DE3507253C1 - Pneumatisch betaetigter Druckschalter zur Reifendruckueberwachung - Google Patents

Description

Nachteilig bei derartigen Druckschaltern ist es jedoch, daß die Dichtigkeit der Referenzdruckkammer und damit das Konstantbleiben des Drucks des in ihr eingeschlossenen Gases über einen längeren Zeitraum, wie z. B. über die durchschnittliche oder sogar maximale Lebensdauer eines Kraftfahrzeuges, nicht gewährleistbar ist. Aufgrund unvermeidlicher Leckagen, die beispielsweise durch Materialermüdung oder durch Gasdiffusion entstehen, kann dieser Druck bereits nach relativ kurzer Betriebszeit erheblich unter seinen Nennwert abgesunken sein. Ein nicht korrekter Reifendruck ist somit nicht mehr erkennbar und kann zu gefährlichen Situationen beim Betrieb des Kraftfahrzeuges führen, da der Fahrer sich ja auf das System verläßt. Darüber hinaus ist das Funktionieren des Druckschalters bzw. des Drucks in der Referenzdruckkammer nur sehr schwer prüfbar, da dieser nicht direkt gemessen werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen pneumatisch betätigten Druckschalter zur Reifendrucküberwachung zu schaffen, der während des Betriebs eines Kraftfahrzeuges ständig auf ein korrektes Funktionieren überwacht wird und darüber hinaus einfach im Aufbau und kostengünstig in der Herstellung ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie darin zu sehen, daß ein Druckschalter zur Reifendrucküberwachung geschaffen ist, der während des Betriebs eines damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs ständig auf seine Funktionstüchtigkeit und damit auf einen korrekten Druck in seiner Referenzdruckkammer hin überwachbar ist. Er ist darüber hinaus konstruktiv einfach gestaltet und somit robust und leicht und kostengünstig herstellbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Beispielen näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen pneumatisch betätigten Druckschalter nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der F i g. 1,

F i g. 3—6 elektrische Schaltbilder, anhand derer vier mögliche Schaltzustände des Druckschalters ersichtlich sind,

F i g. 7 eine Ansicht entsprechend F i g. 1 mit einer weiteren Ausführung des Druckschalters,

F i g. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der

Fig. 7,

F i g. 9 ein elektrisches Schaltbild des Druckschalters nach F i g. 7,

Fig. 10 und 11 zwei Möglichkeiten der Anordnung des Druckschalters an einem Fahrzeugrad.

In F i g. 1 ist mit 1 ein pneumatisch betätigter Druckschalter zur Reifendrucküberwachung von Fahrzeugen gezeigt, dessen Gehäusekapsel 2 sich aus einem Grundgehäuse 3 und einer Kappe 4 zusammensetzt. Zwischen Grundgehäuse 3 und Kappe 4 ist ein erster Dichtring 5 aus elastischem Material eingeklemmt, der die Gehäusekapsel 2 nach außen hin abdichtet. Das mit einem Außengewinde 6 versehene, in die Felge eines Kraftfahrzeugrades eingeschraubte Grundgehäuse 3 ist vorzugsweise aus Metall (Aluminium) gefertigt, wobei die aus Kunststoff (z. B. Polyamid) bestehende Kappe 4 durch Verschraubung, Bördelung oder eine andere geeignete Verbindung form- und/oder kraftschlüssig mit dem Grundgehäuse 3 verbunden ist.

In der Gehäusekapsel 2 ist ein Schaltergehäuse 7 angeordnet, das mittels eines Sicherungsrings 8 im Grundgehäuse 3 gegen einen zweiten Dichtring 9 aus elastischem Material festgelegt ist. Eine erste Schaltmembran 10 ist ringförmig am Schaltergehäuse 7 befestigt und schließt eine Referenzdruckkammer 11 gegen das Innere eines Fahrzeugreifens, bzw. dessen Füllmedium, mit dem sie über eine Öffnung 12 im Grundgehäuse 3 kommunizieren kann, ab.

ίο Die Referenzdruckkammer 11 ist mit einem unter Druck (Referenzdruck) stehenden Gas gefüllt. Der Referenzdruck ist dabei so gewählt, daß bei korrektem (oder höherem) Druck des Füllmediums des Fahrzeugreifens die erste Schaltmembran 10 gerade an einem ersten Schaltkontakt 13 anliegt und bei abfallendem Druck des Füllmediums von diesem abhebt. Der erste Schaltkontakt 13 ist abgewinkelt über eine seitlich im Schaltergehäuse 7 angeordnete, gasdichte sowie elektrisch isolierende erste Durchführung 14 aus diesem herausgeführt und in ihr eingebettet.

