WO1993008036A1 - Verfahren, vorrichtung und ventilkappe zum messen und anzeigen des druckes in einem luftreifen - Google Patents

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WO1993008036A1
WO1993008036A1 PCT/EP1992/002378 EP9202378W WO9308036A1 WO 1993008036 A1 WO1993008036 A1 WO 1993008036A1 EP 9202378 W EP9202378 W EP 9202378W WO 9308036 A1 WO9308036 A1 WO 9308036A1
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Rainer Achterholt
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Rainer Achterholt
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    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/0479—Communicating with external units being not part of the vehicle, e.g. tools for diagnostic, mobile phones, electronic keys or service stations

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for measuring and displaying the pressure in a pneumatic tire.
  • the invention further relates to a valve cap for such a device.
  • the device is particularly intended for pressure measurement on the tires of cars, trucks, buses and aircraft.
  • Document DE-A-39 30 480 discloses a valve cap for a pneumatic tire which generates a pressure decrease signal. Electrical and / or electronic components of a transmitter are attached to a circuit board within the valve cap housing. There is a power supply source and a switching element, to which at least one conductor section belongs, which is arranged at a short distance from the rest position of a deflectable membrane. A membrane deflection caused by the decrease in tire pressure closes a circuit, and the transmitter circuit is supplied with current / voltage, and the transmitter supplies a pressure decrease signal for a limited time.
  • a sequence control is provided which interrupts this signal transmission after a short signal transmission and puts the transmitter into a ready state again.
  • the wirelessly transmitted print S S ignale can ignalfrequenzen be in the kHz range, which are received by a receiver, which is stationarily arranged adjacent to the vehicle to the wheel.
  • a pressure display that can be read on the dashboard of the vehicle is generated when the tire pressure has dropped below a predetermined target value.
  • the known valve cap only generates a signal frequency when the tire pressure to be monitored is less than a target pressure. However, there is a desire to be able to query the current tire pressure at will as part of the tire pressure monitoring.
  • Document DE-C-36 00 830 discloses a tire pressure measuring and display device in which a deflectable membrane is provided as the pressure sensor, which is arranged within a valve cap and on which the tire pressure acts.
  • a permanent magnet is adjusted according to the tire pressure-dependent membrane deflection, and the distance between the permanent magnet and a reference plane serves as a "pressure signal".
  • This distance of the magnet is detected with the aid of a proximity sensor which operates without contact and which is located in a handpiece which can be handled independently of the valve cap and which must be brought into contact with the valve cap in a defined manner.
  • the output signal of the proximity sensor is processed with the aid of an electronic circuit which supplies a signal for driving a pressure display device.
  • the pressure display device can be designed as an easily readable liquid crystal or light-emitting diode number display with several display fields. Thanks to a storage device, the tire pressure can also be read away from the valve cap.
  • a disadvantage of the known device is that, in order to transmit the “pressure signal”, the handpiece has to be brought into contact with the valve cap in a defined arrangement. Furthermore, the pressure detection with the aid of a deflectable membrane limits the Accuracy and the reproducibility of the pressure value determination.
  • the documents ÜS-A-4 250 759 and US-A-4 704 901 disclose hand-held devices which are equipped with a pressure sensor, a current source and the circuitry necessary to generate a digital pressure display. These hand-held devices are mechanically coupled to a tire valve, a valve tappet being depressed so that the tire pressure can act on the pressure sensor in the hand-held device. Another disadvantage is the requirement for mechanical coupling of the hand-held device and the tire valve. In addition, experience has shown that the type of coupling of the device to the tire valve influences the pressure display in such handheld devices.
  • the document De-A-28 50 787 relates to a tire pressure alarm device which on the rotating wheel has a pressure sensor, an electromagnetic current generator and a transmitting device for a pressure signal which is transmitted telemetrically to a receiver which is accommodated on the vehicle chassis.
  • the pressure sensor is a pressure switch equipped with a membrane.
  • the membrane adjusts a movably arranged switching element that opens or closes a circuit.
  • the pneumatically actuated pressure switch responds to certain threshold values, and accordingly a "warning" or "alarm” display can be generated.
  • the continuous monitoring and display of the tire pressure is not possible with this known device.
  • a handheld device can be provided with which the
  • the hand-held device is aimed at a specific tire in order to telemetrically activate its pressure sensor.
  • a pressure signal is then generated, telemetrically transmitted to the handheld device and displayed there.
