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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Druckmessung und zur
Aufpump-/Entleerungssteuerung von Luftreifen.
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Die
Fahrzeughersteller und Reifenfabrikanten versuchen zunehmend, den
immer größer werdenden
Anforderungen der modernen Verkehrsteilnehmer an Sicherheit, Komfort
und Bequemlichkeit Rechnung zu tragen. Dies zeigt sich beispielsweise darin,
dass zahlreiche Typen von Vorrichtungen, die bis vor wenigen Jahren
praktisch noch nicht einmal existierten, wie beispielsweise Airbags,
Bremsen vom ABS-Typ, ESP-Vorrichtungen und dergleichen, heute nichts
Außergewöhnliches
mehr sind.
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In
jüngster
Zeit sind Vorrichtungen zur Messung und/oder Überwachung des Drucks von Luftreifen
auf den Markt gekommen. Die einfache, zuverlässige und regelmäßige Information
des Fahrers über den
Füllzustand
der Luftreifen seines Fahrzeugs trägt dazu bei, die Sicherheit
und den Verbrauch des Fahrzeugs zu verbessern, die Lebensdauer der
Reifen zu verlängern
und dergleichen. Derartige Systeme weisen gewöhnlich mindestens einen Drucksensor
vom an sich bekannten Typ auf.
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Es
sind beispielsweise verschiedene Typen von Drucksensoren bekannt
(beispielsweise vom kapazitiven oder resistiven Typ), mit denen
der Druck eines Luftreifens zu einem gegebenen Zeitpunkt gemessen
werden kann. Im Allgemeinen ist bei derartigen Sensoren zur Durchführung der
Messungen und Übermittlung
der gesammelten Informationen eine Stromversorgung erforderlich.
Bekanntermaßen
wird das Rad mit einer Batterie ausgestattet. Wenn häufige oder
sogar kontinuierliche Druckmessungen durchgeführt werden sollen, was uner lässlich ist, wenn
ein Durchstich des Luftreifens entdeckt werden soll, muss die Batterie
leicht ausgewechselt werden können,
da der Sensor die Batterie stark beansprucht und diese sich rasch
entlädt.
Der Wechsel muss einfach, schnell und kostengünstig durchgeführt werden können.
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In
diesem Zusammenhang treten regelmäßig Probleme in Hinblick auf
die Zuverlässigkeit
auf, die auf die Kontakte der Batterie zurückzuführen sind, welche extremen
Verhältnissen
ihrer Umgebung widerstehen müssen.
Es kommt zu einer Schädigung
der Kontakte und die elektrische Energieversorgung droht unsicher
oder instabil oder sogar vollständig
unterbrochen zu werden.
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Um
derartigen Situationen abzuhelfen, werden nicht auswechselbare Batterien
eingesetzt, die beispielsweise durch Schweißen dauerhaft in den Stromkreis
eingebaut werden können.
Auf diese Weise wird eine höhere
Zuverlässigkeit
in Hinblick auf die Energieversorgung erzielt. Wenn aber verhindert werden
soll, dass die Lebensdauer der Batterie zu kurz wird, muss der Energieverbrauch
vermindert werden. Mit anderen Worten heißt das, dass die Sensoren nicht
dauerhaft versorgt werden. Die Druckmessungen können beispielsweise stichprobenhaft in
vorgegebenen Zeitintervallen durchgeführt werden. Die Zeitabstände werden
soweit als möglich auseinander
gelegt, wenn die Lebensdauer der Batterie in möglichst hohem Maß beispielsweise
der Lebensdauer eines Luftreifens oder sogar der Lebensdauer des
Fahrzeugs entsprechen soll. Eine solche Vorgehensweise ist nicht
geeignet, wenn der Drucksensor zur Detektion eines Durchstichs oder
beliebiger weiterer Situationen, die einem Durchstich ähnlich sind
und bei denen es zu einem raschen und erheblichen Druckverlust eines
Luftreifens kommt, eingesetzt werden soll. Die Vorgehensweise ist
auch nicht angezeigt, wenn beispielsweise Schwellenwerte für das Aufpumpen
oder Abpumpen überwacht werden
sollen. Durch Stich proben, beispielsweise alle 30 oder 60 Sekunden,
wird ein gegebenenfalls auftretender Durchstich erst bei der nächsten Wiederholung
oder Messung festgestellt, also eine gewisse Zeit nach dem Durchstich.
