DE3607369A1 - Vorrichtung zur reifendruckregelung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Reifen­ druckregelung nach der Gattung des Hauptanspruches. Es sind bereits Vorrichtungen zur Reifendruckregelung bekannt, bei welchen eine Druckverstellung während der Fahrt ermög­ licht wird. Hierzu wird der Reifendruck über ein chassis­ festes Druckverteilsystem mittels pneumatischer Drucküber­ trager in das Innere der Reifen gebracht. Diese Lösungen gelten jedoch als sehr aufwendig und bergen ein erhöhtes Risiko des Druckverlusts durch Leckage des pneumatischen Übertragers.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reifendruckregelung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs weist demgegenüber den Vorteil auf, keinerlei pneumatische Über­ tragungsglieder zwischen Fahrzeugchassis und Reifen bzw. Felge zu benötigen. Die Fertigungskosten werden dadurch stark vermindert, bei der Montage bzw. Demontage des mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteten Fahrzeug­ rades treten zudem verringerte Wartungs- bzw. Reparatur­ kosten auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eröffnet ferner die grundsätzliche Möglichkeit, die Reifendruck­ regelung autark im Fahrzeugrad zu integrieren, ohne eine Verbindung zum Fahrzeugchassis.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung zur Reifendruck­ regelung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Die in der Zeichnung beispielsweise dargestellte Vorrich­ tung zur Reifendruckregelung ist Teil einer Felge 1, wel­ che an ihrem Außendurchmesser in an sich üblicher Weise mit dem Reifen 2 verbunden ist. Radial zur Felge 1 ver­ laufend befindet sich in der Felge 1 eine Führungsbohrung 4, welche eine, einen Teil eines Stempels 5 bildende Kol­ benstange 6 führt. In der dem Reifen 2 abgewandten Rich­ tung sitzt auf der Kolbenstange 6 ein vorzugsweise zylin­ drischer Kolben 8. Der Kolben 8 ist in einem innerhalb der Felge 1 angeordneten Kolbenraum 9 geführt und in dem Rei­ fen 2 zugewandter Richtung von der Kraft einer anderer­ seits felgenfest eingespannten Druckfeder 10 beaufschlagt. Durch den Kolben 8 wird der Kolbenraum 9 in zwei Teilräume unterteilt, einen ersten Teilraum 12 und einen zweiten Teilraum 13. Der zweite Teilraum 13 erstreckt sich auf der dem Reifen 2 abgewandten Seite des Kolbens 8, enthält die Druckfeder 10 und steht mit zwei Kanälen in Verbindung, ei­ nem Druckkanal 15 und einem Saugkanal 16. Der Druckkanal 15 mündet andererseits in den vom Reifen 2 umschlossenen Raum, der Saugkanal 16 mündet andererseits in die Atmo­ sphäre. An der Mündung des Druckkanals 15 in den durch den Reifen 2 umschlossenen Raum befindet sich ein erstes Rückschlagventil 18, welches sich in Richtung zu dem vom Reifen 2 umschlossenen Raum hin öffnen kann. Ein zweites Rückschlagventil 19 sitzt an der in den zweiten Teilraum 13 mündenden Öffnung des Saugkanals 16 und kann sich in Richtung auf den zweiten Teilraum 13 hin öffnen. An dem, dem Kolben 8 abgewandten Ende der Kolbenstange 6 ist ein Stützkörper 21 befestigt, an den sich ein Federelement 22, etwa aus Gummi, anschließen kann. Durch die Kraft der Druckfeder 10 wird der Stempel 5 in Richtung auf den Rei­ fen 2 bewegt und legt sich mit dem Federelement 22 an den Mantel 23 des Reifens 2 an. Das Federelement 22 ist vor­ teilhafterweise so gestaltet, daß es sowohl die beim Ab­ rollen des Reifens 2 auftretenden radialen Stöße etwas abfedert als auch die durch die Walkbewegung des Reifens 2 bedingten tangentialen Verschiebungen zwischen Stempel 5 und Mantel 23 des Reifens 2 ausgleicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reifendruckregelung weist noch drei weitere Kanäle auf: einen ersten Entlüf­ tungskanal 25, welcher eine Verbindung herstellt zwischen dem zweiten Teilraum 13 und der Atmosphäre und welcher durch ein Stellventil 26 geöffnet bzw. verschlossen werden kann; einen zweiten Entlüftungskanal 27, welcher eine Ver­ bindung herstellt zwischen dem vom Reifen 2 umschlossenen Raum und der Atmosphäre und welcher durch ein weiteres Stellventil 28 geöffnet bzw. geschlossen werden kann; und einen nicht zu verschließenden dritten Entlüftungskanal 30, welcher den ersten Teilraum 12 des Kolbenraumes 9 mit der Atmosphäre verbindet. Die Ansteuerung des Stellventils 26 und des weiteren Stellventils 28 erfolgt vorteilhafterweise durch Signale einer elektrischen Steuereinheit 31. Als Ein­ gangssignal an dieser elektrischen Steuereinheit 31 muß mindestens ein von einem Drucksensor 32 abgegebenes Signal herangezogen werden. Der Drucksensor 32 mißt den Reifen­ druck in dem vom Reifen 2 umschlossenen Volumen und ist hierzu beispielsweise an der Felge 1 befestigt.