  • the states mentioned above can be displayed.
  • a number of systems for monitoring the tire pressure are known, which have a pressure switch on the rotating wheel and a signal transmitter on the chassis adjacent to the wheel.
  • the pressure signal is transmitted by inductive coupling, which is induced by a signal from the signal transmitter (cf. DE-A-37 36 803 or DE-A-38 01 278).
  • absolute pressure sensors designed as semiconductor components have become known, which deliver an electrical output signal that corresponds to the detected pressure.
  • Such absolute pressure sensors have hitherto not been used for tire pressure monitoring on vehicle tires.
  • the object of the invention is to provide a method for measuring and displaying the pressure in a pneumatic tire of a vehicle wheel, with which the current tire pressure can be queried at any time and the tire pressure recorded and displayed with an accuracy of at least 1/10 bar can be.
  • a further object of the invention is to provide a device for carrying out this method, with which the current tire pressure can be queried simply and comfortably and displayed in a clearly visible manner when the vehicle is stationary.
  • valve cap is to be provided for interaction with the device.
  • the reading / display instrument is designed as a remote control element, as is known, for example, from the operation of TV sets.
  • the source for the activation signal is located on an end face of the elongated cuboid remote control element. This source is aimed at the tire, the pressure of which should be checked. Typically, a distance of between 50 and 200 cm between the remote control element and the tire to be tested should be maintained.
  • the remote control element is provided with a button or switch, its actuation triggers the activation signal and the receiving device and the evaluation devices are set to a standby state. Since the power-consuming components of the remote control element are only in operation for a short time, the battery provided for power supply in the remote control element has a long service life. This battery can be replaced after use.
  • an absolute pressure sensor which is designed as a semiconductor component and which supplies an electrical output signal corresponding to the current tire pressure
  • a circuit device which evaluates this electrical output signal and uses it to generate a pressure signal which represents the tire pressure. a transmitter for this pressure signal,
  • the receiving device and the activation device have to be kept in a standby state. All that is required is a minimal current consumption, for example in the order of a few microamperes.
  • the activation device activates the components on the valve cap required for generating and transmitting the signal frequency;
  • the absolute pressure sensor is supplied with voltage and the switching device (s) and the transmitting device are put into operation.
  • a sequence control ensures a short-term transmission of the pressure signal; For example, the duration of the transmission or the number of pressure signal pulses transmitted can be limited.
  • the power supply to the absolute pressure sensor, the switching device (s) and the transmitting devices is then interrupted again.
  • valve cap Thanks to the minimal current consumption, a long service life of the current source is obtained on the valve cap.
  • a lithium battery with the dimensions of a button cell, which has a nominal voltage of approximately 3 V and a capacity of approximately 50 mAh, more than 200 transmissions of the current tire pressure can be carried out. It is evident that even with regular tire pressure monitoring - for example once a week - the valve cap can function for several years.
  • a signal is expediently Transmission route provided with a path length of about 50 to 200 cm.
  • the inspecting person has to bend over unnecessarily.
  • a path length of the signal transmission path of approximately 100 to 150 cm has proven particularly useful.
  • the wireless signal transmission takes place with the aid of electromagnetic radiation, the frequency of which is not particularly limited.
  • the frequency of which is not particularly limited.
  • comparatively long-wave frequencies in the kilo and mega-hertz range can be provided for the signal transmission.
  • Signal transmission takes place with the aid of electromagnetic radiation, which can be generated and detected with optoelectronic components.
  • a suitable frequency range comprises the red part of the visible light and the near infrared radiation, that is to say radiation with wavelengths of about 650 to 1400 nm. Radiation in this wavelength range is hereinafter referred to briefly as "IR radiation”. Radiation with wavelengths between approximately 800 and 1000 nm, which can be generated with the aid of GaAs LED, is particularly suitable. Such radiation is sufficiently reflected in the environment in question here in order to ensure reliable signal transmission between the valve cap and the remote control element even when the valve cap is in an unfavorable position. In most countries there are no official requirements for signal transmission with IR radiation of the radiation power under consideration here.
  • the optoelectronic components (LED, photodiodes) required for generation and detection are small, powerful and are available inexpensively and commercially.
  • the known remote control elements for TV sets provide experience with the selection of suitable optoelectronic components and the design of suitable circuits for signal transmission with IR radiation.