Um auch den Referenzdruck überwachen zu können, ist das Schaltergehäuse 7 auf seiner, der ersten Schaltmembran 10 gegenüberliegenden Seite mit einer zweiten Schaltmembran 15 gegen einen Innenraum 16 der Gehäusekapsel 2 abgeschlossen, der vorzugsweise unter Atmosphärendruck (d.h. Umgebungsluftdruck) steht. Die zweite Schaltmembran 15 ist ebenfalls ringförmig am Schaltergehäuse 7 befestigt. Sie liegt bei korrektem Referenzdruck gerade noch nicht an einem zweiten Schaltkontakt 17 an; fällt der Referenzdruck dagegen geringfügig ab, so kommt die zweite Schaltmembran 15 zum Anliegen an diesen. Der zweite Schaltkontakt 17 ist ebenfalls abgewinkelt und in einer seitlichen, gasdichten und elektrisch isolierenden, der ersten Durchführung 14 gegenüberliegenden, zweiten Durchführung 18 eingebettet.

Wenigstens einer der Schaltkontakte 13,17 und/oder wenigstens eine der Schaltmembranen 10, 15 können mit (nicht gezeigten) Justagevorrichtungen ausgestattet werden, mit denen sich Schaltpunkte, bei denen sich die Schaltmembranen 10,15 von den Schaltkontakten 13,17 abheben bzw. auf sie absenken, verändern (anpassen) lassen.

Der Schaltpunkt wenigstens einer Schaltmembran 10 und/oder 15 kann aber auch durch den Druck in der Referenzdruckkammer 11 und/oder durch Vorspannen der Schaltmembran 10 und/oder 15 beim Aufschweißen und/oder durch plastisches Verformen des oder der Schaltkontakte 13 und/oder 17 eingestellt werden. Der zweite Schaltkontakt 17 kann aber auch durch Erhöhen des Drucks in der Gehäusekapsel 2 eingestellt werden.

Elektrische Bauelemente des Druckschalters, die einer drahtlosen Übertragung von Meßsignalen zu einer (nicht gezeigten) Auswerte- und Anzeigeelektronik dienen, sind in der Kappe 4 untergebracht und mit oder in dieser vergossen oder in dieser gesteckt angeordnet; die Bauelemente sind über elektrische Leitungen mit den Schaltelementen 10,13,15,17 verbunden.

Bei einem auf der Basis eines Saugkreises arbeitenden System zur drahtlosen Meßsignalübertragung, wie es in vereinfachter Form in der DE-OS 28 54 199 oder im Forschungsbericht TV 7672 des Bundesministeriums für Forschung und Technologie »Reifeneigenschaften und Fahrsicherheit; Arbeitsgebiet I, Luftdruckkontrollsystern« von R. Weber u. a. der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG auf den Seiten 107 ff beschrieben ist, wird lediglich eine elektrische Spule 19 und ein Kondensator 20 benötigt, die über einen als Dämpfungsglied dienenden Wider-

stand 21, den Schaltkontakt 13 und die Schaltmembran 10 zu einem Schwingkreis (Saugkreis) zusammengesetzt sind.

Der Widerstand 21 kann erfindungsgemäß über den zweiten Schaltkontakt 17 und die zweite Schaltmembran 15 überbrückt werden, was einer Entdämpfung des Schwingkreises bei defektem Druckschalter 1 entspricht. Die elektrische Spule 19 kann als gedruckte Flachspule oder als gewickelte, eventuell mit einem Ferritkern versehene Spule aufgebaut sein.

In F i g. 2 ist ein Schnittbild des Druckschalters 1 nach F i g. 1 in der Ebene der Schaltkontakte 13 und 17 gezeigt. Zu sehen sind das Grundgehäuse 3 mit dem Außengewinde 6 und dem Schaltergehäuse 7, mit der in diesem Bereich einen ovalen Querschnitt aufweisenden Referenzdruckkammer 11, sowie die Durchführungen 14 und 18 mit den Schaltkontakten 13 und 17.

Die Referenzdruckkammer 11 ist mit einer Befüllungsöffnung 22 versehen, die mittels einer gasdicht eingepreßten Kugel 23 oder eines Ventils abgeschlossen ist. Damit kann die Gasbefüllung der Referenzdruckkammer mit dem nötigen Referenzdruck versehen werden, so daß die Anpassung der Druckschalter an die Reifensolldrücke einzelner Fahrzeuge möglich ist.

