DE3044149C2

DE3044149C2 -

Info

Publication number: DE3044149C2
Application number: DE3044149A
Authority: DE
Inventors: Daniel S. Norwalk Ohio Us Snyder
Original assignee: Imperial Clevite Inc
Current assignee: Clevite Industries Inc
Priority date: 1979-11-27
Filing date: 1980-11-24
Publication date: 1992-01-30
Also published as: FR2470474A1; SE8008255L; CA1171496A; AU6444480A; BR8007769A; JPS56124504A; ES497199A0; JPH029964B2; DE3044149A1; AU536679B2; ES8201898A1; GB2064883A; IT8050230A0; FR2470474B1; IT1128636B; GB2064883B

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Erfassung eines abnor men Zustandes eines Luftreifens, insbesondere eines Kraft fahrzeugreifens, der auf einer Reifenfelge montiert ist, auf welche die üblichen Achsschwingungen einwirken, gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Ein Gerät dieser Art ist aus der DE-OS 23 01 685 bekannt. Das bekannte Gerät (Überwachungsvorrichtung) ist außerhalb des Reifens an dem Rad befestigt und weist ein zu sätzliches Rohr auf, über welches der zu erfassende Reifen zustand aus dem Reifenhohlraum einem Sensor der Überwachungsvorrichtung zugeführt wird. Die Antenne der bekannten Vorrichtung be findet sich außerhalb des Gehäuses und ist bevorzugt benach bart zu einem Fenster in der Felge angeordnet. Das schwing fähige, elektrische Energie liefernde System der bekannten Überwachungsvorrichtung weist einen an einem Arm befestigten Permanentmagneten auf, der benachbart zu einer mit einem Kern versehenen Spule angeordnet ist. Oberhalb einer vorge gebenen Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades gerät der Arm in Schwingungen, und der Permanentmagnet induziert in der Spule eine Wechselspannung. Das bekannte, schwingungsfähige System wird als "Feder-Massen-System" bezeichnet und weist mit dem hufeisenförmigen Anker, dem Tragarm und dem Permanentmagne ten nicht völlig unerhebliche Massen auf. Bei der Anbringung an einem Rad wird dieses Energieversorgungssystem eine nicht zu vernachlässigende Unwucht hervorrufen. Weiterhin sind nicht unerhebliche Umrüstungen erforderlich, um den Reifen hohlraum über ein Rohr mit der bekannten Vorrichtung zu ver binden und um innerhalb der Felge ein Fenster vorzusehen, durch das hindurch das Übertragungssignal abgestrahlt wird.

Ferner offenbart die GB-PS 8 24 126 einen mechanisch-elektri schen Wandler, der mit Hilfe eines piezo-elektrischen Kri stalls aus den mechanischen Schwingungen eines Arms eine Wechselspannung erzeugt. Ein Ende des Arms ist mit dem piezo-elektrischen Kristall fest verbunden. Das andere Ende des Arms ist an einem "mechanischen Oszillator" angelenkt, der aus einem verschieblich gelagerten Stift, einem Masse körper und einer Schraubenfeder besteht. Der mechanische Oszillator muß von einer Bedienungsperson in Betrieb ge setzt werden. Insoweit ist dieser bekannte mechanisch elektrische Wandler nicht für den Einsatz innerhalb des Hohlraums eines Reifens für Kraftfahrzeuge geeignet. Viel mehr soll dieser bekannte Wandler insbesondere als Span nungsquelle in tragbaren Strahlungsmeßgeräten eingesetzt werden.