  • S end equipment for the IR radiation which be ⁇ knew IR LED as Lumine ⁇ zenzdioden or La ⁇ erdioden be considered.
  • Luminescent diodes also provide largely monochromatic radiation.
  • GaAs LEDs are preferably used. These have good efficiency and are suitable for low-frequency modulation in the kHz range.
  • Di ⁇ crete LED components are small and only have dimensions in the millimeter range. Such LED components can also be integrated in hybrid circuits.
  • the radiation and reception characteristics can be influenced with the aid of the housing shape and / or line-like preferences.
  • a large opening angle of 150 ° and more is preferably provided for the IR LED on the valve cap in order to ensure reliable signal transmission
  • a photodiode is preferably used as the receiving device.
  • a Si photodiode which has a high sensitivity in the intended spectral range between approximately 800 and 1000 nm. The maximum sensitivity of the Si photodiode almost coincides with the emission of the GaAs diode.
  • photodiodes have a high response time in the range of nanoseconds, so that a low-frequency modulation of the IR radiation in the kHz range can also be detected.
  • Photodiodes also have small dimensions in the millimeter range and can also be integrated in hybrid circuits. The photodiode in the valve cap must be constantly in
  • a transistor is preferably assigned to the photodiode.
  • the photodiode is operated in element mode, i.e. operated without preload.
  • the tire pressure is detected with an absolute pressure sensor which is designed as a semiconductor component and which supplies an electrical output signal corresponding to the current tire pressure.
  • Suitable semiconductor pressure sensors are available with small dimensions, for example as cuboid bodies with dimensions of approximately 6 x 6 x 3 mm.
  • the chip contains a hermetically sealed vacuum reference space and a piezo-resistive transducer to which the tire pressure to be monitored can be applied, the resistance elements of which are typically connected in the manner of a wheat tone bridge. On the chip there are additional elements for compensating the temperature influences for sensitivity and zero point setting.
  • a further sensor for temperature measurement can be integrated on the same chip.
  • the chip is located on a ceramic substrate, which is designed for mounting a circuit board in SMD technology (surface-mounted device). Alternatively, such a semiconductor absolute pressure sensor can be integrated into a hybrid circuit.
  • Such an absolute pressure sensor typically generates analog signals in the form of electrical voltages as the electrical output signal. These signals are fed to an amplifier which, if necessary, can be integrated on the same component.
  • Such piezo-resistive solid-state absolute pressure sensors are provided, for example, for pressure measurements in the range from 0 to 3.5 or 0 to 7.0 bar gauge pressure and can be used in a temperature range from -40 ° C. to + 125 ° C. A temperature measurement can also be carried out in the same temperature range. In the pressure range of about 1 to 4 bar gauge pressure, which is of particular interest here, at least a measuring accuracy of 0.1 bar is achieved.
  • valve cap is primarily intended for use in connection with the preferably provided remote control element, other devices for generating the activation signals and for pressure indication could also be provided, for example transmitting and receiving devices adjacent to the wheel on the chassis of the vehicle, ⁇ and display devices on the dashboard.
  • the valve cap according to the invention includes:
  • valve cap housing which is closed on one side and has an internal thread at the open end for screwing onto an external thread on a valve tube of a conventional tire valve;
  • an absolute pressure sensor designed as a semiconductor component, which is subjected to the tire pressure when the tire valve is open and which supplies an electrical output signal corresponding to the tire pressure
  • one or more circuit devices for generating a pressure signal reflecting the tire pressure
  • a transmitting device which emits the pressure signal into the environment
  • an activation device which then activates the absolute pressure sensor, the circuit device (s) and the transmitting device after an activation signal has been received; and - a source of electrical energy.
  • the electrical output signal typically arises as an analog signal in the form of an electrical voltage.
  • the circuit devices expediently include an amplifier for the electrical output signal, an analog / digital converter, control logic for generating a certain coded pressure signal which corresponds to the electrical output signal and an amplifier for this pressure signal.
  • the control logic can, for example, generate a digital signal in the form of rectangular pulses, the width of the pulses carrying the code. Frequencies in the kHz range are provided for this rectangular pulse, for example 100 kHz and more.
  • a carrier frequency is modulated with this digital signal, for example the IR radiation generated by a GaAs diode.
  • Periodic sequences of the pressure signal with different frequencies can also be provided in order to rule out any interference with or due to ambient radiation.
  • the data transmission can be carried out with the aid of IR radiation.
