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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnellen Aufpumpen
von Reifen.
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Reifen
werden gegenwärtig
im Allgemeinen unter Verwendung einer Aufpumpvorrichtung (eine Aufpumppistole,
die mit einem Druckmesser versehen ist) aufgepumpt, die an ein Verteilungsnetz
für Druckluft
angeschlossen ist. Ein Aufpumpen erfolgt durch das Einleiten von
Luft durch ein Sicherheitsventil für Reifen, das bekanntlich einen
verhältnismäßig kleinen
Querschnitt für
den Durchlass von Luft von gewöhnlich
etwa 3 mm2 besitzt.
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Bei
einem verfügbaren
Druckgradienten in normalen Druckluft-Verteilungsnetzen (mit einem Maximum
von 10 Bar) und einem derart kleinen Querschnitt für den Luftdurchlass
beträgt
die Dauer, um einen Reifen vollständig aufzupumpen, etwa 60 Sekunden
für einen
Personenwagen und mindestens zehn Minuten für einen Lastkraftwagen. Um
die Dauer des Aufpumpens zu verkürzen,
ist bereits vorgeschlagen worden, zuerst den inneren Teil des Sicherheitsventils
zu entfernen und ihn dann nach dem Aufpumpen wieder zu montieren.
Mit diesem Notbehelf kann die Zeitdauer zum Füllen des Reifens auf etwa 5
Minuten verringert werden, er ist jedoch ein sehr schwieriger Prozess
und kann manchmal die richtige Funktion des Ventils beeinträchtigen
und somit die Sicherheit des Reifens nachteilig beeinflussen, nicht zuletzt
deswegen, weil er während
einer verhältnismäßig kurzen
Zeit einen möglichen
Druckverlust zur Folge haben kann.
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Um
unter der Voraussetzung, dass es nicht möglich ist, den Querschnitt
für den
Durchlass von Luft durch das Sicherheitsventil des Reifens zu vergrößern, die
Zeitdauer des Aufpumpens bedeutend zu verringern, wäre es deshalb
erforderlich, den Druck des Füllgases
(Luft, Stickstoff oder ein anderes Inertgas) stark zu erhöhen, mit
der Ausnahme, dass es auf Grund der Tatsache, dass an den Füllstellen eine
begrenzte Energie zur Verfügung
steht, gewöhnlich
nicht möglich
ist, einen ausreichenden Volumendurchsatz für den gewünschten Druck zu erreichen.
Andererseits verbieten Sicherheitsbetrachtungen die Verwendung eines
großen
Tanks mit großer Kapazität und hohem
Innendruck als Quelle des Druckluftstroms für das System zum Aufpumpen.
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Dieses
Dokument repräsentiert
den am nächsten
kommenden Stand der Technik. JP-07 127 571-A offenbart eine Vorrichtung
zum Aufpumpen von Reifen mit einem Verstärker, der einen Motor und einen
durch den Motor angetriebenen Kompressor umfasst, um von dem Verstärker einen
verhältnismäßig hohen
Durchsatz und einen verhältnismäßig hohen
Druck zu erhalten.
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zum Aufpumpen zu schaffen, die ermöglicht, einen Reifen in sehr
kurzer Zeit zu füllen,
ohne den inneren Mechanismus des Reifenventils zu entfernen.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine im Aufbau sehr einfache
Anlage zum Aufpumpen zu schaffen, die sowohl eine hohe Leistungsfähigkeit
besitzt als auch geringe Herstellungskosten aufweist.
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Diese
sowie weitere Aufgaben, die später deutlicher
werden, werden gemäß der vorliegenden Erfindung
gelöst
durch eine Anlage oder eine Vorrichtung zum schnellen Aufpumpen
von Reifen, wie sie im An spruch 1 beansprucht wird.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher
aus der folgenden genauen Beschreibung einer gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung, in der:
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1 eine schematische Ansicht
einer ersten Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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2 einen Blockverbindungsplan
zeigt, der eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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In
der beigefügten
Zeichnung sind gleiche oder ähnliche
Teile durch gleiche Bezugszeichen angegeben.