Ein Reifenplatzer muss aber innerhalb eines sehr kurzen Augenblicks und
praktisch sofort festgestellt werden, wenn seine Detektion von Nutzen
sein soll. Andernfalls ist der Fahrer den Folgen des Durchstichs
ausgesetzt, bevor er darüber
informiert wurde. Die Folgen sind somit gleichzeitig die Warnung
und es ist häufig
zu spät, um
zu reagieren, insbesondere, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit
unterwegs ist. Es ist dringend erforderlich, dass das Überwachungssystem beim
Aufpumpen oder Abpumpen eines oder mehrerer Luftreifen im Wesentlichen
sofort reagiert, sei es, um den Bediener zu warnen, dass der angesetzte Schwellenwert
erreicht ist, oder auch, um zu veranlassen, dass das Aufpump-/Abpumpsystem
automatisch angehalten wird. Die einzige Möglichkeit, um zu vermeiden,
dass das Ausmaß der
Druckerhöhung oder
der Druckminderung unbedingt genau überwacht werden muss, besteht
darin, sehr langsame Druckänderungsraten
vorzusehen; zu spät
erfasste Schwellenwerte würden
dann nicht zu stark überschritten.
Dadurch würden
aber die Arbeitsvorgänge sehr
langwierig und mühsam.
Außerdem
bestünde bei
den Aufpumpvorgängen
die Gefahr, dass es zu einer Überhitzung
des Kompressors kommt, der sehr lange beansprucht würde.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Druckmessung
und zur Aufpump-/Entleerungssteuerung für Luftreifen anzugeben, mit
dem diesen Nachteilen abgeholfen werden kann.
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Zu
diesem Zweck schlägt
die Erfindung ein System zur Druckmessung und zur Aufpump-/Entleerungssteuerung
von Luftreifen vor, das die folgenden Bestandteile umfasst:
- – einen
Drucksensor, der mit dem vorherrschenden Druck des Luftreifens fluidisch
in Verbindung steht und der befähigt
ist, diesen Druck zu messen;
- – einen
Detektor für
Druckänderungen,
der befähigt
ist, auf eine Änderung
des Drucks im Innenraum des Luftreifens zu reagieren, und
- – ein
Steuermodul, das zum Empfang und zur Verarbeitung der Informationen
befähigt
ist, die zum einen von dem Drucksensor und zum anderen von dem Detektor
für Druckänderungen
geliefert werden, und das auf Basis der von dem Druckänderungsdetektor
gelieferten Information entweder den Übergang von einem als "normal" bezeichneten Modus
zur Messung des Drucks zu einem als "beschleunigt" bezeichneten Messmodus oder den Übergang
vom "beschleunigten" Messmodus zum "normalen" Messmodus steuern kann.
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Mit
Hilfe eines solchen Systems kann es bei Druckänderungen, beispielsweise beim
bewussten Aufpumpen oder Entleeren, durch die Überwachung der Luftreifen möglich werden,
entweder den Bediener zu warnen (Signal Vorgabewert des Drucks erreicht)
oder sogar den Abbruch des Aufpump-/Entleerungsvorgangs automatisch
zu steuern. Im ersten Fall wird das System vorteilhaft mit einer
Vorrichtung zum Aufpumpen und/oder Abpumpen am Boden (außerhalb
des Fahrzeugs) eingesetzt, während
im zweiten Fall das System vorteilhaft mit einer an Bord befindlichen
Vorrichtung zum Aufpumpen und/oder Abpumpen eingesetzt wird.
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Der
Detektor für
Druckänderungen
oder das Steuermodul sind vorteilhaft kalibriert, damit nicht bei sehr
kleinen oder unerheblichen Änderungen
ein Signal erzeugt wird.
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Bei
dem "beschleunigten" Modus handelt es sich
vorteilhaft um einen Modus, bei dem das Zeitintervall zwischen den
durch den Drucksensor durchgeführten
Messungen deutlich kürzer
ist als im "normalen" Modus.
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Im
beschleunigten Modus müssen
die Wiederholungen hinreichend häufig
sein und nahe genug beieinander liegen, damit eine wirksame Detektion des
Erreichens von Schwellenwerten oder Vorgabewerten für den Druck,
vorzugsweise unter Vermeidung erheblicher Überschreitungen, möglich ist.
Die Intervalle zwischen den Messungen werden auf die technischen
Anforderungen und die Sicherheitsanforderungen abgestimmt.