  • an IR transmitter diode is provided as the transmitting device and an IR receiving diode is provided as the receiving device, as has been explained above.
  • the circuit devices and the transmitting device are preferably subjected to a sequence control which interrupts the generation and transmission of the pressure signals after a short period of signal transmission;
  • the transmitted signal frequencies can be counted and the signal transmission can be interrupted after a predetermined count has been reached; alternatively, a specific duration of the signal transmission can be provided in accordance with a predetermined number of cycles. In any case, such a duration of the signal transmission is necessary and sufficient that the reception of an evaluable pressure signal at the remote control element guaranteed. Limiting the duration of the signal transmission reduces the current requirement and increases the usable life of a given current source on the valve cap.
  • An electronic switch is preferably used as the activation device, which selectively connects the absolute pressure sensor, the switching devices and the transmitting device to the current / voltage source or interrupts this connection.
  • Such an electronic switch can be implemented with the aid of transistors, for example as a MOS circuit.
  • the receiving device and the activating device are kept in a standby state with the aid of a power-saving stand-by circuit.
  • An exemplary stand-by circuit only has a current consumption in the micro-aper range, so that with a single commercially available button cell there is a sufficient service life for a valve cap.
  • a battery typically serves as the source of electrical energy; For example, conventional button cells can be provided.
  • the battery is preferably integrated as a further component with the electronic components of the circuit devices in order to avoid connections susceptible to corrosion.
  • a module which is arranged in the interior of the valve cap adjacent to the closed housing end.
  • a module can be implemented in hybrid technology, for example, and in addition to the various circuit devices, can also include the absolute pressure sensor, the IR LED and the IR photodiode.
  • the module can be designed as a circuit board equipped on both sides, on which the various components and components are formed and / or attached using SMD technology (surface mounted device).
  • An exemplary module is designed as a round, disk-shaped body and has a diameter of approximately 15 mm and a structural height of approximately 4 mm. The weight is about 3 to 4 g.
  • the transmitting device for example a GaA-IR LED
  • the receiving device for example a Si-IR photodiode
  • the module is arranged adjacent to the closed end of the housing, which essentially consists of a transparent, disk-shaped insert made of plastic which is permeable to IR radiation.
  • plastics which are permeable to IR radiation are Lexan, Makrolon and polyethylene.
  • a large opening angle of, for example, 150 ° and more is obtained for the transmitted radiation and the received radiation.
  • the device according to the invention also includes a remote control element with which the pressure of a specific tire can be queried and displayed without having to make direct physical contact between the tire valve and the remote control element.
  • a remote control element has at least: - A flat, essentially cuboid housing, on which a display for the pressure display and at least one button or switch for activation is formed;
  • the housing of the remote control element typically consists of plastic, is comparatively elongated in the sense of a "handpiece" and has an end face which is aimed at the tire to be tested.
  • the transmitting device (s) and the receiving device are accommodated behind this insert.
  • a display for a large-area numerical display preferably using LCD technology.
  • Further buttons or switches can be attached to the housing in order to enter data and / or to carry out certain functions, for example to identify the tire whose pressure is being determined in order to store the time of the tire pressure check or to read out data.
  • an IR signal transmission path can be provided for the signal transmission between the valve cap and the remote control element. Consequently, the transmitter (s) on the remote control element are also used as IR Transmitting diode and the receiving device designed as an IR receiving diode.
  • the circuit device for evaluating the pressure signal is preferably equipped with a filter in order to eliminate any interference and external signals.
  • a device for providing, displaying and storing the time of the tire pressure measurement is preferably present on the remote control element.
  • Typical watch crystals with a corresponding module can be used for this device.
  • the circuit devices preferably include a memory device for data storage, for example in order to store the tire tested, the tire pressure determined and the time of the tire pressure test.
  • the storage of this data is particularly useful for the commercial sector, for example for trucks and buses.
  • additional sensors for detecting the ambient pressure and / or the ambient temperature can be present on the remote control element. If the ambient pressure deviates significantly from normal pressure, the displayed tire pressure can be corrected automatically. Furthermore, the temperature of the pressure sensor can also be transmitted with the transmission of the pressure signal. If necessary, this temperature can also be taken into account when forming the tire pressure display and, if necessary, displayed.
  • a display is expediently coupled to this device, which indicates whether the currently detected tire pressure corresponds to the predetermined tire pressure or whether a correction of the current one Tire pressures are required, for example by refilling compressed air.
