DE3703128A1 - Ueberwachungsverfahren und -vorrichtung fuer dynamisch beanspruchte gummiartikel - Google Patents
Ueberwachungsverfahren und -vorrichtung fuer dynamisch beanspruchte gummiartikelInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Überwachen von Zustandsdaten dynamisch beanspruchter
Artikel im wesentlichen aus Gummi oder gummiähnlichen
Stoffen, unter Verwendung eines Meßorganes, Senders,
Empfängers, Anzeigeorganes und einer elektrischen
Spannungsquelle, wobei sich das Meßorgan und der Sender in
einem Bauteil befinden, dem der zu überwachende
Gummiartikel zugeordnet ist, und das gegenüber einem
anderen Bauteil, das den Empfänger und das Anzeigeorgan
trägt, unbegrenzt drehbar ist, insbesondere auf ein
Verfahren zur Messung sicherheitsrelevanter
Reifenzustandsdaten wie des Reifeninnendruckes und/oder
der Reifeninnentemperatur in einem umlauffähigen Rad eines
Kraftfahrzeuges, zur Übertragung dieser Daten auf die
Karosserie des gleichen Kraftfahrzeuges und zu deren
Anzeige im Sichtbereich dessen Fahrers.
In vielen Bereichen der Technik gibt es die Aufgabe, Daten
zwischen gegeneinander drehbeweglichen Bauteilen zu
übermitteln. Bei unbegrenzten Drehbewegungen geschieht das
meist über Schleifkontakt. Zur Übertragung sicherheits
relevanter Reifendaten wie des Reifeninnendruckes oder der
Reifeninnentemperatur vom umlaufenden Rad zur Karosserie
oder sicherheitsrelevanter Riemendaten in Umschlingungs
getrieben und Transporteinrichtungen wie der Riemen
temperatur vom umlaufenden Riemen zum Gestell ist dieses
Mittel jedoch zu störanfällig. Deshalb kommen nur solche
Übermittlungsverfahren in Betracht, wo von einem Sender zu
einem Empfänger gefunkt wird.
Dabei besteht das Problem, den Sender, der sich in einem
gegenüber dem Rest der Maschine umlaufenden Bauteil
befindet, mit Strom zu versorgen. Um eine verschleiß
anfällige Stromübertragung durch Bürsten zu vermeiden,
wird eine autarke Stromversorgung des Senders angestrebt,
das heißt, daß die Stromquelle eines jeden Senders sich in
dem Bauteil befinden soll, in dem sich der jeweilige
Sender selbst befindet.
Bislang gibt es keine preiswerte und hinreichend leichte
Stromquelle, die die Funktion eines Senders bekannter
Bauart zumindest während der Lebensdauer des zu
überwachenden Gummiproduktes gewährleisten würde. Es gibt
starke Anstrengungen Batterien höherer Energiedichte zu
schaffen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist hingegen, die vom
Sender aufgenommene Energie zu verringern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Zustandsdaten mit längeren Pausen zwischen den Sendezeiten
gesendet werden und die Funkträgerfrequenz von Sender und
Empfänger erheblich über der Schalthäufigkeit des Senders
liegt. Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vorgeschlagen, daß zwischen dem Sender einerseits und
der Spannungsquelle andererseits eines jeden Rades ein
automatischer Stromunterbrecher angeordnet ist, der in
regelmäßigen, vorzugsweise geschwindigkeitsabhängigen
Abständen den Sender mit der Spannungsquelle verbindet,
wobei die Zeiten der leitenden Verbindung kürzer sind als
die Pausenzeiten ohne stromleitende Verbindung.