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Gemäß einem
Beispiel einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung handelt
es sich bei dem "beschleunigten" Modus um einen Modus,
bei dem das Zeitintervall zwischen den durch den Drucksensor durchgeführten Messungen
fast Null ist. Selbstverständlich
ist es auf Grund technischer Grenzen schwierig, eine tatsächlich kontinuierliche
Messung zu erzielen, doch kann durch die zahlreichen und nahe beieinander
liegenden Messungen eine solche Betriebsweise simuliert werden.
In der Praxis können beispielsweise
sekündlich
durchgeführte
Messungen zufrieden stellende Ergebnisse erbringen.
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In
dem im Wesentlichen kontinuierlichen Messmodus erlaubt das System
rasche Abfolgen von Druckänderungen,
wodurch die Druckanpassungen schnell und wirksam erfolgen, ohne
dass es jedoch zu einem Genauigkeitsverlust in Hinblick auf den Füllzustand
kommt. Wenn das Steuermodul so bald als möglich den Übergang zum Normalmodus veranlasst,
bleiben die Zeitspannen, während
derer der Drucksensor stark beansprucht ist und damit die Zeitspannen
mit einem höheren
Verbrauch deutlich begrenzt. Auf diese Weise werden sowohl das Messsystem
als auch die Lebensdauer der Batterie optimiert.
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Beim Übergang
vom "Spar"-Modus zum "normalen" Modus ist vorteilhaft
eine kurze Übergangsphase
im "beschleunigten" Messmodus vorgesehen,
wodurch es möglich
ist, jegliche Druckanomalien bei einem oder mehreren Luftreifen
sehr rasch oder sogar im Wesentlichen sofort festzustellen.
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Nach
einer Ausführungsform
ist der Detektor für
Druckänderungen
befähigt,
ein Signal zu liefern, das in Beziehung zur Druckänderungsrate ζ im Innenraum
des Luftreifens steht.
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Diese
Art der Funktionsweise ist mit den erfindungsgemäßen Detektoren für Druckänderungen möglich.
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Der
Druckänderungsdetektor
ist vorteilhaft vom piezoelektrischen Typ. Es handelt sich um eine an
sich bewährte,
zuverlässige
und präzise
Technologie, die sehr kurze Reaktionszeiten, wie beispielsweise
von unter 100 ms, ermöglicht.
Eine der wesentlichen Eigenschaften von Sensoren vom piezoelektrischen
Typ besteht im übrigen
darin, dass sie ohne Stromversorgung betrieben werden können. Durch eine
Deformation der Membran, die aus einem Material vom piezoelektrischen
Typ besteht, kann ein Mikrostrom erzeugt werden. Dieser Mikrostrom
wird anschließend
von einer Schaltung zum Empfang und zur Verarbeitung oder Analyse
des Signals genutzt. Nur das elektronische Modul benötigt eine
Stromversorgung, jedoch mit sehr schwacher Leistung. Es kann daher
eine Langzeitbatterie vorgesehen werden.
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Der
Detektor für
Druckänderungen
weist beispielsweise ein Gehäuse
auf, das mit zwei Kammern ausgestattet ist, die im Wesentlichen voneinander isoliert
und durch eine Membran vom piezoelektrischen Typ voneinander getrennt
sind, wobei eine erste Kammer einem Referenzdruck ausgesetzt ist
und die zweite Kammer fluidisch mit dem Messgegenstand des Mediums,
in dem die Überwachung
durchgeführt
werden soll, in Verbindung stehen kann, wobei die Membran unter
der Einwirkung einer Druckänderung
dieses Messgegenstands deformierbar ist und durch die so hervorgerufenen
Deformationen ein elektrisches Signal erzeugt werden kann, dessen
Intensität
in Beziehung zu dem Ausmaß der
Deformation steht.
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Der
Referenzdruck der Referenzkammer ist im Wesentlichen konstant und
verändert
sich nicht mit einer Änderung
des Drucks des unter Überwachung
stehenden Messgegenstands, so dass die Druckdifferenz zwischen den
Kammern variieren kann, wobei eine solche Änderung zur Erzeugung eines
Signals vom piezoelektrischen Typ führt.
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Die
Membran ist vorteilhaft so ausgelegt, dass sie mit einer Amplitude
und/oder einer Deformationsgeschwindigkeit reagieren kann, die von
dem Ausmaß und/oder
der Rate der Änderung
des Drucks abhängt.
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Vorteilhaft
handelt es sich bei dem Referenzdruck um einen Vakuumdruck.
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Der
Detektor für
Druckänderungen
ist vorteilhaft befähigt,
mit einem weiteren Element in Wechselwirkung zu treten, das entweder
elektrisch oder mechanisch mit dem Sensor zusammenwirkt.