  • the boundary conditions such as tire temperature, ambient pressure and ambient temperature can also be taken into account in this evaluation.
  • FIG. 1 shows schematically the measurement and display of the tire pressure of a pneumatic vehicle tire with the aid of a valve cap on the tire valve and a remote control learner spatially distant therefrom;
  • FIG. 2 shows the valve cap according to FIG. 1 in a sectional representation
  • FIG. 3 shows a sectional illustration of a remote control element according to FIG. 1;
  • FIG. 4 a using a block diagram, the components and circuit devices of the valve cap and their linking;
  • FIG. 4b shows a subunit of the circuit devices according to FIG. 4a.
  • FIG. 5 uses a block diagram to show the components and circuit devices of the remote control element and their combination.
  • FIG. 1 shows a conventional, tubeless pneumatic tire 3 which is mounted on the rim 2 of a motor vehicle wheel 1.
  • This pneumatic tire 3 is equipped with a conventional tire valve 4 that has a valve tube 5 with an external thread section 6.
  • a spring-loaded valve tappet 7 Within the Ven ⁇ tilrohre ⁇ 5 (see FIG. 2) there is a spring-loaded valve tappet 7. When the valve tappet 7 is pressed down, the tire valve is opened and pressure medium can escape from the interior of the pneumatic tire 3 or into it.
  • valve cap 10 is screwed onto the valve tube 5.
  • the device also includes a remote control element 50 held by an operator, with which the air pressure in the tire 3 can be queried and displayed from a convenient distance from the motor vehicle wheel 1.
  • valve cap 10 has an essentially cylindrical valve cap housing 11, which can be made of metal, for example aluminum.
  • valve cap housing 11 can be made of metal, for example aluminum.
  • raised portions 12 are formed at a distance from one another in order to create corrugation.
  • a plate 14 made of a transparent plastic material that is transparent to IR radiation is inserted into one housing end 13.
  • this plate 14 On its outer side, this plate 14 has two, integrally molded, dome-shaped domes 15, which follow
  • a hermetically sealed connection between plate 14 and housing 11 creates a closed housing end 13.
  • the opposite housing end 17 is open and designed to be screwed onto the valve tube 5 of a tire valve 4.
  • An insert body 20 is inserted into the open housing end 17, which insert body can be made of brass or of a durable and mechanically strong plastic (polytetrafluoroethylene, polyethylene).
  • This insert body 20 essentially consists of a cylindrical sleeve 23 and a transverse wall 28. On the inner circumference of the sleeve 23, a first circumferential shoulder 24 for supporting the plate 14, a second circumferential shoulder 25 for supporting a plate 41 and an internal thread section 26 are formed .
  • the internal thread section 26 is formed on a threaded ring 21 made of brass, which is shown in FIGS 1 plastic insert body 20 inserted or screwed into the valve cap housing 11.
  • the thread on the inner thread section 26 corresponds to an outer thread 6 on the valve tube 5.
  • a punch 30 protrudes from the transverse wall 28 and, offset from its central axis, has a continuous channel 31 on it.
  • a sealing ring 29 is inserted, which is deformed when the valve cap 10 is screwed onto the valve tube 5 and seals the valve tube 5 in a pressure-tight manner with respect to the open valve cap housing end 17.
  • Such dimensions are provided that, when the valve cap 10 is screwed on in a pressure-tight manner, the plunger 30 rigidly connected to the valve cap 10 depresses the valve tappet 7 in the sense of an actuating member and thus keeps the tire valve open.
  • the pressure medium within the tire acts on the interior 32 inside the valve cap 10 through the opened tire valve and the channel 31 in the stamp 30.
  • a module 40 is inserted into this interior 32, which has a circuit board 41 on which all active components of the valve cap are attached 10 are attached.
  • These active components which are only indicated schematically, include an absolute pressure sensor 42, a microprocessor 43 and other electronic components and components 44, 44 *, 44 "with which the circuit devices are formed, an IR transmitter diode 45 and an IR photodiode 47.
  • buttons cell 48 which supplies the active components with current / voltage, within the interior 32.
  • the button cell 48 could be attached to the circuit board 41, or integrated into a hybrid module, which contains all active components
  • the necessary, only schematically indicated, electrically conductive connections are formed between the circuit board 41 and the individual active components and the button cell 48.