Ferner ist aus der DE 27 13 451 A1 ein Gerät zur Anzeige der mechanischen Überlastung von Reifen bekannt, das an der Rad felge innerhalb des Reifenhohlraums angeordnet ist und Kom ponenten zu drahtlosen Signalübertragung aufweist. Als Strom-/Spannungsquelle dient ein Piezo-Element, das aufgrund seiner Anordnung zwischen Felge und Reifendecke immer dann bei der Walkarbeit des Reifens mechanisch beansprucht wird, wenn ein anormaler Reifenzustand vorliegt. Insoweit erzeugt dieses bekannte Gerät nur dann elektrische Spannungsimpulse, wenn ein anormaler Reifenzustand vorliegt. Ein zusätzlicher Sensor zur Erfassung eines Reifenzustandes ist bei diesem bekannten Gerät nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Gerät zur Erfassung eines abnormen Zustandes eines Luftreifens, gemäß der DE-OS 23 01 685 so zu ver bessern, daß es einfacher und leichter ausgebildet ist und es innerhalb des Reifen hohlraums an der Felge angebracht werden kann und dort zu verlässig und ohne jegliche Wartung ein Übertragungssignal erzeugt und drahtlos übermittelt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die schwingfähige Energieversorgungsvorrich tung einen an dem Gehäuse fest angebrachten Arm aufweist, der in Schwingungen versetzbar ist, wenn Achsschwingungen auftreten; an dem Arm ein Gewicht fest angebracht ist, das beim Auftreten der Achsschwingungen Armdurchbiegungen erzeugt; an dem Arm ein piezo-elektrischer Wandler fest angebracht ist, der bei jeder Armdurchbiegung elektrische Ener gie liefert; die Antenne innerhalb des Gehäuses untergebracht ist; und das Gehäuse mit der schwingungsfähigen Energiever sorgungsvorrichtung innerhalb des Reifenhohlraums unterge bracht ist.

So kann vorgesehen sein, daß die Energiever sorgungsvorrichtung die elektronische Einrichtung nur dann mit Energie versorgt und somit aktiviert, wenn der Sensor einen abnormen Reifenzustand erfaßt hat.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß der piezo- elektrische Wandler eine piezo-elektrische Doppelschicht aufweist, deren Schichten in Reihe verdrahtet sind.

Der am Gehäuse fest angebrachte Sensor ist ein Sensor, welcher den Reifendruck oder der die Temperatur innerhalb des Luftreifens er faßt.

Schließlich ist es zweckmäßig, wenn die Antenne in das Mate rial des Gehäuses eingearbeitet ist.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht - teilweise geschnitten - auf eine Kraftfahrzeugachsanordnung mit Luftreifen und Felge und an der Felge angebrachtem erfin dungsgemäßen Gerät;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung - in vergrößertem Maß stab - eines erfindungsgemäßen Gerätes;

Fig. 3 eine Draufsicht - teilweise geschnitten - auf eine Kraftfahrzeugachsanordnung, an welcher ein erfindungsgemäßes Gerät in alternativer Weise angebracht ist;

Fig. 4 in vergrößerter schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform eines schwingen den mechanisch-elektrischen Wandlers; und

Fig. 5 in vergrößerter schematischer Darstellung eine noch weitere Ausführungsform eines schwingenden mechanisch-elektrischen Wandlers.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, ist ein Gehäuse 2 an der Innenseite einer Radfelge 4 mit Hilfe einer Befesti gungseinrichtung angebracht, die beispielsweise eine aus einem Bolzen 6 und einer Mutter 8 bestehende Anordnung sein kann. Hierbei kann der Bolzen 6 einstückig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet sein, so daß ein Anziehen der Mutter 8 auch das Gehäuse 2 an der Felge 4 festlegt. Zwischen Gehäuse 2 und Felge 4 kann eine Gummieinlage 10 vorgesehen werden, um dort eine luftdichte Abdichtung zu gewährleisten. Ferner ist die Oberfläche 12 des Gehäuses 2 derart gekrümmt ausgebildet, daß sie sich an die Kontur der Felge 4 anpaßt; dies unterstützt eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Gehäuse 2 und der Felge 4. Darüberhinaus bestehen andere Möglichkeiten zur Anbringung des Gehäuses 2 an der Felge 4, beispielsweise die mit Fig. 3 dargestellte Möglichkeit, wo das Gehäuse 2 mit Hilfe eines Bandes 9 fest angebracht ist. Das Band 9 ist in seiner Länge einstellbar und wird um das Felgenbett herumgeführt und dort dauerhaft festgelegt. Wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, ist das Gehäuse 2 derart an der Felge 4 befestigt, daß sich das Gehäuse 2 innerhalb des vom Luftreifen 14 umschlossenen Hohlraums befindet.