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Das
Signal, das von dem Steuermodul übertragen
wird, ist vorteilhaft vom elektrischen Typ oder vom Typ eines Funksignals.
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Der
Sensor ist vorteilhaft so angeordnet, dass der Messgegenstand des
Mediums, in dem die Überwachung
durchgeführt
wird, dem Druck im Inneren des Luftreifens entspricht. Der Sensor
kann beispielsweise direkt in dem Innenraum angeordnet sein; andernfalls
kann der Messgegenstand über eine
Leitung zu dem Sensor gebracht werden, der beispielsweise in dem
Rad angeordnet ist.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Detektor
für Druckänderungen vom
aneroiden Typ.
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Es
handelt sich um eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Technologie,
die ohne umfangreiche Stromversorgung funktioniert. Insbesondere
die Aneroiddose benötigt
keine Stromversorgung; nur das elektronische Modul erfordert eine
solche Versorgung, jedoch mit sehr schwacher Leistung. Es kann daher
eine Langzeitbatterie vorgesehen werden.
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Der
Detektor weist beispielsweise eine mit einer kalibrierten Öffnung versehene
Aneroiddose auf, die mit dem Messgegenstand des Mediums, in dem
die Detektion erfolgen soll, fluidisch in Verbindung steht, wobei
die Dose unter der Einwirkung einer Druckänderung dieses Messgegenstands
deformierbar ist.
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Es
ist vorteilhaft, eine elektronische Mess- oder Detektoreinheit vorzusehen,
die mit der Dose so zusammenwirkt, dass diese elektronische Einheit durch
die auf diese Weise erzeugten Deformationen aktiviert werden kann.
Es kann sich beispielsweise um einen Schwellenwertdetektor handeln,
der so kalibriert ist, dass er ein elektrisches Signal überträgt, wenn
ein vorab festgesetzter minimaler Schwellenwert der Deformation
der Membran erreicht wird. Nach einem Ausführungsbeispiel handelt es sich
bei der elektronischen Einheit um einen Wandler, durch den ein elektrisches
Signal erzeugt werden kann, dessen Intensität zu dem Ausmaß der Deformation
in Beziehung steht.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist eine mechanische
Mess- oder Detektoreinheit vorgesehen, die mit der Dose so zusammenwirkt,
dass diese mechanische Einheit durch die so hervorgerufenen Deformationen
aktiviert werden kann. Es handelt sich beispielsweise um einen Schwellenwertdetektor,
der so kalibriert ist, dass er eine Einheit aktiviert, die ein elektrisches
Signal übertragen
kann, wenn ein vorab festgesetzter minimaler Schwellenwert der Deformation
der Membran erreicht wird. Nach einem Ausführungsbeispiel wirkt die mechanische
Einheit mit einem Regelwiderstand zusammen, der befähigt ist,
ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Intensität zu dem
Ausmaß der Deformation
in Beziehung steht.
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Der
vorbestimmte minimale Schwellenwert entspricht vorteilhaft im Wesentlichen
einer Deformation, die durch einen erheblichen und schnellen Druckverlust
hervorgerufen wird, wie er bei einem Platzer des Luftreifens, der überwacht
wird, auftritt. Die minimalen Schwellenwerte, die als im Wesentlichen
heftige und plötzliche
Druckänderungen
zu betrachten sind, können
beispielsweise in der Größenordnung
von 0,1 bar/s und vorzugsweise von etwa 1 oder 2 bar/s liegen, wobei
diese Angaben nicht einschränkend
zu verstehen sind. Die Reaktionszeit liegt vorzugsweise unter 100
ms.
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Bei
der kalibrierten Öffnung
handelt es sich vorteilhaft um eine Kapillare. Dadurch ist es möglich, dass
sich bei einer Änderung
des überwachten Drucks
der Druck im Inneren der Aneroiddose wesentlich langsamer ändert als
der um die Dose herum vorherrschende Druck, wodurch eine Druckdifferenz erzeugt
wird, die geeignet ist, zu einer Deformation der Dose zu führen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist vorteilhaft zur Montage auf ein Rad vorgesehen; es ist daher
von Vorteil, mindestens eine Einrichtung zur Übermittlung der Daten zu einem
nicht rotierenden Teil des Fahrzeugs vorzusehen, um sicher zu stellen, dass
die Signale vom Rad zum Fahrzeug gelangen können. Das Fahrzeug kann mindestens über eine Einrichtung
zum Empfang der Daten verfügen.