  • These active components are preferably attached and / or formed with the aid of the SMD technology on the circuit board 41
  • All components of module 40 can be found in Ku be embedded in resin, whereby a fluid medium Binding between the absolute pressure sensor 42 and the channel 31 is kept open.
  • FIG. 3 schematically shows a remote control element 50 that has a flat, essentially cuboidal housing 51 with the dimensions of a typical handpiece.
  • An insert 53 which consists of transparent plastic material that is transparent to IR radiation, is inserted into the front end 52 of the housing 51. Elements (not shown) for collecting the radiation to be received and for bundling the transmitted radiation are formed on this insert.
  • the other end face is formed by a removable cover 55, after removal of which batteries 56 can be inserted into a battery compartment.
  • a removable cover 55 On the top 57 of the housing 51 there is an LCD display 58, a large button 59 and a number of smaller buttons 60, 60 ', 60 ".
  • the large button 59 serves to activate the components of the remote control element 50.
  • the smaller ones Buttons 60, 60 ', 60 are used for entering or querying data and for calling up certain functions, for example for characterizing a particular tire, for entering a target tire pressure, for outputting stored data and the like.
  • a circuit board 61 to which a microprocessor 62 and various electronic components 63, 63 'and 63 "are attached, with which the switching devices for a transmission circuit for A reception circuit and for an evaluation and control circuit are realized.
  • a circuit board 61 to which a microprocessor 62 and various electronic components 63, 63 'and 63 "are attached, with which the switching devices for a transmission circuit for A reception circuit and for an evaluation and control circuit are realized.
  • one or more IR transmission diode (s) 66 and an IR photodiode (not shown) are arranged adjacent to the IR-transparent insert 53.
  • FIG. 4a shows the essential, active components of the valve cap 10 and their in the form of a block diagram 1 link shown; denote in detail:
  • VI an IR photodiode for receiving the activation signal; 5 V2 an amplifier for the activation signal;
  • V3 a test and evaluation device with filter
  • a V4 a ktiv ists worn a elektro ⁇ African Heidelberger ⁇ in shape
  • V5 an electrical battery
  • ° V6 see an absolute pressure sensor with a Wheat ⁇ ton 1 bridge circuit, which provides an analog output signal in the form of an electrical voltage which reflects the current tire pressure
  • V7 an amplifier for the output signal
  • V8 an analog / digital converter in order to generate a digital signal from the analog output signal
  • V9 a control logic for generating a digitally coded pressure signal
  • Vll an amplifier for the pressure signal
  • vi2 an IR transmitter diode which emits the pressure signal.
  • Components VI, V2, V3 and V4 are combined in a subunit, the circuitry structure of which can be seen in FIG. 4b.
  • An IR signal can be used as the activation signal. Rectangular signal with a frequency of about 100 kHz are used. With the help of the IR photodiode VI, the active signal is received.
  • a resistor R1 is located parallel to the receiving diode VI, which converts the photo current into a voltage. This voltage is amplified by a transistor T1 (field effect transistor). The gain factor is determined by the collector resistance, which is chosen to be as high-resistance as possible. The resulting collector voltage is coupled out by a high-pass filter R2 and passed to a capacitor C via a diode D.
  • a discharge resistor R3 Arranged parallel to the capacitor C is a discharge resistor R3, which discharges the capacitor C after a certain time.
  • a further transistor T2 becomes conductive, which activates the reset of the circuit (V6 to V12) via the electrical switch V4.
  • Feedback prevents the circuit from being deactivated again before all the data have been transmitted.
  • the electronic switch V4 is subjected to such a sequence control that after a short-term signal transmission this electronic switch V4 is opened again and the power supply to the components V6 to V12 is interrupted. For example, these components V6 to V12 are put into operation for a period of about 0.5 seconds.
  • FIG. 5 uses a block diagram to show the essential components of the remote control element 50 and their combination; these components include:
  • El a battery for power supply to the active components of the remote control element
  • E2 a button for activating the remote control element
  • E3 a number of further buttons for entering data
  • E5 a signal generator for generating an activation signal
  • E6 an amplifier for the activation signal
  • E7 an IR transmitter diode with which the activation signal is emitted
  • E8 an IR photodiode with which the pressure signal generated by the active components of the valve cap is received
  • Hurry a filter for the pressure signal
  • E12 an optionally provided absolute pressure sensor for generating an electrical output signal relating to the ambient pressure
  • E13 a amplifier for the electrical ambient pressure output signal;
  • E14 an analog / digital converter for this electrical output signal; and
  • E15 an LCD display for the queried tire pressure and possibly further parameters;
  • E16 an optionally provided watch quartz with associated module for the continuous formation of the time of day;
  • E17 a storage device.
