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Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Eindrückung an einem Reifen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Eindrückung an
einem rollenden Reifen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Es besteht im wesentlichen aus zwei Gründen die Notwendigkeit, bei
einem Fahrzeugrad den Reifeninnendruck zu ermitteln. Zum einen möchte man vermeiden,
daß ein Reifen mit einem gegenüber den Herstellerangaben zu niedrigen Luftdruck
gefahren wird, weil dies die Lebensdauer des Reifens erheblich vermindert, zum anderen
möchte man bei Reifen mit sogenannten Notlaufsystemen den Eintritt des Notlaufs
anzeigen können. Es existieren Vorschläge, die auf einer unmittelbaren Messung des
Reifendruckes beruhen, und es sind weiterhin Vorrichtungen bekannt, bei denen eine
indirekte Druckmessung durchgeführt wird, z.B. durch Abstandsanzeiger, die die seitliche
Ausbauchung eines Reifens in der Aufstandsfläche erfassen. Aus den unterschiedlichsten
Gründen konnte sich bisher keiner der bekannten Vorschläge umfassend durchsetzen.
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Bei Fahrzeugrädern, wie sie z.B. in der DE-OS 33 12 482 beschrieben
werden, ist der Abstand zwischen der als Notlaufstütze ausgebildeten Felge und der
Reifeninnenwand im Zenitbereich relativ klein, so daß recht kurze Einfederungswege
zur Verfügung stehen. Bei Fahrzeugrädern dieser Art ist es besonders wichtig, eine
Methode zur Verfügung zu haben, mit der die Reifeneindrückung, d.h. der Abstand
Felge - Reifeninnenwand im Bereich der Reifenaufstandsfläche zur Anzeige gebracht
werden kann. Damit soll vermieden werden, daß der Reifen bereits im normalen Fahrbetrieb
wegen eines zu geringen Reifendrucks auf der
Felge aufschlägt. Weiterhin
ist bei Fahrzeugrädern dieser Art eine Vorrichtung wünschenswert, die den Eintritt
des Notlaufs zuverlässig anzeigt.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
mit dem der Abstand Reifeninnenwand - Felge bei einem Fahrzeugrad auf einem Prüfstand
oder an einem Fahrzeug zuverlässig ermittelt werden kann und im Inneren des Fahrzeugs
zur Anzeige gebracht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch ein Anbringen
eines flächenhaften metallischen Leiters auf oder in der Reifenwand im Zenit des
Reifens das System Reifen - Felge als Kondensator ausgebildet wird, bei dem der
metallische Leiter als erste Platte und der Felgenkranz oder ein isoliert darauf
angebrachter Metallbelag als zweite Platte dient, daß die Kapazität des Kondensators
in Abhängigkeit vom Abstand Reifen - Felge im Bereich der Reifenaufstandsfläche
gemessen und aus den Meßwerten dieser Abstand ermittelt wird. Eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß sich bei einem Fahrzeugrad
als erste Platte eines Kondensators ein flächenhafter metallischer Leiter auf oder
in der Wand des Reifens im Zenitbereich befindet, daß der Felgenkranz oder ein isoliert
darauf angebrachter Metallbelag als zweite Platte dient und daß die beiden Platten
über elektrische Zuleitungen mit einer Auswerteelektronik verbunden sind.
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Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß wegen der elektrischen
Signalübertragung ein Druckverlust sich unmittelbar nach dem Eintritt ohne Verzögerung
zur Anzeige bringen läßt. Weiterhin kann durch eine zeitliche Integration der Meßgrößen
die Geschwindigkeit und das Ausmaß des Druckverlustes bestimmt werden. Die elektrische
Signalverarbeitung läßt es darüber hinaus zu, in einfachster Weise optische und
akustische Warnsysteme anzuschließen, die einen Druckverlust aufgrund eines Reifendefektes
oder lediglich durch allmähliche Diffusion zur Anzeige bringen.