Zweckmäßigerweise werden die Sendezeiten im Vergleich zu
den Pausenzeiten so kurz wie möglich gehalten, um eine
möglichst große Energieeinsparung zu erreichen. Den
Sendezeiten ist allerdings eine - trägerfrequenzabhängige -
Untergrenze dadurch gezogen, daß jede einzelne Sendezeit
länger sein muß als die Einschwingzeit von Sender und
Empfänger. Unter Einschwingzeit wird die Zeit verstanden
vom Einschaltzeitpunkt des Senders bis zu dem Zeitpunkt,
wo der Empfänger insoweit gleichmäßig schwingt, daß die
Restabweichung keine signifikante Verfälschung der
Meßwertanzeige mehr hervorruft. Für die meisten
Anwendungen reicht es aus, wenn die Restamplitudenschwankung
gegenüber dem stationären Grenzwert kleiner als +/- 3%
ist. Durch eine hohe Trägerfrequenz wird eine sehr kurze
Einschwingzeit erreicht und damit werden kurze
Sendezeiten, bis in den Bereich von Millisekunden,
ermöglicht.
Vorzugsweise bleibt während des Betriebes der zu
überwachenden Maschine der Empfänger pausenlos empfangs
bereit. Auf diese Weise wird keine Synchronisation
zwischen den Sende- und Empfangszeiten benötigt. Der
ununterbrochene Stromverbrauch des Empfängers spielt weder
beim Betrieb in einer Kraftfahrzeugkarosserie noch einer
Maschine eine Rolle, da er sehr klein gegenüber der
Kapazität des jeweils zur Verfügung stehenden Stromnetzes
ist.
Ein Reifenüberwachungssystem ist nötig geworden durch das
so komfortable Notlaufverhalten der modernen Reifen, die
die Felge am radial inneren Umfang umgreifen, daß der
Fahrer zumindest auf ebener Fahrbahn einen allmählichen
Luftverlust bis hin zum Platten nicht mehr spürt. Der
Fahrer muß über einen zu geringen Luftdruck informiert
sein, da er dann mit verringerter Seitenführung zu rechnen
hat und seine Geschwindigkeit unter einer bestimmten
Grenzgeschwindigkeit (ca. 80 km/h) zu halten hat.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß ein Reifen
überwachungssystem nur einen so langsamen Luftverlust
anzuzeigen braucht, wie ihn ein Fahrer aufgrund seines
sich allmählich anpassenden Gefühles für einen "Normal
zustand" nicht wahrnehmen könnte; einen abrupten
Luftverlust durch ein großes Loch oder gar einen Platzer
kann er auch ohne Überwachungssystem merken.
Ein völlig lückenloser Schutz wird dann erreicht, wenn bei
Abfall des Reifeninnendruckes unter einen kritischen Wert,
etwa 75% des normalen Überdruckes und/oder bei
Überschreiten der Reifeninnentemperatur über einen
kritischen Wert, etwa 90°C, die impulsartige Sendung
zugunsten einer kontinuierlichen Sendung aufgegeben wird.
Auch ist die Sendung eines eigenen Warnsignals möglich.
Von einem mangelhaft aufgepumpten oder gar völlig platten
Reifen gehen bei höherer Geschwindigkeit größere Gefahren
als bei geringer Geschwindigkeit aus. Deshalb wird als
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen,
bei hoher Geschwindigkeit häufiger pro Zeit zu senden als
bei geringer. Die Sendefolge kann über die Fliehkraft
gesteuert werden oder dadurch, daß jeweils nach einer
bestimmten Anzahl von Radumdrehungen für kurze Zeit die
Zustandsdaten gesendet werden. Mit der wegstrecken
abhängigen Sendefolge wird auf besonders einfache Weise
erreicht, daß der Reifen bei höherer Geschwindigkeit
häufiger überwacht wird als bei geringerer. Die
fliehkraftabhängige Sendefolge ermöglicht bei der
Reifenüberwachung eine besonders starke Betonung der
schnell gefahrenen Streckenabschnitte, da die Fliehkraft
nicht nur linear, sonders quadratisch über der
Geschwindigkeit wächst. Beide Varianten gewährleisten, daß
im Stillstand keine Energie vom Sender und gegebenenfalls
vom Meßorgan verbraucht wird.