  • the microprocessor E4 and the real components are supplied with the necessary operating voltage via the battery E1.
  • the microprocessor E4 starts a signal generator E5 (square wave voltage), the signal of which passes via an amplifier E6 to an IR transmitter diode E7, which generates an activation signal. This activation signal reaches the
  • the square-wave voltage is amplified and comes to an evaluation V3.
  • the square-wave voltage must be present at a certain frequency for a certain time (about 1 ⁇ ec), then the electronic switch V4 is actuated and the actual circuit is put into operation for about 0.5 seconds via the battery V5.
  • the microprocessor E4 switches the signal generator E5 off again and waits for a received signal.
  • the tire pressure is measured via the absolute pressure sensor V6.
  • This analog signal is passed via amplifier V7 to an analog / digital converter V ⁇ , which converts the analog tire pressure value into a serial digital signal.
  • the analog / digital converter V8 and the amplifier V7 are supplied with the necessary control signals via a control logic V9.
  • the digital signal reaches the IR transmitter diode V12 via the amplifier V7, which emits the digital value.
  • the IR photodiode E8 on the remote control element 50 receives the digital tire air pressure value and forwards it to the infrared preamplifier E9.
  • This signal reaches the microprocessor E4 via a filter Eil, which uses it to send a signal to the corresponding Control of Di ⁇ play E15 forms.
  • the tire temperature and the ambient conditions pressure, temperature
  • the current tire pressure of the queried tire is shown on the display E15 with an accuracy of 0.1 bar.
  • a further absolute pressure sensor E12 can optionally be provided on the remote control element 50 in order to include the ambient air pressure.
  • the analog value of the absolute pressure sensor E12 passes to the amplifier E13 and from there to the analog / digital converter E14.
  • the difference between the digital value of the ambient air pressure and the digital value of the absolute tire pressure is calculated in the microprocessor E4 and displayed on the display E15.
  • the time of day can be continuously formed and read into the microprocessor E4.
  • a memory E17 is additionally assigned to the microprocessor E4.
  • the time of the measurement, the identity of the tire tested, the measured tire pressure and further data (target pressure of certain tires) can be stored in this memory E17, which are entered with the aid of the further pushbuttons E3.
  • the control signal for the display E15 can be stored for a while with the memory E17.

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Abstract

Zum Messen und Anzeigen des Druckes in einem Luftreifen (3) sind eine Ventilkappe (10) und ein Fernbedienungselement (50) vorgesehen, zwischen denen eine Signalübermittlung mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung erfolgt. Am Fernbediennungselement (50) befindet sich eine Sendeeinrichtung zur Aussendung eines Aktivierungssignales. An der Ventilkappe (10) befindet sich eine Empfangseinrichtung für das Aktivierungssignal, eine Aktivierungseinrichtung, ein Absolutdruck-Sensor, eine Sendeeinrichtung und Schaltungseinrichtung zur Bildung und Aussendung eines den Reifendruck wiedergebenden Drucksignales. Der Absolutdruck-Sensor ist als Halbleiterbauelement ausgebildet und liefert ein dem aktuellen Reifendruck entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Am Fernbedienungselement (50) befinden sich eine Einrichtung zum Empfang des Drucksignales, eine LCD-Anzeigeeinrichtung und Schaltungseinrichtungen zur Auswertung des Drucksignales und zur Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung.

Description

Verfahren, Vorrichtung und Ventilkappe zum Messen und Anzeigen des Druckes in einem Luftreifen
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und Anzeigen des Druckes in einem Luftreifen. Ferner betrifft die Erfindung eine Ventilkappe für eine solche Vorrichtung. Die Vorrichtung ist insbesondere für die Druckmessung an den Reifen von PKW, LKW, Omnibussen und Luftfahrzeugen bestimmt.
