DE3926391A1 - Vorrichtung zur reifendruckueberwachung im fahrzeugrad - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Reifendruck­ überwachung im Fahrzeugrad mit den im Oberbegriff des An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen.

Für die Fahrsicherheit eines Fahrzeuges ist die Überwachung des Reifendruckes von sich drehenden Fahrzeugreifen von großer Bedeutung. Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen zur Reifen­ drucküberwachung im Fahrzeugrad bekannt. Diese z.B. aus den DE-OSen 34 08 905, 34 45 854 und der EP-OS 01 97 813 be­ kannten Vorrichtungen beschränken sich auf eine reine Über­ wachung des Druckes. Ein Druckanstieg bzw. ein Druckabfall wird von den Vorrichtungen ermittelt und im Fahrzeuginneren ange­ zeigt.

Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtung ist, daß diese sich ausschließlich auf die Drucküberwachung beschränken. Bei einem Druckabfall wird der Fahrzeugführer genötigt, z.B. eine Tankstelle anzufahren um dort den Reifendruck zu erhöhen.

Dieses Problem wurde bereits in den EP-OSen 02 63 251 und 02 99 398 sowie in der deutschen Patentschrift 29 18 481 aufgegriffen und Lösungen vorgeschlagen.

Aus der EP-OS 02 63 251 ist eine Vorrichtung bekannt mit einem an der Felge montierten Faltenbalg, der unter der Einwirkung des Reifendrucks steht. Der Faltenbalg ist mit einem Permanentmag­ neten verbunden, welcher entsprechend dem Reifendruck durch unterschiedliche Dehnung des Faltenbalges verschoben wird und sich einem induktiven Sensor nähert oder entfernt. Die Regelung des Reifendrucks erfolgt durch das Signal des induktiven Sensors, um mit Hilfe eines an der Felge ange­ brachten Hochdruckreservoires den Reifendruck gezielt zu beeinflussen. Das Hochdruckreservoir ist über eine Leitung mit einem Gehäuse verbunden, in welchen sich der Permanent­ magnet mit dem Faltenbalg befindet.

Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, daß zum einen ein hoher Montageaufwand notwendig ist und zum anderen der Reifendruck nur dann beeinflußt werden kann, wenn der Luftdruck in dem Hochdruckreservoir über dem notwendigen Reifendruck liegt. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß zur Verbindung zwischen dem Hochdruckreservoir und dem Gehäuse eine Leitung notwendig ist. Hier kann es zu einer Be­ schädigung der Leitung kommen, wodurch das Hochdruckreservoir entleert wird. Eine beschädigte Leitung birgt weiterhin die Gefahr, daß beim Öffnen des in der Leitung angeordneten Ventils Luft aus dem Reifeninneren entweichen kann.

Die in der DE-PS 29 18 481 beschriebene Lösung zur Reifen­ drucküberwachung verwendet eine zentrale Drucklufterzeugungs- und -bereitstellungseinrichtung, welche mit jedem Reifen ver­ bunden ist.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß ein kompliziertes Leitungs- und Ventilsystem notwendig ist.

In der EP-OS 02 99 398 wird der Reifendruck mittels einer gegen eine an der Felge in Umfangsrichtung angeordneten einseitig ge­ öffneten Schlauchs gepreßten Rolle erhöht. Eine Drucksenkung wird mit Hilfe einer zweiten Rolle erreicht, die eine Wippe betätigt, die wiederum ein Ventil öffnet.

Neben der Notwendigkeit einer permanenten Messung des Reifendruckes hat die Vorrichtung den Nachteil, daß insbesondere zur Luftzu­ fuhr große Stellkräfte für die an den umlaufenden Schlauch gepreßte Rolle notwendig sind. Desweiteren ergeben sich zusätzliche Probleme durch den unrunden Lauf der Felge. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß diese keine kostengünstige Zwischenlösung bietet für den Fall, daß der Druck in einem Reifen konstant ge­ halten werden soll.