An der Außenseite des Gehäuses 2 ist ein Sensor 16 ange bracht, der einen Zustand (beispielsweise Druck und/oder Temperatur) innerhalb des Reifens 14 überwacht und erfaßt. Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich eine elektronische Einrichtung (Schaltung) 18, die über die Drähte 20 elektrisch mit dem Sensor 16 verbunden ist. Die elektronische Schaltung 18 verarbeitet die vom Sensor 16 gelieferten Signale und er zeugt, dem erfaßten Zustand entsprechende Signale, die mit Hilfe einer Antenne 22 zu einer (nicht dargestellten) Empfangs- und Anzeigeeinrichtung übertragen werden. Die elektronische Schaltung 18 weist vorzugsweise eine in der DE 30 16 337 A1 beschrie bene Ausbildung auf.

Für eine Ausführungsform sei angenommen, daß der Sensor 16 die von der schwingfähigen Energieversorgungsvorrichtung 24 erzeugten Spannungsimpulse ableitet, wenn der Wert des zu erfassenden Zustandes innerhalb vorgege bener Grenzwerte liegt. Gerät der Wert dieses Zustandes da gegen außerhalb dieser vorgegebenen Grenzen, werden die von der schwingfähigen Energieversorgungsvorrichtung 24 erzeug ten Spannungsimpulse der elektronischen Schaltung 18 zuge führt und zur Aufladung eines Spreicherkondensators benutzt. Wenn die Kondensatorladung einen bestimmten Schwellenwert erreicht hat, beginnt eine Zähleinrichtung die Wandlerimpul se zu zählen. Wenn diese Zähleinrichtung einen vorgegebenen bestimmten Zählendstand erreicht hat, dann wird ein Signal an die Empfangs- und Anzeigeeinrichtung übermittelt. Die Empfangseinrichtung ist innerhalb des Kraftfahrzeuginnen raums untergebracht und aktiviert die Anzeigeeinrichtung, damit diese ein Warnlicht, einen Warnton oder eine ähnliche Anzeige liefert. Die Antenne 22 ist vorzugsweise ein Draht, der in das Gehäuse 2 montiert eingebettet ist; es resultiert eine besonders große Dauerhaftigkeit. Alternativ kann der Antennendraht (ohne entsprechende Darstellung) an der Leiterplatte der elektronischen Schaltung 18 angebracht sein.

Wie im einzelnen mit Fig. 2 dargestellt, wird die für die elektronische Schaltung 18 erforderliche elektrische Energie von einer schwingfähigen Energieversorgungsvorrichtung 24 erzeugt. Diese schwingfähige Energieversorgungsvorrichtung 24 weist einen Arm 26 auf, der an einem Armende mit Hilfe einer Klammer 28 am Gehäuse 2 befestigt ist. An dem freien Armende ist ein Gewicht 30 angebracht. Ferner ist an dem Arm 26 ein mechanisch-elektrischer Wandler 32 fest angebracht. Bei der üblichen Benutzung eines Kraftfahrzeugs treten am Reifen natürliche Schwingungen auf, welche auf Achsbewegun gen, sowie auf den wechselnden Straßenzu stand zurückführbar sind. Die Achsbewegung stellt eine dauernde Schwingbewegung dar, die bei allen Kraftfahrzeugen auftritt. Da die gesamte Achskonstruktion so ausgelegt ist, mit Hilfe von Federn und Stoßdämpfern die Schwingbewegungen der Fahrgastzelle zu verringern und zu vergleichmäßigen, führt die Achskonstruktion auch auf glatten Straßenbelägen gewisse Bewegungen durch. Es ist festgestellt worden, daß bei einem typischen Personenkraftwagen die Achskonstruktion Schwingbewegungen mit einer Frequenz von angenähert 10 Hz ausführt. Diese Schwingbewegungen versetzen den Arm 26 in Schwingung, was wiederum eine mechanische Beanspruchung/Ver formung des mechanisch-elektrischen Wandlers 32 hervorruft. Dieser mechanisch-elektrische Wandler 32 ist als ein piezo-elektri sches Element ausgebildet. Vorzugsweise wird ein piezo- elektrisches Element vorgesehen, das eine piezo-elektrische Doppelschicht aufweist, deren Einzelschichten entgegenge setzt polarisiert sind und elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die von dem piezo-elektrischen Element erzeugte Span nung ist die Summe der Ausgangsspannungen der Einzelschich ten. Die auf diese Weise erzeugte Spannung dient zum Be treiben der elektronischen Schaltung 18. Die von der schwingfähigen Energieversorgungsvorrichtung 24 erzeugte Energie wird über die Leiter 34 der elektronischen Schal tung 18 zugeführt.