Eine weitere Möglichkeit, die Sendefolge dem Risiko
anzupassen, liegt darin, als zweite Zustandsgröße die
Reifeninnentemperatur zu messen und die Sendefolge über
der Temperatur zu erhöhen. Natürlich sind auch
Kombinationen der verschiedenen Risikobewertungssysteme
möglich.
Das vorgeschlagene Überwachungssystem kann auch bei
Förder- und Treibriemen eingesetzt werden. Es ermöglicht
vom feststehenden Gestell aus die Überwachung umlaufender
Riemen und damit die Abkehr von starren Auswechsel
intervallen; es braucht erst an der Verschleißgrenze
ausgewechselt zu werden, wodurch die Häufigkeit von
Maschinenstillständen verringert wird. Die überwachte
physikalische Größe ist vorzugsweise die Temperatur. Ein
charakteristischer Temperaturanstieg deutet auf baldigen
Riemenausfall hin. Um die Änderung der überwachten
Zustandsgröße möglichst verzögerungsfrei erfassen zu
können, muß möglichst dicht am Riemen gemessen werden,
also am Riemen selbst, oder an den Treibrädern. Ersteres
empfiehlt sich bei großen Riemen, insbesondere
Förderbändern, letzteres bei kleineren Treibriemen. In
beiden Fällen sitzt das Meßorgan in einem umlauffähigen
Teil. Die Daten werden von einem ebenfalls im
umlauffähigen Teil angebrachten Sender zu einem
gestellfesten Empfänger übertragen. Auch in diesem
Anwendungsgebiet wird dadurch, daß die Zustandsdaten mit
längeren Pausen zwischen den Sendezeiten gesendet werden
und die Funkträgerfrequenz von Sender und Empfänger
erheblich über der Schalthäufigkeit des Senders liegt, der
Stromverbrauch im umlaufenden Teil so weit verringert, daß
die bekannten Spannungsquellen ausreichen, insbesondere
kleine Batterien. Bei Riementrieben mit stark schwankender
Belastung ist die Sendefolge zweckmäßigerweise bei hoher
Belastung dichter als bei geringer.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs
beispieles erläutert, in dem der Luftdruck aller vier
Reifen eines Kraftfahrzeuges überwacht wird. Die Erfindung
wird in den folgenden Figuren dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines
Luftdrucküberwachungssystems in einem PKW,
Fig. 2 die Unterbringung von Sensor und Sender
in einem Fahrzeugrad,
Fig. 3 Verlauf der Sendeleistung über der Zeit
bei verschiedenen Geschwindigkeiten.
Der in Fig. 1 dargestellte PKW besteht im wesentlichen aus
der Karosserie 1 mit einem Armaturenbrett 2, in das eine
Reifenluftdruckanzeige 3 integriert ist. Das Fahrzeug wird
von vier Rädern 4, im wesentlichen bestehend aus Felge 5
und Reifen 6 getragen. In jeder Felge 5 befindet sich ein
Druckmeßfühler 7 und ein Sender 8. Die Senderleistung ist
stark genug, daß die Empfänger 9 nicht in unmittelbarer
Nähe der Räder angeordnet sein müssen; die vier Empfänger
9 befinden sich hinter dem Anzeigegerät 3. Das
Anzeigegerät 3 zeigt während des Betriebes des Fahrzeuges
ununterbrochen das Meßergebnis der jeweils letzten Messung
an. Liegt das Meßergebnis unter 1,8 bar, so blinkt die
Anzeige; unter 1,5 bar wird ein Warnton ausgesandt. Für
jeden der vier Reifen 6 wird der Luftdruck separat
angezeigt.