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In
der Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist,
umfasst die Steueranlage oder die Steuervorrichtung zum schnellen
Aufpumpen von Reifen einen Kompressor C, eine Turbine T, eine Aufpumpvorrichtung
DG und eine Übertragungsschaltung
CTP für
einen gesteuerten Reifendruck.
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Die
Schaltung CTP für
einen gesteuerten Reifendruck umfasst eine Verbindungsleitung 1 von einer
Aufpumpgasquelle (die allgemein mit 2 bezeichnet ist, in der Zeichnung
jedoch nicht genau gezeigt ist) eines geeigneten Typs, die hier
ein motorgetriebener Kompressor mit einem mit Druck beaufschlagen
Drucklufttank ist, und besitzt ein einfaches Schließventil 3,
das vorzugsweise durch ein Pedal 4 betätigt wird. Zwei Leitungen 5 und 6 gehen
von der Verbindungsleitung ab, eine Leitung zu einem Druckvergleichsventil 8 und
die andere Lei tung zu einem Schaltventil 9.
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Die
Aufpumpgasquelle 2 ist außerdem durch eine Leitung 7 direkt
mit einem Druckreduzierer 10 verbunden, dessen Ausgang über eine
Rohrleitung 11 mit einem Druckmesser 12 zum Einstellen
des Aufblasdrucks mit einem ersten Eingang 8a eines Druckvergleichsventils 8 verbunden
ist, das für
die Steuerung des Schaltventils 9 vorgesehen ist, wobei der
Ausgang 8b aus diesem Grund mit einer Steuerschaltung (die
in der Zeichnung nicht gezeigt ist) des Schaltventils 9 verbunden
ist. Das Druckvergleichsventil 8 ist so beschaffen, dass
es das Schaltventil 9 steuert, das durch die Leitung 6 von
der Quelle 2 direkt beliefert wird und seinerseits über die
Leitung 13 sowohl einen Eingang Ta der Turbine T als auch
einen Eingang Ca des Kompressors C speist.
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Ein
zweiter Eingang 8c des Druckvergleichsventils 8 ist
mittels einer Leitung 14, in deren Verlauf eine Blende 15 und
ein feststehender nicht einstellbarer Druckreduzierer 16 in
Reihe verbunden sind, mit einem Steuerdruckmesser 21 verbunden,
wie später
genauer erläutert
wird. Auf ihrer Länge,
die zwischen der Blende 15 und dem Druckreduzierer 16 vorhanden
ist, steht die Leitung 14 durch eine Rohrleitung 17,
die einen Ausgleichstank 17a umfasst, mit dem Schaltventil 9 in
Verbindung. Von der Leitung 14 zweigt außerdem eine
Leitung 18 ab, die mit einem Auslassventil 19,
das z. B. vom Knopf-Typ ist, in Verbindung steht, dessen Arbeitsweise
später
erläutert wird.
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Bevor
die Leitung 13 den Eingang Ta der Turbine erreicht, weist
sie einen gewendelten Abschnitt auf, der in einem Wärmetauscher 22 angeordnet
ist, um Wärme
zu absorbieren, damit die Druckluft von der Quelle 2 vorgewärmt wird,
bevor sie in die Turbine T eintritt. Die Wärme zum Vorwärmen wird
durch einen Abschnitt der Leitung 23 geliefert, der mit
dem Ausgang Cb des Kompressors C verbunden ist und zur Aufpumpvorrichtung
DG eines zu füllenden
Reifens P führt.
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Stromabwärts von
dem Wärmetauscher 22 steht
die Leitung 23 mittels einer Leitung 14a mit dem Steuerdruckmesser 21 und
dann durch die Leitung 14 mit dem Druckreduzierer 16 und
der Blende 15 sowie mit einem Eingang 8c des Druckvergleichsventils 8 in
Fluidkommunikation.
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Wie
in 1 schematisch angegeben
ist, ist die Abtriebswelle Au der Turbine T betriebsfähig direkt
mit dem Kompressor C verbunden, um diesen zu aktivieren. Die Turbine
T besitzt einen Auslassausgang Tb, der vorzugsweise mit einem Schalldämpfer 24 versehen
ist.