Der vorliegenden Regelung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zur Steuerung des Reifendrucks im Fahrzeug zu schaffen, welche einen einfacheren Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Regelung des Reifensdrucks im Fahrzeug mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im Gegensatz zum Stand der Technik verzichtet die neue Vorrich­ tung zur Steuerung des Reifendrucks im Fahrzeug auf Luftzufuhr­ leitungen und auf einen Luftdruckreservoir.

Stattdessen ist eine an der Felge befestigte Kolbenpumpe vor­ gesehen, welche eine sich im wesentlichen radial in Richtung auf die gegenüberliegende Innenwand des Reifens erstreckende Kolbenstange aufweist. Die Kolbenstange ist so bemessen, daß bei einem ordnungsgemäß mit einem Luftdruck beaufschlagten Fahrzeugreifen diese an der Innenwand des Reifens anliegt. Tritt ein Druckverlust im Reifen ein, so leistet die Kolbenpumpe eine Verdichtungsarbeit, wenn die Kolbenstange im wesentlichen senk­ recht zu der Fahrbahn ausgerichtet ist. Bei jeder Umdrehung des Rades wird Luft aus der Umgebung durch die Kolbenpumpe in das Reifeninnere gepumpt. Hierdurch wird eine unabhängige Luftdruck­ versorgung geschaffen, die für jeden Reifen des Fahrzeuges autark arbeitet. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung ist, daß diese sehr einfach aufgebaut und somit wartungsfreundlich ist.

Zur Begrenzung des maximalen Druckes im Reifeninneren ist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Sollwertes den Druck im Reifen auf den Sollwert ver­ mindert. Dies hat den Vorteil, daß ein vorgegebener Sollwert eingehalten wird.

Vorteilhafterweise ist an der Stellwand der Kolbenstange ein scheibenförmiger Fuß angebracht, wodurch die Innenwand des Reifens beim Niederdrücken der Kolbenstange nicht beschädigt wird.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 zeichnet sich durch einen Fuß aus einem gummielastischen Werkstoff aus, wodurch bei Veränderungen des Reifens in axialer Richtung die Innenwand des Reifens durch den Fuß nicht beschädigt wird.

Vorteilhafterweise ist die Kolbenstange teleskopartig ausge­ bildet und weist ein Dämpfungselement auf. Aufgrund dieser Ausführungsform werden Stöße von der Fahrbahn von dem Dämpfungs­ element aufgenommen, da die Kolbenstange gegen die Kraft des Dämpfungselementes zusammengeschoben wird. Ein weiterer Vor­ teil der teleskopartigen Kolbenstange ist darin zu sehen, daß diese so weit zusammengeschoben werden kann, ohne daß eine Be­ schädigung des Reifens durch die Kolbenstange bzw. der Kolben­ pumpe durch den Reifen eintritt, wenn im Reifeninneren der gleiche Druck herrscht wie in der Umgebung.

Vorteilhafterweise ist das Dämpfungselemente eine Druckfeder, wodurch das Dämpfungselement in einer wirtschaftlich günstigen Form ausgebildet wird. Ein weiterer Vorteil der Druckfeder ist darin zu sehen, daß im Falle eines Bruches der Feder die übrigen Windungen der Druckfeder weiterhin wirksam sind.

Vorteilhafterweise ist die Vorspannkraft des Dämpfungelementes geringfügig größer als die dem maximalen Luftdruck der Kolben­ pumpe proportionale Kraft, wodurch die im Reifen von der Fahrbahn auftretenden Stöße wirksam gedämpft werden, ohne daß der Kolben der Kolbenpumpe an die Zylinderwand schlägt.

Die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Anspruch 7 weist eine Kolbenstange mit einem Gelenk vorzugsweise ein Kugelgelenk auf. Die Verwendung eines Kugelgelenkes in der Kolbenstange hat den Vor­ teil, daß die durch Deformation des Reifens bei Kurvenfahrten wirken­ den Axialkräfte verringert werden können, wodurch die Führung der Kolbenstange in der Kolbenpumpe nicht belastet wird. Ein weiterer Vorteil des Kugelgelenkes ist darin zu sehen, daß die Kolben­ stange erst ab einer bestimmten Geschwindigkeit mit seiner Stirn­ wand zu der Innenwand des Reifens ausgerichtet ist.