Da es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann zu Be­ schädigungen des Stempels 5 kommen könnte, wenn, etwa durch starken Druckverlust im Reifen 2, das Fahrzeuggewicht auf dem Stempel 5 läge, befindet sich im Außenrand der Felge 1 eine Aussparung 33. Die Aussparung 33 ist so groß, daß sie den Stützkörper 21 und mindestens einen Teil des Feder­ elementes 22 aufnehmen kann, so daß das Fahrzeuggewicht bei Druckverlust im Reifen 2 nicht auf dem Stempel 5, son­ dern auf dem Außenrand der Felge 1 lastet.

Da es bei Realisierung nur einer Vorrichtung der gezeig­ ten Art pro Rad zu Unwuchten, vor allem bei höheren Fahr­ zeuggeschwindigkeiten, käme, sollten mindestens zwei Vor­ richtungen der gezeigten Art an gegenüberliegenden Stel­ len des Fahrzeugrades angebracht werden.

Die Vorrichtung zur Reifendruckregelung arbeitet in fol­ gender Weise:

Sollte es im Reifen 2 zu einem Abfall des Luftdrucks kom­ men (was etwa mittels des Drucksensors 32 festgestellt wer­ den kann) oder soll der Luftdruck im Reifen aus anderen Gründen, etwa für das Fahren im Hochgeschwindigkeitsbe­ reich, erhöht werden, so werden das Stellventil 26 und das weitere Stellventil 28 in ihre geschlossene Position gebracht. Durch das Schließen von Stellventil 26 und wei­ terem Stellventil 28 arbeitet der Stempel 5 als Pumpe, wo­ bei die axiale Bewegung des Stempels 5 durch die Walkbewe­ gung des Rades beim Ablaufen und durch den dadurch sich periodisch ändernden Abstand zwischen Felge 1 und Mantel 23 erzeugt wird. Befindet sich der Stempel 5 in seiner dem Untergrund nächsten Stellung bzw. ist der mit dem Feder­ element 22 des Stempels 5 zusammenwirkende Teil des Man­ tels 23 des Reifens 2 belastet, so erreicht der Kolben 8 im Kolbenraum 9 seine höchste Stellung, das Volumen des zweiten Teilraumes 13 ist minimal. Ist hingegen der mit dem Federelement 22 des Stempels 5 zusammenwirkende Teil des Mantels 23 des Reifens 2 nicht belastet, so befindet sich der Kolben 8 in seiner tiefsten Stellung im Kolben­ raum 9, das Volumen des zweiten Teilraumes 13 ist maximal. Der zweite Teilraum 13 bildet somit den Arbeitsraum einer Kolbenpumpe. Bewegt sich der Kolben 8 nach unten, so wird durch den dabei entstehenden Unterdruck im zweiten Teil­ raum 13 das zweite Rückschlagventil 19 geöffnet, Luft wird aus der Atmosphäre über den Saugkanal 16 in den zweiten Teilraum 13 aufgenommen. Bei einer anschließenden Aufwärts­ bewegung des Kolbens 8 wird durch die dabei einsetzende Kompression im zweiten Teilraum 13 das zweite Rückschlag­ ventil 19 geschlossen sowie das erste Rückschlagventil 18 geöffnet, die Luft im zweiten Teilraum 13 kann über den Druckkanal 15 in den vom Reifen 2 umschlossenen Raum über­ strömen. Damit erhöht sich der Druck in dem vom Reifen 2 umschlossenen Raum, der Reifen wird aufgepumpt.