In den elektrischen Schaltbildern nach den F i g. 3 bis 6 ist die Verschaltung der elektrischen Bauelemente 19, 20 und 21 mit den als Schalter dienenden Schaltkontakten 13, 17 und Schaltmembranen 10 und 15 einschließlich ihrer Schaltzustände gezeigt.

Der erste Schaltkontakt 13 und die erste Schaltmembran 10 ist dabei symbolisch durch den ersten Schalter 24, der zweite Schaltkontakt 17 und die zweite Schaltmembran 15 durch den zweiten Schalter 25 dargestellt, wobei ein offener Schalter jeweils den Zustand der vom Schaltkontakt abgehobenen Schaltmembran entspricht.

In F i g. 3 sind beide Schalter offen; das bedeutet, daß der Reifendruck zu niedrig und der Referenzdruck korrekt ist. Der Schwingkreis ist somit unterbrochen, so daß ein induktiv in die Spule 19 eingekoppeltes, auf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises abgestimmtes Feld unbeeinflußt bleibt. Dies führt zu einer Fehleranzeige.

Nach F i g. 4 ist der erste Schalter 24 geschlossen und der zweite Schalter 25 geöffnet; Referenz- und Reifendruck sind korrekt, der Schwingkreis wird mittels Widerstandes 21 gedämpft; es entsteht dadurch ein Saugkreis, der das in die Spule 19 eingekoppelte Feld stark schwächt, es erfolgt keine Fehleranzeige.

Ein geöffneter erster Schalter 24 und ein geschlossener zweiter Schalter 25 (F i g. 5) zeugt wie ein geschlossener ersten Schalter 24 und ein geschlossener zweiter Schalter 25 (F i g. 6) von einem defekten Druckschalter (Referenzdruck zu niedrig), wobei im ersten Fall (F i g. 5) zusätzlich der Reifendruck zu niedrig ist. Der Widerstand 21 ist somit überbrückt, so daß der ungedämpfte Schwingkreis zu einer Resonanzüberhöhung und damit zu einer Verstärkung des in die Spule 19 eingekoppelten Feldes führt, womit eine Fehleranzeige ausgelöst wird. Eine Fehleranzeige wird also immer dann abgegeben, wenn das in die Spule 19 eingekoppelte Feld unbeeinflußt bleibt oder sogar noch verstärkt wird. Im letzten Fall kann zusätzlich eine Anzeige erfolgen, die auf einen Fehler im Druckschalter hinweist.

Bei einem pneumatisch betätigten Druckschalter Γ entsprechend F i g. 7,8 bzw. dem Schaltbild nach F i g. 9 sind Teile, die identisch mit den Teilen nach der F i g. 1 sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen, während Teile, die lediglich in der Funktion gleich sind, mit einem Strich versehen sind.

Ein zweiter Schaltkontakt 17' ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht vom Inneren der Referenzdruckkammer 11' an die zweite Schaltmembran 15 herangeführt, sondern mittels einer auf dem Schaltergehäuse T befestigten Brücke 26 von außen. Die Brücke 26 ist mit dem Schaltergehäuse T verschraubt oder in einer sonstigen Weise form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Damit die Schaltmembran 15 dem Druck in der Gehäusekapsel 2 ausgesetzt ist, ist sie mit einer oder mehreren Bohrungen 27, 28 oder Durchbrüchen versehen. Der zweite Schaltkontakt 17' ist in einer elektrisch isolierenden zweiten Durchführung 18' eingebettet oder eingeschraubt. Eine Befüllungsöffnung 22' mit einer gasdicht eingepreßten Kugel 23' oder einem Ventil kann nun an der Stelle angeordnet sein, an der beim Druckschalter 1 nach F i g. 1 der zweite Schaltkontakt 17 in das Schaltergehäuse 7 eingesetzt ist. Die beiden durch die erste Schaltmembran 10 und den ersten Schaltkontakt 13 bzw. die zweite Schaltmembran 15 und den zweiten Schaltkontakt 17' gebildeten Schaltelemente 24 und 25' beeinflussen den Schwingkreis nicht mehr getrennt, sondern sind in Reihe geschaltet, wie dies aus F i g. 9 ersichtlich ist. Somit erfolgt eine Fehlermeldung immer dann, wenn wenigstens eine der Schaltmembranen 10 bzw. 15 vom ihr zugeordneten Schaltkontakt 13 bzw. 17' abhebt, also entweder der Reifendruck oder der Druck in der Referenzdruckkammer 11 oder beide unter ihren Sollwert abgesunken sind.