Die Anordnung der Kolbenpumpe im Reifeninnenraum hat den Vorteil, daß die Kolbenpumpe gegen äußere Einflüsse geschützt ist und die Felge nur eine kleine Luftansaugöffnung aufweist.

Die Anordnung der Kolbenpumpe außerhalb des Reifeninnenraums hat den Vorteil, daß der Unwuchtradius und somit auch das Unwucht­ moment verringert werden kann.

Vorteilhafterweise ist das Druckbegrenzungsventil gegenüber der Kolbenpumpe um 180° auf dem Felgenumfang versetzt angeordnet, wodurch die auftretenden Unwuchten minimiert werden können.

Vorteilhafterweise bildet das Druckbegrenzungventil und die Kolben­ pumpe eine Baueinheit, wodurch sich die Montage und somit die Kosten verringern.

Die Ausführungsform der Vorrichtung zur Steuerung des Reifen­ drucks im Fahrzeug gemäß Anspruch 12 weist ein Druckbegrenzungs­ ventil auf, welches eine auf eine Membrane in radialer Richtung wirkende Feder sowie eine Stellschraube aufweist. Mit Hilfe der Stellschraube kann die Vorspannkraft der Feder variiert werden. Mit der veränderbaren Vorspannkraft der Feder wird auch der Luftdruck im Reifen beeinflußt. Mit Hilfe der Stellschraube kann ein bestimmter, vorgewählter Luftdruck eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, daß der Luftdruck stets den Bedienungen wie z.B. Belastung oder Fahrbahneigenschaften sowie Reifenart veränderbar ist.

Die Anordnung eines Fliehgewichtes im Druckbegrenzungsventil, welches auf die Feder wirkt hat den Vorteil, daß der Luftdruck sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Die hat den Vorteil, daß z.B. im Stadtverkehr ein geringer Luftdruck und damit gute Federeigenschaften erreicht werden. Bei hohen Geschwindigkeiten jedoch den Sicherheitsanforderungen angepaßter höherer Luftdruck im Reifeninneren herrscht.

Vorteilhafterweise ist im Druckbegrenzungsventil ein Anschlag für das Fliehgewicht vorgesehen, um so eine bestimmte Ober­ grenze für den Reifeninnendruck zu erhalten. Dies hat den Vor­ teil, daß der Reifen zum einen nicht durch den Druck übermäßig beansprucht wird und zum anderen die Lauffläche keine ballige Form einnimmt, und so die Fahrsicherheit vermindert.

Die Weiterbildung nach Anspruch 16 hat den Vorteil, daß der Reifendruck zum einen durch die Stellschraube und zum anderen durch das Fliehgewicht beeinflußbar ist.

Vorteilhafterweise hat die gemeinsame Federkonstante der Feder und der Membrane eine quadratische Kennlinie. Dies hat den Vor­ teil, daß die Druckzunahme im Reifeninneren linear mit steigender Geschwindigkeit bis zum Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit ansteigt.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung im Schnitt,

Fig. 2 ein Geschwindigkeits-Druckdiagramm, und

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Druck­ begrenzungsventils im Schnitt.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Regelung des Reifendrucks am Rad eines Fahrzeug ist zur Veranschaulichung der Details vergrößert gezeichnet. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß diese bei drucklosem Reifen im Felgenraum vor Zerstörung ge­ schützt ist.

Die Kolbenpumpe 22 ist in dem Reifeninnenraum 25 angeordnet. Das Druckbegrenzungsventil 24 ist außerhalb des Reifeninnen­ raums 25 an der Felge 26 angebracht. Mit 31 ist der Felgenrand bezeichnet. Die Kolbenpumpe 22 und das Druckbegrenzungsventil 24 bilden eine Baueinheit. Zur Befestigung der Baueinheit weist die Kolbenpumpe 22 ein Gehäuse 29 auf, welches mittels nicht darge­ stellter Verbindungselemente mit der Felge 26 verbunden ist.