Der nächste Arbeitstakt beginnt wiederum mit der Abwärts­ bewegung des Kolbens 8. Die beschriebene Arbeitsweise der Vorrichtung zur Reifendruckregelung bewirkt also ein Pum­ pen von aus der Atmosphäre entnommener Luft in den vom Rei­ fen 2 umschlossenen Raum, somit ein Aufpumpen des Reifens, immer dann, wenn durch die elektrische Steuereinheit 31 das Stellventil 26 sowie das weitere Stellventil 28 in ihre geschlossene Stellung gebracht werden. Jeder Arbeits­ takt fällt mit einer ganzen Umdrehung von Reifen 2 bzw. Rad zusammen. Die Ansteuerung von Stellventil 26 und wei­ terem Stellventil 28 wird über die elektrische Steuerein­ heit 31 realisiert, welche außerdem mit dem bereits erwähn­ ten Drucksensor 32 verbunden ist. Denkbar ist außerdem, daß die elektrische Steuereinheit 31 über Eingänge von verschie­ denen Meßstellen verfügt sowie über einen Mikroprozessor, welcher aus den Meßgrößen dieser Meßstellen eine für den Fahrzustand des Fahrzeuges jeweils optimale Stellung von Stellventil 26 und weiterem Stellventil 28 steuert. Als Meßstellen kommen etwa in Frage: Sensoren für Temperatur, Aufstandsfläche und Drehzahl des Rades. Außerdem läßt sich ein Tastsensor vorsehen, welcher dem Mikroprozessor die Montageart des Rades (z. B. vorne/hinten) mitteilt.

Ein Ablassen von überschüssigem Luftdruck aus dem vom Rei­ fen 2 umschlossenen Raum ist über den zweiten Entlüftungs­ kanal 27 möglich. Durch Öffnen des weiteren Stellventils 28 wird dieser zweite Entlüftungskanal 27 freigegeben, Luft kann aus dem Reifen 2 in die Atmosphäre hinausströmen. Die Ansteuerung des weiteren Stellventils 28 erfolgt ebenfalls durch die elektrische Steuereinheit 31, etwa dann, wenn der Drucksensor 32 einen zu hohen Luftdruck in dem vom Reifen 2 umschlossenen Raum mißt.

Das Stellventil 26 hat die Aufgabe, die Pumpwirkung aus­ zuschalten, wenn keine Veränderung des Luftdrucks im Rei­ fen 2 gewünscht ist. Hierzu wird der erste Entlüftungska­ nal 25 durch das Stellventil 26 freigegeben. Der zweite Teilraum 13 wird auf diese Weise direkt mit der Atmosphäre verbunden, ein Druckauf- bzw. -abbau im zweiten Teilraum 13 ist nicht mehr möglich, die Pumpwirkung der gezeigten Vorrichtung fällt weg.

Denkbar ist aber ebenfalls eine Ausführung des Erfindungs­ gedankens, bei welcher die Pumpwirkung der Vorrichtung jederzeit aufrechterhalten wird. Der durch die Pumpwirkung aufgebaute Druck wird hierzu in einen Druckvorratsbehälter geleitet. Dieser Druckvorratsbehälter kann sich auch inner­ halb der Felge oder des Rades befinden und gestattet eine im Bedarfsfalle sehr schnelle Entnahme von Druckluft zum Auffüllen des Reifens. Der Druckvorratsbehälter sollte einen Druck aufweisen, welcher weit über dem Druck im Rei­ fen liegt und er sollte zur Aufrechterhaltung dieses Druk­ kes über ein Überdruckventil verfügen.