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Den
einzelnen Druckänderungsarten,
positiv oder negativ, entspricht vorteilhaft jeweils eine Polarität des Signals,
das von der logischen Schaltung gesendet wird.
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Der
Wert für
den Zeitabstand zwischen den Druckmessungen wird vorteilhaft in
Abhängigkeit
von der Druckänderungsrate ζ bemessen.
Je größer beispielsweise ζ ist, desto
kleiner ist das Intervall T.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner einen Luftreifen vor, der ein
wie vorstehend angegebenes System zur Druckmessung und zur Aufpump-/Entleerungssteuerung
für einen
Luftreifen aufweist.
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Die
Vorrichtung zur Detektion eines Platzers wird vorteilhaft in eine
Wand des Luftreifens eingebettet.
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Die
vorliegende Erfindung sieht außerdem eine
Felge vor, die ein wie vorstehend angegebenes System zur Druckmessung
und zur Aufpump-/Entleerungssteuerung für einen Luftreifen aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Druckmessung
und zur Aufpump-/Entleerungssteuerung für Luftreifen vor, das darin
besteht:
- – Messungen
des Drucks eines Luftreifens mit Hilfe eines Drucksensors durchzuführen, der
mit dem vorherrschenden Druck des Luftreifens fluidisch in Verbindung
steht und der befähigt
ist, diesen Druck zu messen, wobei die Messungen in Zeitintervallen
erfolgen, die entweder einem als "normal" bezeichneten Modus oder einem als "beschleunigt" bezeichneten Modus
entsprechen,
- – die
Druckänderungen
des Luftreifens, die stattfinden können, mit einem Detektor für Druckänderungen
zu überwachen,
der befähigt
ist, auf eine Änderung
des Drucks im Innenraum des Luftreifens zu reagieren, und
- – auf
der Grundlage der von dem Druckänderungsdetektor
gelieferten Information entweder den Übergang vom "normalen" Modus in den "beschleunigten" Modus oder den Übergang
vom "beschleunigten" Modus zum "normalen" Modus auszulösen.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist der "beschleunigte" Modus vorzugsweise
so, dass das Zeitintervall zwischen den durch den Drucksensor durchgeführten Messungen
wesentlich kürzer
ist als im "normalen" Modus. Bei dem "beschleunigten" Modus kann es sich
beispielsweise um den Modus handeln, bei dem das Zeitintervall zwischen
den durch den Drucksensor durchgeführten Messungen fast Null ist.
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Beim Übergang
vom "Spar"-Modus zum "Normal"-Modus ist vorteilhaft
eine kurze Übergangsphase
im "beschleunigten" Messmodus vorgesehen, wodurch
es möglich
ist, jegliche Druckanomalien bei einem oder mehreren Luftreifen
sehr rasch oder sogar im Wesentlichen sofort festzustellen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems oder
Verfahrens ist für
den Fall, dass ein von dem Druckänderungsdetektor
festgestellter kritischer Schwellenwert der Druckänderung überschritten wird,
die Aussendung eines Warnsignals für den Fahrer oder die Übermittlung
eines Signals an Hilfseinrichtungen zur Fahr- und Bremssteuerung,
wie ABS oder ESP, vorgesehen. Bei dieser Möglichkeit wird das Signal des
Druckänderungsdetektors
vorteilhaft allein verwendet, ohne dass notwendigerweise eine Druckmessung
mit dem Drucksensor durchgeführt wird,
um die Reaktionszeit so kurz wie möglich zu halten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Detektion eines Platzers hervor, die nicht einschränkend zu
verstehen ist und sich auf die Abbildungen im Anhang bezieht, worin:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Detektors für Druckänderungen
darstellt,
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2 ein
Diagramm zeigt, das Beispiele von Signalen darstellt, die in Kombination
mit verschiedenen Arten von Druckänderungen auftreten, welche bei
Luftreifen eines Fahrzeugs vorkommen können,
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3 ein
vergleichendes Organigramm zur Überwachung
eines Luftreifens mit einerseits einem konventionellen Drucksensor
auf der linken Seite des Diagramms und andererseits einem erfindungsgemäßen Detektor
für Druckänderungen
im rechten Teil des Diagramms zeigt,
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4 ein
Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Systems zur Druckmessung
und Aufpump-/Entleerungssteuerung für einen Luftreifen darstellt,
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die 5a und 5b einen
weiteren Typ eines Druckänderungsdetektors
zeigen, der eine Aneroiddose aufweist, und
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6 ein
Funktionsschema zum Einbau eines erfindungsgemäßen Systems zur Druckmessung und
Aufpump-/Entleerungssteuerung für
einen Luftreifen zeigt.