Die elektronische Schaltung 18 kann das vom Sensor 16 ge lieferte Zustandssignal in vielfältiger Form verarbeiten. Zum Beispiel kann die elektronische Schaltung 18 ein Über tragungssignal lediglich dann erzeugen und übermitteln, wenn der Zustand im Reifeninneren einen vorgegebenen Wert über steigt. Nach einer anderen Ausführungsform kann die elektronische Schaltung 18 ununterbrochen ein Übertragungssignal erzeugen und übermitteln, das einem bestimmten Zustand im Reifeninneren entspricht. Darüberhinaus kann die Art des Übertragungssignals unterschiedlich oder veränderlich sein. Zum Beispiel kann die elektronische Schaltung 18 ein mit einem Digitalcode kodiertes Übertragungssignal übermitteln, oder diese elektronische Schaltung 18 kann ein frequenzmodu liertes oder amplitudenmoduliertes Übertragungssignal über mitteln. Verschiedene Verfahren zur Erzeugung und Übermitt lung solcher einem abnormen Reifenzustand entsprechender Übertragungssignale sind in der DE 30 16 337 A1 und der DE 30 16 338 A1 beschrieben.

Mit den Fig. 4 und 5 sind zwei alternative Möglichkeiten zur Ausbildung der schwingfähigen Energieversorgungsvor richtung 24 dargestellt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann der Arm 26 an seinen beiden Enden an je einem starren Träger 28a festgelegt sein. Das piezo-elektrische Element 32 ist an diesem Arm 26 angebracht und zwischen den beiden Trägern 28a angeordnet. Das Gewicht 30a ist - etwa mittig zwischen den beiden Trägern 28a - an dem piezo-elektrischen Element 32 in der Weise angebracht, daß Achsschwingbewegungen eine Schwin gung des Armes 26 verursachen, und diese Armschwingungen eine mechanische Beanspruchung/Verformung des piezo-elektri schen Elementes 32 hervorrufen. Bei der mit Fig. 5 darge stellten Alternative ist das piezo-elektrische Element 32 ebenfalls am Arm 26 und darüberhinaus an einem starren Trä ger 28b in der Weise angebracht, daß das piezo-elektrische Element 32 und der Arm 26 von diesem Träger 28b vertikal abstehen. An beiden Enden des Armes 26 sind die Gewichte 30b in der Weise angebracht, daß Achsschwingbewegungen eine Schwingung des Armes 26 verursachen, und diese Armschwingun gen wiederum eine mechanische Beanspruchung/Verformung des piezo-elektrischen Elementes 32 hervorrufen.