Die Fig. 2 zeigt ein Fahrzeugrad 4 mit der Felge 5 und dem
Reifen 6. Die Felge weist radial außen einen Felgenkranz
10 auf in dessen axialer Mitte sich eine Rille 11
befindet. In der Rille 11 befindet sich ein Druckmeßorgan
12, ein Sender 13, eine Knopfzelle 14 und ein
automatischer Stromunterbrecher 15. Der Stromunterbrecher
15 bleibt pausenlos mit der Spannungsquelle 14 verbunden
und besteht im wesentlichen aus einem Fliehkraftmesser 16
und einem Microprocessor 17, der dem Sender und dem
Meßorgan in geschwindigkeitsabhängiger Folge Strom
zuteilt. Dadurch wird soviel Strom gespart, daß die
Knopfzelle ein Reifenleben lang hält. Beim Reifenwechsel
kann sie leicht mit ausgewechselt werden. Erst durch den
geringen Stromverbrauch und die dadurch erreichte lange
Betriebsdauer wurde es möglich, die Knopfzelle 14 von
außen unzugänglich im Reifeninnenraum unterzubringen, wo
sie ohne zusätzliche Hilfsmittel bestens vor Diebstahl,
Witterung und Schmutz geschützt ist.
Wie die Fig. 3 zeigt, wird in diesem Ausführungsbeispiel
die Meß- und Sendefolge über der Geschwindigkeit in Stufen
erhöht. Bis zu 30 km/h werden gar keine Daten übertragen.
Bis 60 km/h gibt es zwei Sendezeiten pro Stunde, bis 90
km/h vier Sendezeiten pro Stunde, bis 120 km/h acht
Sendezeiten pro Stunde, bis 150 km/h 16 Sendezeiten pro
Stunde, bis 180 km/h 24 Sendezeiten pro Stunde, darüber
32 Sendezeiten pro Stunde. Jede Sendezeit beträgt in
diesem Ausführungsbeispiel eine Sekunde.
Bei großen Geschwindigkeiten läuft der Reifen weniger als
zwei Minuten zwischen jeder Sendezeit unkontrolliert. Das
Verhältnis zwischen Betriebszeit und Sendezeit beträgt
112,5 zu 1. Da gegenüber dem Stromverbrauch zum Messen und
Senden der kontinuierliche Stromverbrauch des
Microprocessors des Stromunterbrechers 15 und der
Selbstentladestrom der Batterie nicht ins Gewicht fällt,
beträgt die Betriebsdauer von Überwachungsanlagen, die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten, gegenüber
kontinuierlich arbeitenden selbst bei hoher
Geschwindigkeit ein Vielfaches, in diesem
Ausführungsbeispiel etwa das Hundertfache, bei üblicher
Fahrweise sogar etwa das Dreihundertfache. Die
Energieeinsparung kann durch Verkürzung der Sendezeiten
noch weiter gesteigert werden. Unter Inkaufnahme
zusätzlicher Leitungen können die Empfänger dichter bei
den Sendern angeordnet werden und die Sendeausgangsleistun
gen gesenkt werden, wodurch die Lebensdauer noch einmal
etwa verdreifacht werden kann.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens
liegt es natürlich auch, wenn statt Batterien
wiederaufladbare Akkumulatoren eingesetzt werden. Eine
vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung ergibt die
Aufladung durch in die Radkappen integrierte Solarzellen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die dadurch
bewirkte Stromeinsparung ist die Reifenluftdrucküberwachung
in der Großserie erschwinglich geworden. Erfahrungsgemäß
werden etwa die Hälfte aller PKW mit zu geringem Luftdruck
gefahren. Durch Beseitigung dieses Mißstandes ergibt sich
eine erhebliche Kraftstoffersparnis, Verringerung des
Gummiabriebes und eine verlängerte Reifenlebensdauer.