Zur Verdeutlichung des eigentlichen Grundgedankens der Erfindung, nämlich, Abstandsänderungen zwischen der Achse des Rades und einem beliebigen Flächenelement des Mantels 23 des Reifens 2 zum Aufpumpen des Reifens 2 zu nutzen, kann die beschriebene Ausführungsform selbstverständlich nur ein Beispiel sein. Zur Realisierung der Pumpbewegung könnte man sich verschiedener Techniken bedienen. Denkbar wäre es beispielsweise, statt der gezeigten Kolbenpumpe eine Membranpumpe einzusetzen. Die Membran selbst könnte als Teil des Reifens 2 ausgebildet sein. Es ist auch nicht notwendig, die Vorrichtung zur Reifendruckregelung inner­ halb der Felge 1 anzuordnen, denkbar ist genauso eine An­ ordnung innerhalb des Reifens 2 bzw. eine Anordnung im Tiefbett der Felge.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zur Erzeugung der Pumpbewegung die Relativbewegung zwischen der Felge 1 und einem beliebigen Flächenelement des Man­ tels 23 des Reifens 2 ausgenutzt. In einer weiteren Aus­ gestaltung der Erfindung ist es auch möglich, zur Erzeu­ gung der Pumpbewegung die Relativbewegung zwischen der Achse des Rades und dem Felgenhorn bei einer sogenannten "schwimmenden" Felge auszunutzen. Eine solche "schwimmende" Felge zeigen beispielsweise die Bilder 768 und 769 in: Gebauer, Buck; Die Fahrgestelle der Personenkraftwagen, Chr. Belser Verlag, Stuttgart 1956. In einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung würde beispielsweise die Kol­ benstange der Pumpvorrichtung mit dem Felgenhorn zusammen­ arbeiten und das Kolbengehäuse der Pumpvorrichtung mit der Achse des Rades oder mit der Radnabe zusammenarbeiten.

Eine Signalübertragung zwischen drehendem Rad und Fahrzeug­ chassis für Regelzwecke, wie sie die beschriebene Vorrich­ tung noch erfordert, würde überflüssig, wenn neben der Druckmessung und Druckerzeugung auch die für die Druckre­ gelung erforderliche elektronische Steuereinheit 31 im Rad betrieben werden könnte. Dazu müßte auch die elektri­ sche Energie autark innerhalb des Rades erzeugt werden. Eine Anregung hierzu bietet die DE-OS 22 19 353, in wel­ cher gezeigt wird, wie die Abstandsänderung zwischen Achse und Mantel 23 des Reifens zum Betrieb eines innerhalb des Reifens gelegenen Generators herangezogen werden kann.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Reifendruckregelung eines Kraftfahr­ zeugreifens mit einer Achse und einem die Achse teilweise umgebenden Reifen, dadurch gekennzeichnet, daß durch die sich während des Abrollens des Reifens (2) einstellende Relativbewegung zwischen der Achse und einem beliebigen Flächenelement des Mantels (23) des Reifens (2) eine Pumpe betrieben wird, welche Luft von außerhalb nach innerhalb des Reifens (2) pumpt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von dem Reifen (2) und einer mit der Achse verbundenen Felge (1) eingeschlossenen ringförmigen Hohl­ raum ein durch die Formänderung des Reifens (2) während des Abrollens des Reifens (2) bewegtes Betätigungsorgan (5) vorgesehen ist, durch dessen Bewegung relativ zur Felge (1) die Pumpe betrieben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungsorgan (5) ein Stempel (5) Verwendung findet, welcher mit einem relativ zur Felge beweglichen Kolben (8) fest verbunden ist und daß durch die Bewegung des Kolbens (8) in einem Kolbenraum (9) die Luft von außer­ halb nach innerhalb des Reifens gepumpt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenraum (9) in einen einerseits des Kolbens (8) liegenden und unter Atmosphärendruck stehenden ersten Teil­ raum (12) und in einen andererseits des Kolbens (8) lie­ genden zweiten Teilraum (13) unterteilt ist und der zweite Teilraum (13) durch Betätigung eines Stellventils (26) mit der Atmosphäre verbindbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ei­ nen mittels eines weiteren Stellventiles (28) verschließ­ baren Kanal (27), welcher den durch den Reifen (2) um­ schlossenen Raum mit der Atmosphäre verbindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (5) an seinem dem Kolben (8) abgewandten Ende mit einem andererseits am Mantel (23) des Reifens (2) anliegenden, in radialer Richtung elastisch wirkenden Element (22) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (22) auch in tangentialer Richtung, d. h. in Abrollrichtung, elastisch wirkt.