Die Kolbenpumpe 22 weist eine Kolbenstange 2 auf, welche an ihrem einen Ende ein Kolben 9 und an ihrem anderen Ende einen Fuß 4 trägt. Der Kolben 9 ist radial im Zylinderraum 5 des Zylinders 1 beweglich. Die Kolbenstange 2 weist ein Gelenk 3 auf, das vorzugs­ weise als Kugelgelenk ausgebildet ist. Bei einer elastischen seit­ lichen Bewegung kann auch ein Zylindergelenk verwendet werden. Ge­ strichelt dargestellt ist die Lage der Kolbenstangenabschnitte 2a, 2b bei einer geringen Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Die Ab­ schnitte 2a, 2b der Kolbenstange 2 sind teleskopartig ausge­ bildet, wobei der Abschnitt 2a in den Abschnitt 2b eingeschoben werden kann. Beim Einschieben des Abschnittes 2a der Kolbenstange wird das Dämpfungselement 6, welches eine Druckfeder ist zusammen­ gedrückt.

Der Zylinderraum 5 der Kolbenpumpe 22 weist zwei Öffnungen auf, in welchen die Ventile 8 und 10 angeordnet sind. Der Zylinderinnen­ raum 5 ist über das Ventil 8 und den Ansaugkanal 7 mit der Umgebung verbunden. Der Zylinderraum 5 ist desweiteren über das Ventil 10 mit einer Kammer 11 sowie über einen Kanal 12 mit dem Reifeninnen­ raum 25 verbunden.

Das Druckbegrenzungsventil weist einen Regelraum 11 auf, der durch eine Membrane 13 begrenzt ist. Unterhalb der Membrane 13 ist eine Druckfeder 14 angeordnet, die auf die Membrane 13 einwirkt. Die Membrane 13 weist desweiteren eine verschließbare und öffnende Öffnung 30 auf. Zwischen der Feder 14 und eine Stellschraube 17 ist ein Fliehgewicht 19 vorgesehen. Die Position der Stellschraube 17 kann durch eine Kontermutter 18 arretiert werden. Das Gehäuse des Druckbegrenzungsventils 24 weist desweiteren zwei Öffnungen 15 und 16 auf.

Die Kolbenpumpe 22 hat einen Ansaug- und einen Pumptakt. In der dargestellten Position ist der untere Totpunkt der Kolbenpumpe erreicht und der Fuß 4 stützt sich gegen die Innenwand 23 des Reifens 28 ab. Der Zylinderraum 5 ist mit Luft gefüllt und das Ventil 8 sowie das Ventil 10 sind geschlossen. Gestrichelt dar­ gestellt die Position des Reifens 28 bei einem verminderten Reifendruck. Hierbei drückt die Innenwand 23 die Kolbenstange 2 mit dem Fuß 4 in die gestrichelt dargestellte Position. Der Kolben 9 führt einen Verdichtungstakt aus bis zum Erreichen seines oberen Totpunktes, d.h. der Kolben 9 liegt an der Stirn­ fläche 5a des Zylinders 1 an, wie in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Die verdichtete Luft tritt über das Ventil 10 in den Innenraum 25 des Reifens 28.

Ist der Sollwert des Reifendrucks erreicht, so wird durch jeden Verdichtungstakt der Kolbenpumpe 22 der Sollwert überschritten. Ist dies der Fall, so wird die Membrane 13 durch den Luftdruck gegen die Federkraft 14 und die Zentrifugalkraft des Fliehge­ wichts 19 in Radialrichtung gedrückt, wobei die Öffnung 30 frei­ gegeben wird und Luft aus dem Innenraum 25 des Reifens 28 ent­ weichen kann bis Kräftegleichgewicht an der Membran 13 herrscht. Die aus dem Reifeninnenraum 25 entwichene Luft verläßt das Druck­ begrenzungsventil 24 durch die Öffnung 15 und 16.