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4 zeigt
ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Überwachung
des Drucks eines Luftreifens. Es weist einen Drucksensor 7 und
einen wie nachfolgend beschriebenen Druckänderungsdetektor 2 auf.
Es ist ein Steuermodul 3 vorgesehen, das elektrisch oder
mechanisch mit dem Sensor 2 zusammenwirkt. Eine Batterie 4 gewährleistet
die Stromversorgung des Moduls 3 und des Sensors 7 sowie
gegebenenfalls des Detektors 2, wobei jedoch ein vorteilhafter
Typ eines Detektors 2 erfindungsgemäß keine Stromversorgung benötigt, wodurch
die Batterie 4 sparsamer eingesetzt werden kann. Es ist
vorzugsweise vorteilhaft ein Übermittlungsmodul 5 vorgesehen,
damit die Daten vom Rad des Fahrzeugs zum Fahrzeug übertragen
werden können.
Es kann sich beispielsweise um einen Sender (vorzugsweise einen
HF-Sender), einen Transponder und dergleichen handeln. Eine gegebenenfalls
vorliegende Antenne 6 vervollständigt die Vorrichtung von 4.
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Diese
Vorrichtung ist zur Montage auf ein Rad, entweder an der Felge oder
an dem Reifen, vorgesehen. Sie kann auch in eines dieser Elemente
integriert werden, beispielsweise, indem sie in eine Wand des Luftreifens
eingebettet wird. Aus diesem Grund wird vorzugsweise ein Druckänderungsdetektor 2 verwendet,
der keine Stromversorgung benötigt, um
eine Lebensdauer der Batterie 4 zu ermöglichen, die so weit als möglich der
Lebensdauer des Luftreifens, des Rads oder des Fahrzeugs entsprechen kann.
Die Batterie ist in die Vorrichtung 1 eingebaut; sie kann
beispielsweise eingeschweißt
sein. Auf diese Weise werden die bei auswechselbaren Batterien häufig auftretenden
Probleme mit den Kontakten vermieden.
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1 zeigt
einen besonders vorteilhaften Typ eines Druckänderungsdetektors 2,
einen Druckänderungsdetektor
vom piezoelektrischen Typ. Er umfasst ein Gehäuse 25, das mit zwei
Kammern 21 und 22 versehen ist, die durch eine
Membran 23 vom piezoelektrischen Typ voneinander getrennt
und im Wesentlichen voneinander isoliert sind. Eine Öffnung 24 ermöglicht eine
fluidische Verbindung zwischen einer ersten Kammer 21 des
Detektors und dem Medium oder dem Messgegenstand, das bzw. der überwacht
werden soll. Die Kammer 22 wird einem Referenzdruck ausgesetzt
oder sogar ohne Druck oder unter Vakuum gehalten. Über einen
elektrischen Anschluss 28 kann das während jeder Deformation der
Membran 23 erzeugte Schwachstromsignal übermittelt werden.
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Wenn
die Kammer 22 unter Vakuum steht, zeigt die Membran 23 im
Allgemeinen eine konkave Deformation; sie wird unter Vakuum in Richtung
der Kammer 22 gedrückt.
Jeder zusätzliche
Druck, der von der Öffnung 24 kommt,
trägt zur
Deformation der Membran 23 bei, die dann eine stabile Position,
wie beispielsweise 26, einnimmt. Ein gegebenenfalls eintretender
Druckabfall in der Vergleichskammer 21 führt zu einer
erneuten Deformation der Membran 23, die dann dazu neigt,
wieder ihre ursprüngliche
Form oder ihr ursprüngliches
Profil 27 (im Wesentlichen flach) einzunehmen. Bei der Änderung
der Krümmung
der Membran 23 wird ein Schwachstrom ausgesandt, der von
der Amplitude der Deformation und/oder der Deformationsgeschwindigkeit
abhängt. Ein
Platzer des Luftreifens, der über
die Öffnung 24 mit
der Kammer 21 verbunden ist, führt zu einem plötzlichen
und erheblichen Druckabfall in der Kammer 21. Durch die
Deformation der Membran 23 von einem ersten stabilen Profil
zu einem zweiten stabilen Profil kann durch einen elektrischen Anschluss 28 ein
Strom erzeugt werden. Dieser Strom kann anschließend von einem Steuermodul 3 empfangen und
in geeigneter Weise verarbeitet werden.