Claims (12)
1. Verfahren zum Überwachen von Zustandsdaten dynamisch
beanspruchter Artikel im wesentlichen aus Gummi oder
gummiähnlichen Stoffen, unter Verwendung eines
Meßorganes, Senders, Empfängers, Anzeigeorganes und
einer elektrischen Spannungsquelle, wobei sich das
Meßorgan und der Sender in einem Bauteil befinden, dem
der zu überwachende Gummiartikel zugeordnet ist, und
das gegenüber einem anderen Bauteil, das den Empfänger
und das Anzeigeorgan trägt, unbegrenzt drehbar ist,
insbesondere Verfahren zur Messung sicherheitsrelevanter
Reifenzustandsdaten wie des Reifeninnendruckes und/oder
der Reifeninnentemperatur in einem umlauffähigen Rad
eines Kraftfahrzeuges, zur Übertragung dieser Daten auf
die Karosserie des gleichen Kraftfahrzeuges und zu
deren Anzeige im Sichtbereich dessen Fahrers,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Zustandsdaten mit längeren Pausen zwischen den
Sendezeiten gesendet werden und die Funkträgerfrequenz
von Sender und Empfänger erheblich über der
Schalthäufigkeit des Senders liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß
auch die Messung der zu überwachenden Zustandsgrößen
mit längeren Pausen zwischen den Messungen erfolgt, und
dadurch, daß synchron gemessen und gesendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest während des Betriebes der zu überwachenden
Maschine bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug,
insbesondere bei eingeschalteter Zündung, der Empfänger
pausenlos empfangsbereit ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Häufigkeit der Sendung und
gegebenenfalls, das heißt bei Bezug auf ein Verfahren
nach Anspruch 2, der Messung geschwindigkeitsabhängig
ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Maschinenstillstand nicht
gesendet und gegebenenfalls nicht gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Eintritt eines akuten
Gefahrenzustandes, bei Anwendung zur Reifenüberwachung,
insbesondere bei Abfall des Reifeninnendruckes unter
75% des Normaldruckes oder bei Erhöhung der
Reifeninnentemperatur über 90°C, Sendung und Messung
pausenlos erfolgen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in akuter Gefahr ein Alarmsignal gesendet wird, das ein
vom Maschinenbediener - vorzugsweise akustisch -
wahrnehmbares Alarmzeichen auslöst.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zu übermittelnden Daten in einer Modulation der
Trägerfrequenz codiert sind.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 in einem Kraftfahrzeug, eine elektrische
Spannungsquelle, ein Meßorgan und einen Sender in jedem
Fahrzeugrad sowie pro Rad je einen Empfänger und ein
Anzeigeorgan in der Karosserie aufweisend, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Sender (13) einerseits
und der Spannungsquelle (14) andererseits eines jeden
Rades (4) ein automatischer Stromunterbrecher (15)
angeordnet ist, der in regelmäßigen, vorzugsweise
geschwindigkeitsabhängigen Abständen den Sender (13)
mit der Spannungsquelle (14) verbindet, wobei die
Zeiten der leitenden Verbindung kürzer sind als die
Pausenzeiten ohne stromleitende Verbindung.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei in zumindest einem
Kraftfahrzeugrad das Meßorgan Strom verbraucht, dadurch
gekennzeichnet, daß der automatische Unterbrecher (15)
das Meßorgan (12) synchron mit dem Sender (13) speist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die logische Schaltung des automatischen
Stromunterbrechers (15) pausenlos mit der
Spannungsquelle (14) verbunden bleibt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß als Spannungsquelle eine Knopfzelle (14) im
Felgenbett (11) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873703128 DE3703128A1 (de) | 1987-02-03 | 1987-02-03 | Ueberwachungsverfahren und -vorrichtung fuer dynamisch beanspruchte gummiartikel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873703128 DE3703128A1 (de) | 1987-02-03 | 1987-02-03 | Ueberwachungsverfahren und -vorrichtung fuer dynamisch beanspruchte gummiartikel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3703128A1 true DE3703128A1 (de) | 1988-08-11 |
Family
ID=6320094
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873703128 Withdrawn DE3703128A1 (de) | 1987-02-03 | 1987-02-03 | Ueberwachungsverfahren und -vorrichtung fuer dynamisch beanspruchte gummiartikel |
Country Status (1)
Country | Link |
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