In der Fig. 2 ist der Reifendruck in Abhängigkeit von der Ge­ schwindigkeit dargestellt. Bis zum Erreichen einer Geschwindig­ keit V_u weist der Reifen einen Druck P_u auf. Wird diese Geschwindig­ keit von dem Fahrzeug überschritten, so steigt der Druck linear mit Zunahme der Geschwindigkeit bis zu einem Wert P_o an. Bei diesem Druck weist das Fahrzeug eine Geschwindigkeit V_o auf. Eine weitere Steigerung der Geschwindigkeit von V_o bis V_max führt zu keiner Änderung des Druckes im Reifen.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Druckbe­ grenzungsventils 24 dargestellt. Gegenüber dem Druckbegrenzungs­ ventil 24 in der Fig. 1 zeichnet sich die weitere Ausführungsform des Druckbegrenzungsventils dadurch aus, daß dieses ein Korb 20 zur Aufnahme des Fliehgewichts 19 aufweist. Der Korb 20 weist einen Anschlag 21 auf. Hierdurch wird der in der Fig. 2 dar­ gestellte Druckverlauf in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit erreicht.

Bei der Bemessung des Fliehgewichtes ist zu berücksichtigen, daß im Verdichtungstakt die Fliehkraft zusätzlich von der Gewichts­ kraft überlagert wird.

In Verbindung mit einer Stelleinrichtung für die Stellschraube 17 kann der Sollwert für den Reifendruck in Abhängigkeit von einem beliebigen vorgebbaren Kennfeld gesteuert und nachfolgend ausge­ regelt werden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Regelung des Reifendrucks am Rad, welches am Fahrzeug angebracht ist mit einem Druckbe­ grenzungsventil, welches einerseits mit dem Reifeninnenraum und andererseits mit der Umgebung in Verbindung steht, gekennnzeichnet durch eine an der Felge (26) befestigte Kolbenpumpe (22) mit einer sich i.w. radial in Richtung auf die gegenüberliegende Innen­ wand (23) des Reifens (28) erstreckende Kolbenstange (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Innenwand (23) des Reifens (28) gegen­ überliegenden Stirnwand der Kolbenstange (2) ein scheiben­ förmiger Fuß (4) angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (4) aus einem gummielastischen Werkstoff besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (2) ein Dämpfungs­ element (6) aufweist, und daß die Kolbenstange (2) teleskop­ artig ausgebildet ist, wobei die Kolbenstange (2) gegen eine Kraft des Dämpfungselementes (6) zusammengeschoben wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (6) eine innerhalb eines Ab­ schnittes (2b) der Kolbenstange (2) angeordnete Druckfeder ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft des Dämpfungselementes (6) gering­ fügig größer ist als die dem maximalen Luftdruck der Kolben­ pumpe (22) proportionale Kraft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (2) ein Gelenk (3), vorzugsweise ein Kugelgelenk (3) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpe (22) in dem Reifeninnenraum (25) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpe (22) außerhalb des Reifeninnenraums (25) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (24) gegenüber der Kolben­ pumpe (22) um 180° gedreht auf dem Felgenumfang angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (24) und die Kolbenpumpe (22) eine Baueinheit bilden.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (24) eine auf eine Membrane (13) in radialer Richtung wirkende Feder (14) sowie eine Stellschraube (17) aufweist mittels derer die Vorspannkraft der Feder (14) einstellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichet, daß das Druckbegrenzungsventil (24) eine auf eine Membrane (13) in radialer Richtung wirkende Feder (14) sowie ein auf die Feder (14) wirkendes Fliehgewicht (19) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckbegrenzungsventil (24) ein Anschlag (21) für das Fliehgewicht (19) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (21) an einem zur Aufnahme des Fliehgewichtes (19) vorgesehenen Korbes (20) ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (24) eine auf das Fliehgewicht (19) oder den Korb (20) wirkende Stellschraube (17) aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Federkonstante der Feder (14) und der Membrane (13) eine quadratische Kennlinie aufweist.