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Die Kondensatoren zur Messung der Reifeneindrückung lassen sich auf
unterschiedliche Weise bilden. So kann zum einen der gesamte Felgenkranz als erste
Kondensatorplatte dienen, während eine auf der Reifeninnenwand angebrachte Metallfolie,
die sich über die gesamte Reifenumfangsfläche erstreckt, als zweite Platte dient.
Statt der Metallfolie kann auch eine ausreichend leitfähige Kautschukschicht zum
Einsatz kommen. Als weitere Möglichkeit kann die am Reifen befindliche Kondensatorplatte
auch im Inneren der Reifenwand liegen und aus metallischen Gewebestreifen oder Teilen
des Gürtels bestehen. Die am Felgenkranz befindliche Kondensatorplatte kann auch
von einem flächenhaften metallischen Leiter gebildet werden, der isoliert zum Felgenkranz
auf diesem befestigt ist. Schließlich ist noch die Variante zu erwähnen, daß man
in Reifenumfangsrichtung mehrere Einzelkondensatoren hintereinander schaltet.
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Die Zuleitungen zuden Kondensatorplatten,die sich an der Reifenwand
befinden, können durch den Reifeninnenraum oder aber durch die Reifenseitenwand
in den Außenraum geführt sein.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen. Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Fahrzeugrad mit einer ersten
Meßvorrichtung, bei der die Platten des Kondensators vom Felgenkranz und von einer
Metallfolie gebildet werden, in einem radialen Teilschnitt, Fig. 2 das Fahrzeugrad
gemäß Fig. 1 mit einer Meßvorrichtung, bei der die eine Kondensatorplatte von einem
isoliert am Felgenkranz angebrachten Metallbelag gebildet wird, in einem radialen
Teilschnitt, Fig. 3 ein Fahrzeugrad mit mehreren in Reifenumfangsrichtung hintereinander
liegenden Kondensatoren in einen vertikalen Teilschnitt (schematisch),
Fig.
4 ein Fahrzeugrad mit einer Meßvorrichtung, bei der eine elektrische Zuleitung durch
die Reifenseitenwand geführt ist, in einem radialen Teilschnitt, Fig. 5 ein Fahrzeugrad
mit dner Meßvorrichtung, deren eine Kondensatorplatte sich im Zenitbereich des Reifens
im Inneren der Reifenwand befindet, in einem radialen Teilschnitt.
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Der beim Fahrzeugrad gemäß Fig. 1 verwendete Fahrzeugluftreifen, der
im wesentlichen aus Gummi oder gummiähnlichen Stoffen besteht, weist eine nicht
gezeichnete Karkasse auf, die in üblicher Weise in den Wülsten 1 durch Umschlingen
von zug- und druckfesten Wulstkernen 2 verankert ist.
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Unterhalb des Laufstreifens 3 kann sich ein nicht gezeichneter Gürtel
befinden, der die Seitenstabilisierung des Reifenkörpers bewirkt.
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Die metallische, bevorzugt einteilige Felge besteht im wesentlichen
aus einem Felgenkranz 4, der in bekannter Weise an einer Schüssel 5 befestigt ist.
Der Felgenkranz 4 dient zur Halterung der Reifenwülste 1 und zur Abstützung des
Reifens bei einem Notlauf, d.h. im Defektfall.
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Der Felgenkranz 4 weist im Querschnitt gesehen seitlich außen je ein
Felgenhorn 6 auf, das sich im wesentlichen nach radial innen erstreckt.
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Am inneren Umfang des Felgenkranzes 4 liegt in axialer Richtung innen
neben jedem Felgenhorn 6 eine Sitzfläche 7 für den Reifen. Axial innen befindet
sich je ein sogenanntes Hochbett 8, das der Reifenmontage dient.
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Gegenüberliegend von der Notlaufstützfläche 9 des Felgenkranzes 4
befindet sich im Zenitbereich des Reifens an der Reifeninnenwand eine Metallfolie
10, die sich endlos über den Reifenumfang erstreckt und die als eine Kondensatorplatte
dient. Die elektrische Zuleitung zur Metallfolie 10, die vorliegend als Funktionslinie
11 gezeichnet ist, wird isoliert durch den Felgenkranz 4 hindurchgeführt. Diese
Zuleitung verbindet die Metallfolie 10 mit einer Auswerteelektronik 12 die auch
die Strom- und Spannungsversorgung aufnimmt.
