spannung am Ausgang Z des Speichers 13 den
Wert Vr der Bezugsspannung erreicht hat. Beim Eintreten dieses Falles sperrt der
Vergleicher den Torschaltkreis 16, so daß das Einlaßventil 4 nicht mehr geöffnet
werden kann, Die Erzielung der Druckgleichheit im Reifen mit dem von der Bedienung
eingestellten Bezugsdruck wird mittels eines optischen oder akustischen Signals
angezeigt, Aus Vorstehendem ergibt sich eindeutig, daß die Zeitspanne / welche der
Abschalt- oder Sperrzeit des Einlaßventils 4 entspricht, so bemessen ist, daß sich
der bei E und E' aufgebaute Druck im Reifen B entspannen und bei einem normalen
Druckwert stabilisieren kann, Der Öffnungs- oder Erregungszeitraum w des Einlaßventils
4 kann so gewählt werden, daß der Druck bei Eg den Wert bei A erreichen kann, Es
wird nunmehr nachfolgend die Punktion des Geräts während der LuftablaBstufe aus
dem Reifen beschrieben (Fig, fbl ndfl 3d').
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Es ist offensichtlich, daß in dieser Stufe der Luftdruck im Reifen
B höher als der vom Benutzer eingestellte Druck ist, so daß der Vergleicher 9 nur
den Torschalterkreis 17 öffnen kann und der Impulsgenerator 18 das Ablaßventil 5
betätigt, welches den Reifen mit der Außenluft verbindet, wie später näher erläutert
wird.
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Vor Offnung des Ablaßventils 5 ist der Druck im Reifen, in der Leitung
E und am Eingang E' des Wandlers 3 gleich und Vo ist die entsprechende Spannung
am Ausgang U des Verstärkers 12 (siehe Figur 3b').
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Ab dem Zeitpunkt t1 an ist während der Zeitspanne Z AT1 das Ablaßventil
5
geöffnet und die bei E und E' vorhandene Luft strömt nach außen ab, so daß der Druck
in diesen Leitungen vom Anfangswert auf den atmosphärischen Wert absinkt, Entsprechend
liegt am Ausgang U des Verstärkers 12 eine abnehmende Spannung vor, welche vom Anfangswert
Vo den Minimalwert entsprechend auf den atmosphärischen Wert zurückgeht0 Im Zeitpunkt
t2, wo das erste Signal ii aufhört, ist der vorgenannte Minimalspannungswert, der
als Nullwert angenommen wird, bereits erreicht, Von dem Zeitpunkt t2 a ist das Ablaßventil
während der Zeitspanne A g nicht geöffnet und damit ist die Verbindung zwischen
den Leitungen E und El und der Atmosphäre unterbrochen, Håhrend dieser Zeitspanne
entspannt sich die Druckluft von B nach E und E', so daß der in den genannten Beitungen
bestehende Druck allmählich steigt, bis er im Zeitpunkt t'2 auf einen mit B gemeinsamen
Wert absinkt, welchem am Ausgang U des Verstärkers 12 eine konstante Spannung Vlp1
entspricht, Im gleichen Zeitpunkt t1 gibt der Generator 18 an den Speicher 13 ein
erstes Signal Ii ab, welches im Zeitpunkt t'2 endet, in welchem die Ausgangsspannung
am Verstärker 12 bereits den konstanten Wert von Vg erreicht hat, Pl Der Speicher
13 speichert diesen Wert Vlp1 und gibt vom Zeitpunkt t'2 ab an den Ausgang Z ein
Dauersignal (siehe Fig, 3dt) der Größe Vtp1, welches an den Eingang 11 des Vergleichers
9 zwecks Vergleich mit dem Bezugssignal Vr übertragen wird, das an den anderen Eingang
10 des Vergleichers 9 angelegt wird, Nachdem der Ablaßvorgang beendet ist, ist Vr
kleiner als V#p1# so daß der Vergleicher 9 denTorschalterkreis 17 geöffnet hält.
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Der Zyklus erneuert sich im Zeitpunkt t3 also wenn der Generator 18
ein zweites Signal i2 an das Ablaßventil 5 abgibt und ein zweites Signal 12 an die
Speichereinheit 13 gelangt.