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Die 5a und 5b zeigen
einen weiteren Typ eines Druckänderungsdetektors 2,
der eine Aneroiddose 30 enthält. Diese Dose kann aus zwei Hälften 33 in
Form einer Schale bestehen, die jeweils an ihren Rändern miteinander
verbunden sind, so dass sie ein geschlossenes und im Wesentlichen
luftdichtes Gehäuse
bilden. Im Bereich der Verbindung der Schalenhälften oder auch an einer anderen
Stelle der Dose ist eine kalibrierte Öffnung 31, wie beispielsweise
eine Kapillare, vorgesehen. Die Form der Dose kann variieren, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Dose 30 ist so aufgebaut, dass sie ein Bauteil betätigt, durch
das die mit der Deformation der Dose verbundene Information in eine
entsprechende Information, beispielsweise eine Information zu einem
Druckverlust in gefährlicher
Höhe oder
einem Platzer und dergleichen, umgewandelt werden kann. Zu diesem
Zweck kann die Dose entweder ein mechanisches Bauteil 34,
wie einen Hebel, einen Arm oder ein anderes mechanisches Bauteil,
ein elektrisches oder elektronisches Bauteil 35, wie einen
veränderlichen
Widerstand, oder ein elektromechanisches Bauteil, wie einen Schalter,
betätigen. Das
betreffende Bauteil ist vorteilhaft mit einem Steuermodul 3 verbunden,
das das Signal in geeigneter Weise empfängt und verarbeitet.
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2 zeigt
Beispiele von Signalen, die von einem erfindungsgemäßen Druckänderungsdetektor 2 erzeugt
werden können.
Die Figur bringt das vorliegende physikalische Phänomen mit
dem entsprechenden Signal des Detektors in Verbindung. Im Aufpumpmodus
A steigt beispielsweise der Druck, er verändert sich also. Dies bewirkt
die Erzeugung eines beispielsweise positiven und konstanten Signals, das
in Kombination mit einer langsamen, kontinuierlichen und gleichmäßigen Druckänderung
auftritt.
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Bei
konstantem Druck, bei B und D, wird kein Signal erzeugt, da die
Membran unbewegt bleibt und ihr Profil nicht ändert.
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Bei
einer Verminderung des Drucks, bei C, kann ein beispielsweise negatives
und konstantes Signal mit einer geringen, konstanten und gleichmäßigen Druckminderung
kombiniert sein.
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Bei
F platzt der Luftreifen oder er erleidet einen sehr großen und
raschen Druckverlust, wodurch ein Signal in Form einer "Spitze", das von kurzer Dauer
ist, erzeugt werden kann, da die Membran des Sensors während einer
sehr kurzen Zeit, der Übergangszeit
von einem ersten im Wesentlichen stabilen Profil zu einem anderen
im Wesentlichen stabilen Profil, stark deformiert wird.
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Bei
E ist der Druck stabil und das Fahrzeug fährt. Das Laufgeräusch kann
von dem Detektor in Abhängigkeit
von seiner Empfindlichkeit empfangen werden. Er wirkt daher wie
ein Geräuschdetektor oder
Geräuschsensor
oder wie ein Mikrophon. Die Doppelfunktion als Druckänderungsdetektor/Laufgeräuschdetektor
ist besonders vorteilhaft. Diese Doppelfunktion ermöglicht beispielsweise
die Kombination eines Warnsignals mit einem Fahr- oder Standmodus.
Das Signal kann unterschiedlich verarbeitet werden, wobei der erste
der beiden Fälle
kritischer ist.
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3 zeigt
ein Ablaufschema des Überwachungsmodus
für Luftreifen
mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Systems
zur Drucküberwachung.
Im normalen Betriebsmodus werden von dem Drucksensor 7 in
gegebenen Zeitintervallen Messwiederholungen durchgeführt.
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Um
die Lebensdauer der Batterie soweit als möglich zu verlängern, ist
es wünschenswert,
die Anzahl der Wiederholungen für
einen gegebenen Zeitraum zu verringern, sobald es nicht erforderlich
ist, die Luftreifen kontinuierlich zu überwachen, was typischerweise
der Fall ist, wenn das Fahrzeug anhält und insbesondere bei einem
längeren
Stillstand.