Im Betrieb überwacht das erfindungsgemäße Gerät fortlaufend den Zustand der Luftreifen des sich in Bewegung befindenden Kraftfahrzeugs. Nachdem das Kraftfahrzeug in Bewegung ge setzt worden ist, treten an den Kfz-Achsen Schwingbewegungen auf, welche auf den Zustand des Straßenbelags und die natür lichen Ausgleichsbewegungen der Radaufhängung zurückzuführen sind. Diese Schwingbewegungen verursachen Schwingungen des fest an der Reifenfelge befestigten Gehäuses, was wiederum eine mechanische Beanspruchung/Verformung des piezo-elektri schen Elementes des gewichtsbelasteten mechanisch-elektri schen Wandlers 32 innerhalb des Gehäuses 2 hervorruft. Das heißt, der gewichtsbelastete Arm 26 der schwingfähigen Ener gieversorgungsvorrichtung 24 wird Schwingungen ausgesetzt, welche eine mechanische Beanspruchung/Verformung des mechanisch-elektrischen Wand lers 32 hervorrufen, wodurch die von den Achsschwingbewegun gen ausgehende mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese elektrische Energie wird zum Betrei ben der Energie benötigenden Komponenten (Schaltung, Sensor, Sender und dergleichen) im Gerät verwendet. Vorzugsweise wird die von der schwingfähigen Energieversorgungsvorrich tung 24 erzeugte elektrische Energie solange abgeleitet, so lange kein abnormer Reifenzustand vorliegt; mit anderen Wor ten ausgedrückt, diese elektrische Energie wird erst dann verwertet, wenn ein abnormer Reifenzustand vorliegt. In einem solchen Zeitpunkt wird die erzeugte Energie der elek tronischen Schaltung 18 zugeführt, so daß diese das vom Sen sor 16 erfaßte Zustandssignal verarbeiten kann. Hierdurch wird ein Übertragungssignal an die innerhalb der Fahrgast zelle befindliche Empfangs- und Anzeigeeinrichtung übermit telt, welches die Anzeigeeinrichtung veranlaßt, eine dem er faßten abnormen Reifenzustand entsprechende Anzeige (Leucht signal und/oder Warnton) zu liefern.

Claims

1. Gerät zur Erfassung eines abnormen Zustandes eines Luft reifens (14), insbesondere eines Kraftfahrzeugreifens, der auf einer Reifenfelge (4) montiert ist, auf welche die üblichen Achsschwingungen einwirken,

- mit einem Gehäuse (2),
- mit einer Befestigungseinrichtung (6, 8), um das Gehäuse (2) fest an der Reifenfelge (4) anzubringen,
- mit einem an dem Gehäuse (2) fest angebrachten Sen sor (16), der kontinuierlich einen Zustand innerhalb des Luftreifens (14) überwacht und ein Zustands signal erzeugt,
- mit einer innerhalb des Gehäuses (2) untergebrachten und mit dem Sensor (16) wirksam verbundenen elektro nischen Einrichtung (18) zur elektronischen Verar beitung des vom Sensor (16) erzeugten Zustandssig nals und zur Erzeugung eines Übertragungssignals,
- mit einer mit der elektronischen Einrichtung (18) wirksam verbundenen Antenne (22) zur drahtlosen Übermittlung des Übertragungssignals,
- mit einer das Übertragungssignal empfangenden und den Reifenzustand anzeigenden Empfangseinrichtung, und
- mit einer innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten, schwingfähigen Energieversorgungsvorrichtung (24), welche die elektronische Einrichtung (18) mit elektrischer Energie versorgt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die schwingfähige Energieversorgungsvorrichtung (24) einen an dem Ge häuse (2) fest angebrachten Arm (26) aufweist, der in Schwingungen versetzbar ist, wenn Achsschwingun gen auftreten;
- an dem Arm (26) ein Gewicht (30) fest angebracht ist, das beim Auftreten der Achsschwingungen Arm durchbiegungen erzeugt;
- an dem Arm (26) ein piezo-elektrischer Wandler (32) fest angebracht ist, der bei jeder Armdurchbiegung elektrische Energie liefert;
- die Antenne (22) innerhalb des Gehäuses (2) unterge bracht ist; und
- das Gehäuse (2) mit der schwingfähigen Energieversorgungsvorrich tung (24) innerhalb des Reifenhohlraums unterge bracht ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingfähige Energieversorgungsvorrichtung (24) fortlaufend elektrische Energie erzeugt, wenn Achsschwingungen auftreten; und diese elektrische Energie nur dann der elektronischen Einrichtung (18) zugeführt wird, wenn vom Sensor (16) ein abnormer Reifenzustand erfaßt ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der piezo-elektrische Wandler (32) eine piezo-elektrische Doppelschicht aufweist, deren Schichten in Reihe geschal tet sind.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) den Reifendruck erfaßt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) die Temperatur innerhalb des Luftreifens (14) erfaßt.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (22) in das Material des Gehäuses (2) einge arbeitet ist.