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Die
Funktionsweise der oben beschriebenen Anlage ist sehr einfach und
zuverlässig.
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Wenn
die Aufpumpvorrichtung DG aufgebaut und mit dem gewöhnlichen
Aufpumpventil, das in einem Reifen P enthalten ist, verbunden ist
und der Druckmesser 12 auf den gewünschten Druck für den Reifentyp
und die Leistungsrate eingestellt wurde, tritt der Bediener auf
das Pedal 4, um das Ventil 3 zu öffnen und
um sowohl die Turbine T als auch den Kompressor C mit der Druckluftquelle 2 zu
verbinden, die Luft bei verhältnismäßig geringem
Druck liefert. Der verfügbare
Durchsatz beträgt
bei einer normalen Druckluftquelle 2 in einer Aufpumpstation
gewöhnlich etwa
4000 Nl/min bei etwa 10 Bar.
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Das
Druckvergleichsventil 8 misst einerseits über seinen
Eingang 8a den im Voraus festgelegten Aufpumpdruck über seinen
eigenen Eingang, während
sein Eingang 8c den Ist-Druck während des Füllens, d. h. den Druck, der
in dem Reifen P selbst vorhanden ist, misst. Solange zwischen den
beiden Drücken,
d. h. zwischen dem Druck, der für
den Druckmesser 12 eingestellt wurde, und dem Druck, der
in dem Reifen erreicht wurde, kein Ungleichgewicht besteht, wird
das Druckvergleichsventil 8 das Schaltventil 9 offen
halten, und wenn dieses Gleichgewicht erreicht wird, wobei der im
Voraus festgelegte Druck erreicht ist, wird bewirkt, dass das Schaltventil schließt, so dass
die Lieferung von Druckluft sowohl an die Turbine T als auch an
den Kompressor C unterbrochen wird.
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In
der Praxis wird dieses Gleichgewicht allmählich in aufeinander folgenden
Stufen erreicht, und um sicherzustellen, dass das Schaltventil 9 geschlossen
bleibt, bis der eingestellte Aufpumpdruck erreicht ist, wirkt der
Tank 17a als ein Ausgleichsbehälter, um die Funktion des Ventils
sowohl genau als auch empfindlich zu machen.
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Wie
bereits angegeben wurde, wird ein Teil der Luft von der Quelle 2 bei
etwa 10 Bar an die Turbine T geschickt, wobei sie zuerst durch den
Wärmetauscher 22 verläuft, in
dem sie vorgewärmt
wird, um den Wirkungsgrad der Turbine T zu verbessern. Die Wärme zum
Vorwärmen
wird durch die stark komprimierte Luft, z. B. bei 40 Bar geliefert,
die vom Kompressor C kommt, wobei die Temperatur der Luft im Ergebnis
ihrer Kompression auf etwa 150°C
wesentlich erhöht
wurde.
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Der
Durchsatz der Druckluft von einer typischen Aufpumpstation beträgt, wie
oben festgestellt wurde, etwa 4000 Nl/min bei 10 Bar, während der Durchsatz,
der zum Erreichen eines schnellen Aufpum pens benötigt wird, in der Größenordnung
von 500 Nl/min bei 40 Bar liegt. Die Energiebilanz zwischen der
verfügbaren
Leistung bei einer Aufpumpstation von W = 4000 × 10 = 40000 und der für das schnelle
Aufpumpen erforderlichen Leistung von W1 =
500 × 40
= 20000 ist entschieden günstiger
bei der Lösung,
die durch die vorliegende Erfindung geschaffen wird.
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Die
Energie, die erforderlich ist, um den Kompressor C zu aktivieren,
wird von der Turbine T geliefert, die durch einen Teil der Druckluft
gespeist wird, die von der Quelle 2 kommt und somit den
gleichen Druck aufweist wie die an den Kompressor gelieferte Druckluft,
die dadurch einen Kompressionsfaktor von etwa 4 besitzt.
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Die
Turbine T kann wie der Kompressor C ein beliebiger geeigneter Typ
gemäß den Anforderungen
der vorliegenden Aufgabe sein. Sie können z. B. dynamisch axial
oder radial bzw. vom Typ Druck oder Gegendruck sein.