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Das
erfindungsgemäße System
zur Druckmessung und zur Aufpump-/Entleerungssteuerung funktioniert
wie folgt:
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Es
ist in erster Linie ein erster Systemumgebungs- und damit Einsatztyp
vorgesehen, der sich wie folgt darstellt: Gemäß diesem ersten Aspekt können mit
dem Kontrollsystem ein oder mehrere auf einem Fahrzeug montierte
Luftreifen auf einfache, sichere und wirksame Weise aufgepumpt werden.
In einem solchen Fall kann der Fahrer sein Fahrzeug an einer Anlage
zum Aufpumpen abstellen. Er pumpt einen oder mehrere Reifen seines
Fahrzeugs auf. Das Mess- und Steuersystem hilft ihm, beim Aufpumpen die
vorgeschriebenen Drücke
so genau wie möglich einzuhalten:
Bei einer Druckänderung
stellt das System zur Detektion von Druckänderungen (das einen Druckänderungssensor
enthält)
praktisch sofort die Zustandsveränderung
fest und löst
einen Übergang vom "normalen" Messmodus, bei dem
die Messungen in Zeitintervallen durchgeführt werden, die größenordnungsmäßig 30 bis
60 Sekunden oder sogar weiter auseinander liegen, zum "kontinuierlichen" Messmodus aus, bei
dem die Messungen in sehr kurzen Intervallen von beispielsweise
1 oder 2 Sekunden oder sogar weniger erfolgen.
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Sobald
der Druck die erforderliche oder vorgeschriebene Höhe erreicht
hat, kann das System ein Signal erzeugen, das anzeigt, dass das
erforderliche Druckniveau erreicht ist (das System aktiviert beispielsweise
die Hupe, gegebenenfalls mit einem Signalton, der für diesen
Vorgang bezeichnend ist). Die Bedienungsperson weiß dann,
dass sie den Aufpumpvorgang bei diesem Luftreifen beenden soll.
Es ist daher dringend erforderlich, dass das Messsystem sehr schnell reagiert,
wenn ein überhöhter Luftdruck
des Luftreifens vermieden werden soll.
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Andererseits
ist folgender weiterer Systemumgebungs- und damit Einsatztyp vorgesehen:
Einige Personenkraftwagen, Nutzfahrzeuge oder andere Fahrzeuge sind
mit einem zentralen Aufpumpsystem ausgestattet, das im Fahrzeug
montiert ist und die Höhe
des Drucks unter realen Bedingungen, beispielsweise in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, wie der Beladung, der
Geschwindigkeit (bei hoher Geschwindigkeit kann es sich als vorteilhaft
erweisen, den Druck zu erhöhen) oder
in Abhängigkeit
von den Straßenverhältnissen oder
der Straßenqualität (beispielsweise
wird bei Anwesenheit von Schmutz oder Schnee der Druck zur Erhöhung der
Haftung vorteilhaft verringert) anpasst. Die Steuerung der Druckänderung
kann entweder manuell oder automatisch erfolgen.
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Angenommen
sei eine Veränderung
der Fahrbedingungen des Fahrzeugs, die eine Änderung des Luftdrucks erfordert.
Ein in dem Fahrzeug angebrachter Kompressor führt durch die Radnaben Druckluft
zu. Wenn eine Druckminderung gefordert wird, setzt ein Regelventil
einen Teil der Luft des Luftreifens frei. Das Ausmaß der Druckerhöhung oder der
Druckminderung wird durch das System zur Messung und Steuerung des
Drucks kontrolliert. Bei einer Veränderung der Höhe des Drucks
wird über
den Druckänderungsdetektor
jede Änderung
umgehend durch das Mess- und Steuersystem ermittelt.
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Das
System zur Detektion von Druckänderungen
(das einen Druckänderungssensor
enthält) stellt
bei einer Druckänderung
praktisch sofort die Zustandsveränderung
fest und löst
einen Übergang vom "normalen" Messmodus, bei dem
die Messungen in Zeitintervallen durchgeführt werden, die größenordnungsmäßig 30 bis
60 Sekunden oder sogar weiter auseinander liegen, zum "kontinuierlichen" Mess modus aus, bei
dem die Messungen in sehr kurzen Abständen von beispielsweise 1 oder
2 Sekunden oder sogar weniger erfolgen.
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Sobald
der Druck das erforderliche Niveau erreicht hat, veranlasst das
Mess- und Steuersystem je nachdem umgehend, dass das Aufpumpen oder die
Luftentleerung eingestellt wird. Auch in diesem Fall ist eine sehr
schnelle Reaktion des Messsystems dringend erforderlich, wenn vermieden
werden soll, dass der Luftreifen zu stark aufgepumpt oder entleert wird.