Eine selektive Fehlererfassung ist damit allerdings nicht mehr möglich. Erleichtert wird dafür aber die Justage des Druckschalters, da nun der Schaltpunkt der ersten Schaltmembran 10 über den Druck in der Referenzdruckkammer 11' eingestellt werden kann, während der Schaltpunkt der zweiten Schaltmembran 15 durch Verstellen (Verdrehen) der aufgeschraubten Brücke 26 oder des in die Durchführung 18' eingeschraubten zweiten Schaltkontakts 17' erfolgen kann.

Selbstverständlich ist die Anwendbarkeit des Systems zur Überwachung der Referenzdruckkammer nicht nur auf die Übertragungssysteme, die auf der Basis eines Saugkreises arbeiten, beschränkt; es kann auch bei anderen, aktiven wie passiven Übertragungssystemen eingesetzt werden.

In F i g. 10 und 11 ist die Anordnung des Druckschalters, einmal am Beispiel einer konventionellen Felge eines Fahrzeugrades (Fig.7) und einmal am Beispiel einer Felge mit Zentralverschluß und speichenartigen hohlen und nach dem Reifeninneren hin offenen Trägerelementen zwischen einem Felgenbett und dem Zentralverschluß (F i g. 8).

Der Druckschalter 1 ist bei dem in F i g. 7 gezeigten Fahrzeugrad 29 in einem Felgenbett 30 der Felge 31 angeordnet, so daß er dem Druck des Füllmediums des Reifens 32 ausgesetzt ist. Ein Koppelelement 33, das das in die Spule 19 eingekoppelte Feld aussendet und dessen Signalstärke überwacht, ist z. B. auf einem Radträger angeordnet und wird pro Radumdrehung einmal vom Druckschalter 1 passiert.

Entsprechend F i g. 8 ist der Druckschalter 1 in einem speichenartigen Hohlraum 34 einer Felge 35 angeordnet. Das Fahrzeugrad 36 ist in diesem Fall mittels eines Zentralverschlusses 37 mit einem (nicht gezeigten) Radträger verbunden. Der speichenartige Hohlraum 34 ist zum Fahrzeugreifen 38 hin offen, so daß der Druckschalter 1 den Reifeninnendruck erfassen kann. Das Koppelelement 33 ist wiederum an einem nicht gezeigten Radträger in geeigneter Weise befestigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Pneumatisch betätigter Druckschalter zur Reifendrucküberwachung mit einer zum Reifeninnenraum hin offenen, in eine entsprechende öffnung einer Fahrzeugfelge einsetzbare Gehäusekapsel, in der ein Schaltergehäuse mit einer dem Reifendruck ausgesetzten, elektrisch leitenden, ersten Schaltmembran, eine von der ersten Schaltmembran zum Reifen hin abgeschlossene gasgefüllte Referenzdruckkammer mit einem mit der ersten Schaltmembran zusammenwirkenden, isoliert in das Schaltergehäuse hineingeführten ersten Schaltkontakt sowie ein über den ersten Schaltkontakt und die erste Schaltmembran zu schließenden Schwingkreis angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltergehäuse (7) mit einer elektrisch leitenden, die Referenzdruckkammer (11) gegen den In-

. nenraum (16) der Gehäusekapsel (2) abschließenden

* zweiten Schaltmembran (15) sowie mit einem mit der zweiten Schaltmembran (15) zusammenwirkenden, den Schwingkreis (19,20) beeinflussenden zweiten Schaltkontakt (17) versehen ist, und daß das Innere der Gehäusekapsel (2) druckfest gegen den Reifeninnenraum abgedichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Gehäusekapsel (2) niedriger ist als der Druck in der Referenzdruckkammer (11) und vorzugsweise etwa dem Atmosphärendruck entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltkontakt (17) isoliert in das Schaltergehäuse (7) hineingeführt ist und die zweite Schaltmembran (15) bei absinkendem Druck in der Referenzdruckkammer (11) am zweiten