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Wenn
die vom Kompressor C gelieferte Druckluft den Wärmetauscher 22 durchlaufen
hat, tritt sie direkt durch das Steuerventil oder die Aufpumpvorrichtung
DG in den Reifen P ein. Vorausgesetzt, dass die Hochdruck-Ausgangsleitung 23 vom Kompressor
C eine einzelne Rohrleitung oder Leitung ohne dazwischen liegende
Absperrvorrichtungen außer
dem Aufpumpventil DG enthält,
strömt
das Aufpumpfluid bei verhältnismäßig hohem
Druck ungehindert in das Rohr 23, wodurch möglich ist,
dass verhältnismäßig große Volumina
des Fluids pro Zeiteinheit durchströmen, die eine Reduzierung der
Zeit für
das Füllen
des Reifens P ermöglichen.
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Da
der Kompressor P eine ausreichende Kapazität besitzt, um ein schnelles
Aufpumpen zu erreichen, ist es nicht erforderlich, irgendeine Art
der Reserve, wie etwa ein Tank, für die Ausführung des Aufpumpprozesses
zu haben. Folglich steht dann, wenn der Aufpumpprozess beendet ist,
keine Komponente unter hohem Druck, was die Anlage sehr sicher macht.
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Außer der
Aufpumpvorrichtung DG, die durch den Bediener aktiviert wird, sind
alle Steuereinrichtungen Niederdruck-Einrichtungen und besitzen deshalb
eine lang anhaltende Betriebssicherheit.
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Der
Druck und der Durchsatz des Kompressors C sind bei einem vorgegebenen
festen Volumenverhältnis
zwischen dem Kompressor C und der Turbine T der von der Turbine
ausgestoßenen
heißen Luft
direkt proportional. Es ist deswegen ausreichend, den Turbinenausstoß in die
Atmosphäre
einzustellen, damit die Leistung des Turbokompressors (mehrstufige
Zentrifugen-Blaseinrichtung) C, T in einem bestimmten Anwendungsbereich
variiert und um somit eine spezielle Aufpumpzeit, die für einen bestimmten
Typ oder Reifen P, der aufgepumpt werden soll, eingestellt ist,
zu erreichen.
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In
der Ausführungsform,
die in 2 gezeigt ist,
wird die Turbokompressor-Einheit T, C durch eine elektronische Steuerschaltung
CCE gesteuert, die einen Leistungsaktuator 30 einer beliebigen
geeigneten Art umfasst, der an seinem Eingang zur Versorgungsleitung 1 einen
Elektromagneten enthält,
während
sein Ausgang mit der Leitung 13 verbindet. Der Leistungsaktuator 30 wird
durch eine elektronische Steuereinheit 31 gesteuert, die
einen Mikroprozessor, eine Mikroprozessorzugriffstastatur 32 und
einen Steuerdruckmesser 33 enthält, wie es in der Technik normal
ist, wobei der Steuerdruckmesser durch eine Leitung 34 mit
der Ausgangsleitung 23 vom Kompressor C verbunden ist,
um den Ist-Aufpumpdruck zu erfassen.
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Die
Steuereinheit 31 vergleicht den Ist-Aufpumpdruck und einen
in dem Speicher der Steuereinheit im Voraus festgelegten maximalen
Aufpumpdruck und sperrt die Zufuhr zur Leitung 13, wenn
der Ist-Aufpumpdruck
den im Voraus festgelegten Wert erreicht.
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Die
gesamte Aufpumpvorrichtung kann in geeigneter Größe und ausreichend kompakt
für eine mobile
Verwendung hergestellt werden oder sie kann in einer Aufpumpeinheit
integriert sein, wie etwa ein Aufpumpgehäuse, eine Maschine zum Montieren und
Demontieren von Reifen oder ähnliche
Vorrichtungen und Anlagen.
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Die
oben beschriebene Vorrichtung zum Aufpumpen kann auf zahlreiche
Arten modifiziert werden, um mehrere Varianten herzustellen, die
in dem Schutzumfang liegen, der in den folgenden Ansprüchen dargestellt
ist.