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Die zweite Kondensatorplatte wird vom Felgenkranz 4 gebildet. Sie
ist über eine Zuleitung 13 mit der Auswerteelektronik 12 elektrisch verbunden. über
die Zuleitungen 11, 13 können dem Kondensator elektrische Ladungen zugeführt werden,
so daß die Kapazität des Kondensators gemessen werden kann, die nach der bekannten
Beziehung Cm erz . & . F er relative Dieiektrizitätskonstante d d- eo absolute
Dielektrizitätskonstante F Fläche des Kondensators d Abstand der Kondensatorplatten
unter anderem vom Abstand d der Kondensatorplatten, also auch vom Abstand des Reifens
von der Felge in der Reifenaufstandsfläche abhängt, Verringert sich dieser Abstand
aufgrund eines verminderten Luftdrucks, so wird die Kapazität C des Kondensators
entsprechend größer. In der Auswerteelektronik 12 lassen sich zahlreiche Einzelmessungen
integrieren, so daß man eine Aussage über den zeitlichen Verlauf des Abstands d
und damit des Reifeninnendrucks gewinnt. Die ermittelten Meßergebnisse lassen sich
auf einer Anzeigeeinheit 14 optisch oder akustisch zur Anzeige bringen. Da der Luftdruckverlust
bei einem Reifendefekt schneller eintritt als bei einem Verlust infolge von Diffusion,
läßt die gesamte Vorrichtung eine Unterscheidung zwischen dem Eintritt eines Notlaufs
und der Anzeige eines geringfügig verringerten Luftdrucks zu.
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Das in Fig. 2 gezeichnete Fahrzeugrad ist mit dem der Fig. 1 identisch.
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Die Vorrichtung zur Kapazitätsmessung unterscheidet sich von der der
Fig. 1 vor allem dadurch, daß die an der Felge befindliche Kondensatorplatte nicht
vom Felgenkranz 4 gebildet wird, sondern von einem isoliert darauf angebrachten
Metallbelag 15. Als Isolationsmaterial kann z.B.
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eine Schicht 16 aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) dienen. Die isolierten
Durchführungen der Zuleitungen 11, 13 durch die Felge befinden sich seitlich von
der Schicht 16 im Felgenkranz 4. Alle übrigen Teile der Meßvorrichtung sind mit
denen der Fig. 1 identisch.
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Fig. 3 zeigt schematisch eine Anordnung, bei der mehrere einzelne
Kondensatoren in Reifenumfangsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die
Platten
dieser Kondensatoren können am Reifen wiederum aus Metallfolien 10 bestehen, während
an der Felge gegeneinander und gegenüber dem Felgenkranz 4 isoliert angebrachte
Metallbeläge 15 als Kondensatorplatten dienen.
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In Fig. 4 ist ein Ausschnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt.
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Der Unterschied zur Fig. 1 besteht darin, daß die Zuleitung 11 für
die Metallfolie 10 nicht durch den Reifeninnenraum, sondern durch die Reifenseitenwand
geführt ist. Sie wird zweckmäßigerweise bereits bei der Herstellung des Reifens
eingelegt.
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Fig. 5 zeigt eine Meßvorrichtung, bei der sich die dem Reifen zugeordnete
Kondensatorplatte 17 im Zenitbereich des Reifens im Inneren der Reifenwand befindet.
Z.B. können Teile eines Gürtels oder sonstige metallische Gewebeeinlagen als Kondensatorplatte
17 dienen. Die elektrische Zuleitung 11 zur Kondensatorplatte 17 ist wiederum durch
die Reifenseitenwand geführt. Alle übrigen Teile der Vorrichtung können wie in den
vorstehend beschriebenen Beispielen aussehen.
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Es sollte angemerkt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren und
die zur Durchführung vorgeschlagenen Meßvorrichtungen sowohl an einem Fahrzeug als
auch auf einem Reifenprüfstand zur Anwendung kommen können.
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