Schaltkontakt (17) zum Anliegen kommt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei am zweiten Schaltkontakt (17) anliegender zweiter Schaltmembran 40 Die Erfindung betrifft einen pneumatisch betätigten (15) ein Dämpfungsglied (21) des Schwingkreises (19, Druckschalter nach der Gattung des Hauptanspruchs.
20) überbrückt und/oder eine Resonanzfrequenz des Das Füllmedium eines Fahrzeugreifens ist wegen Schwingkreises (19,20) verändert wird. ständig wechselnden Umgebungsbedingungen, Reib-

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch und Walkleistungen, starken Temperaturschwankungen gekennzeichnet, daß der mit der zweiten Schalt- 45 ausgesetzt. Pneumatisch betätigte Druckschalter, die membran (15) zusammenwirkende zweite Schalt- zur Überwachung eines Drucks oder Druckgrenzwerts kontakt außerhalb des Schaltergehäuses (7) isoliert des Füllmediums eingesetzt sind, müssen deshalb mit angeordnet ist und die zweite Schaltmembran (15) einer Temperaturkompensation ausgestattet sein.

bei korrektem oder höherem Referenzdruck am Aus diesem Grunde ist es beispielsweise aus der DE-

zweiten Schaltkontakt (17) anliegt und bei abfallen- 50 OS 28 32 447 bekannt, einen derartigen Druckschalter

dem Referenzdruck von diesem abhebt und den mit einer Referenzdruckkammer auszustatten. Diese

Schwingkreis unterbricht. befindet sich in einem Gehäuse des Druckschalters und

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wird durch eine Membran gegen den Innenraum des zeichnet, daß sich die Gehäusekapsel (2) aus einem Fahrzeugreifens hin abgeschlossen. Die Membran dient, mit einem Außengewinde (6) versehenen, Vorzugs- 55 zusammen mit einem isoliert im Gehäuse gelagerten, in weise aus Metall hergestellten Grundgehäuse (3) die Referenzdruckkammer hineinreichenden, zentral zu und einer vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden ihr liegenden Schaltkontakt zum Schließen eines signal-Kappe (4) zusammensetzt, wobei das Grundgehäuse abgebenden Stromkreises. Die Referenzdruckkammer (3) und die Kappe (4) über einen ersten Dichtring (5) ist mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt; dieser aus elastischem Material gegeneinander abgedichtet 60 Druck ist dabei so gewählt, daß die Membran bei korund form- und/oder kraftschlüssig^miteinander ver- rektem Druck des Füllmediums des Fahrzeugreifens am bunden sind. Schaltkontakt anliegt und bei absinkendem Druck ab-

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, hebt. Über die Membran findet ein Temperaturausdadurch gekennzeichnet, daß das Schaltergehäuse gleich zwischen dem Kühlmedium und dem Gas der (7) im Grundgehäuse (3) mittels eines Sicherungs- 65 Referenzdruckkammer statt, so daß auf beiden Memringes (8) festgeklemmt und vorzugsweise gegen branseiten annähernd dieselbe Temperatur herrscht dieses isoliert ist und das Innere der Gehäusekap- und somit die Temperaturkompensation gewährleistet sei (2) über einen zweiten Dichtring (9) aus elasti- ist.

schem Material gegen den Reifendruck· abgedichtet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Schaltkontakt (13, 17) in radialer Richtung in elektrisch isolierende Durchführungen (14,18) eingebettet, durch das Schaltergehäuse (7) in die Referenzdruckkammer (11) geführt und dort in axialer Richtung auf die Zentren der ihnen zugeordneten Schaltmembranen (10,15) hin ausgerichtet sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Durchführungen (14,18) aus Kunststoff oder einem Keramikmaterial, wie z. B. Glas hergestellt sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schaltkontakte (13, 17) und/oder wenigstens eine der Schaltmembranen (10, 15) mit Justagevorrichtungen ausgestattet sind, mit denen sich Schaltpunkte, bei denen sich die Schaltmembranen (10,15) von den Schaltkontakten (13, 17) abheben bzw. auf sie absenken, verändern (anpassen) lassen.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5, 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltpunkt wenigstens einer Schaltmembran (10 und/oder 15) über den Druck in der Referenzdruckkammer (11) und/ oder durch Vorspannen der Schaltmembran (10 und/ oder 15) beim Aufschweißen und/oder durch plastisches Verformen eines Schaltkontakts (13 und/oder 17) eingestellt wird.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 5, 8, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltpunkt der zweiten Schaltmembran (15) durch Erhöhen des Drucks in der Gehäusekapsel (2) eingestellt wird.