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Das Signal i2 erregt erneut das Ablaßventil 5 und die Leitungen E
und Eg werden erneut an die Außenluft während der Dauer ~\ Ti angeschlossen, so
daß die Spannung am Ausgang U des Verstärkers 12 wieder zunächst den Nullwert annimmt,
dann vom Zeitpunkt t4 an steigt, bis sie den konstanten Wert V' annimmt, der kleiner
p2 als V'p1 ist, Im Zeitpunkt t'4 endet der zweite Impuls I2 und es erfolgt nun
eine neue Speicherung seitens des Speichers 13, so daß an dessen Ausgang Z ein Dauersignal
der Spannungshöhe TEtp2 vorliegt, welches an den Vergleicher zum Vergleich mit Vr
weitergeleitet wird, Der Zyklus wiederholt sich bei jedem aufeinanderfolgenden Signal
des Impulsgenerators 18 zum Ablaßventil 5 und zum Speicher 13, solange nicht die
abnehmende Spannung am Ausgang Z des Speichers 13 den Wert der Bezugsspannung Vr
erreicht hat, Bei Eintreten der Spannungsgleichheit schaltet der Vergleicher 9 den
Torschalterkreis 17 ab, wodurch das Ablaßventil 5 geschlossen bleibt, Dieser Zustand
wird außerdem auch von einer optischen oder akustischen Vorrichtung angezeigt.
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In ähnlicher Weise, wie oben für das Aufpumpen erläutert, ist die
Zeitspanne 2 g für die Abschaltung des Ablaßventils 5 derart bemessen, daß sich
die Druckluft im Reifen B bei E' entspannen kann und auf einen niedrigeren Druckwert
sinkt, Der Öffnungszeitraum # 21 des Ablaßventils 5 kann derart eingestellt werden,
daß der Druck bei E' auf den atmosphärischen Druck sinken kann.
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Sowohl beim Aufpumpen als auch bei Luftablaß des Reifens B ist die
Dauer #T2 zurC der Signale 11, I2 usw, derart eingestellt, daß 2 sich der erniedrigte
Druck bei El und B einstellen kann, so daß
der Speicher 13 den
Spannungswert speichern kann, der diesem erniedrigten stabilisierten Druck entspricht0
Das Gerät ist mit Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausbildungsbeispiel beschrieben
worden, doch ist es offensichtlich, daß Abwandlungen und änderungen Je nach den
örtlichen Erfordernissen vorgenommen werden können, ohne daß dabei der Schutzbereich
verp lassen wird.
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So kann beispielsweise die Einstellvorrichtung 2 zusätzlich mit einer
Tastatur zur Einstellung der Druckwerte ausgerüstet sein, mit zwei oder mehr #ählern
entsprechender Fahrzeugräder, welche an entsprechende Steuerdruckknöpfe für das
Gerät angeschlossen werden, und in die Einspeisleitung des Reifens beim Anschlußstutzen
des letzteren eingesetzt sein können, und zwar an der Griffstelle. Dadurch und hinsichhlich
der Vorder sowie der Hinterräder eines Fahrzeugs kann der Benützer gleich zu Anfang
mittels der vorgenannten Wähler beispielsweise mittels zwei Digit-Switch-Kreisen
oder ähnlichen Schaltungen die beiden Druckwerte einstellen, einen für die Vorderräder
und einen für die Hinterräder, wobei er selbstverständlich der Betätigung eines
jeden der Digit-Switch-Kreise die entsprechende Druckeinstellung an der Tastatur
folgen lassen muß, Der Vorteil dieser Einrichtung ist darin zu erblicken, daß der
Benützer beim Aufpumpen und Ablassen der Luft der Vorder- und Hinterräder des Fahrzeugs
nach entsprechender Vornahme der Wähleru und Einstellungs-Maßnahmen die Druckregulierung
an den Vorder- und Hinterrädern vornehmen kann, ohne daß er zum Gerät zwecks Einstellung
der beiden unterschiedlichen Druckwerte zurückkehren muß, indem es genügt, jeweils
die entsprechenden Schaltknöpfe am Stutzen des Luftschlauches zu betätigen.
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Ansprüche