Das Dokument DE-A-39 30 480 offenbart eine, ein Druckab¬ nahmesignal erzeugende Ventilkappe für einen Luftreifen. Innerhalb des Ventilkappengehäuses sind an einer Platine elektrische und/oder elektronische Komponenten eines Senders angebracht. Es ist eine Stromversorgungsquelle und ein Schaltglied vorhanden, zu dem wenigstens ein Leiterabschnitt gehört, der in geringem Abstand zur Ruhelage einer auslenk¬ baren Membran angeordnet ist. Eine durch Reifendruckabnahme hervorgerufene Membranauslenkung schließt einen Stromkreis, und die Sende Schaltung wird mit Strom/Spannung versorgt, und der Sender liefert ein zeitlich begrenztes Druckabnahme¬ signal. Um den Energiebedarf zu senken und eine lange Ge¬ brauchsdauer der in der Ventilkappe befindlichen Batterie zu gewährleisten, ist eine Ablaufsteuerung vorgesehen, welche nach kurzfristiger Signalausεendung diese Signalaussendung wieder unterbricht und den Sender erneut in einen Bereit¬ schaftszustand versetzt. Die drahtlos übermittelten Druck- Signale können Signalfrequenzen im kHz-Bereich sein, die von einem Empfänger aufgenommen werden, der ortsfest am Fahrzeug benachbart zum Rad angeordnet ist. Mit diesem bekannten Druckerfassungssyεtem wird eine am Armaturenbrett des Fahr- zeuges dann ablesbare Druckanzeige erzeugt, wenn der Rei¬ fendruck unter einen vorgegebenen Sollwert abgesunken ist.
Die bekannte Ventilkappe erzeugt nur dann eine Signalfre¬ quenz, wenn der zu überwachende Reifendruck kleiner ist als ein Solldruck. Es besteht jedoch der Wunsch, den aktuellen Reifendruck nach Belieben im Rahmen der Reifendruckkontrolle abfragen zu können.
Das Dokument DE-C-36 00 830 offenbart eine Reifendruck-Meß- und -Anzeigevorrichtung, bei der als Drucksensor eine auε- lenkbare Membran vorgesehen ist, die innerhalb einer Ventil¬ kappe angeordnet ist und auf welche der Reifendruck ein¬ wirkt. Entsprechend der reifendruckabhängigen Membranauslen- kung wird ein Permanentmagnet verstellt, und der sich ein¬ stellende Abstand des Permanentmagneten bezüglich einer Be¬ zugsebene dient als "Drucksignal". Dieser Abstand des Magneten wird mit Hilfe eines berührunsgfrei arbeitenden Näherungssensors erfaßt, der sich in einem, unabhängig von der Ventilkappe handhabbaren Handstück befindet, das in de¬ finierter Weise zur Anlage an der Ventilkappe gebracht wer¬ den muß. Das Ausgangεsignal des Näherungεεenεors wird mit Hilfe einer elektronischen Schaltung verarbeitet, die ein Signal zum Treiben einer Druckanzeigeeinrichtung liefert. Die Druckanzeigeeinrichtung kann alε leicht ableεbare Flüs¬ sigkristall- oder Leuchtdioden-Ziffernanzeige mit mehreren Anzeigefeldern ausgebildet sein. Dank einer Speichereinrich¬ tung kann daε Ableεen deε Reifendruckes auch entfernt von der Ventilkappe vorgenommen werden. Nachteilig an der be¬ kannten Vorrichtung ist, daß zur Übertragung des "Druckεig- nales" das Handstück in definierter Anordnung zur Anlage an der Ventilkappe gebracht werden muß. Ferner begrenzt die Druckerfassung mit Hilfe einer auslenkbaren Membran die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Druckwerter¬ mittlung.
Die Dokumente ÜS-A-4 250 759 und US-A-4 704 901 offenbaren Handgeräte, die mit einem Drucksensor, einer Stromquelle und den notwendigen Schaltungseinrichtungen zur Erzeugung einer digitalen Druckanzeige ausgerüεtet sind. Diese Handgeräte werden mit einem Reifenventil echaniεch gekoppelt, wobei ein Ventilstößel niedergedrückt wird, damit der Reifendruck den Drucksensor im Handgerät beaufschlagen kann. Wiederum ist nachteilig der Zwang zur mechanischen Kopplung von Hand¬ gerät und Reifenventil. Darüberhinaus beeinflußt erfahrungε- gemäß bei derartigen Handgeräten die Art der Kopplung des Gerätes mit dem Reifenventil die Druckanzeige.
Das Dokument De-A-28 50 787 betrifft eine Reifendruck- Alarmeinrichtung, die am rotierenden Rad einen Druckfühler, einen elektromagnetischen Stromgenerator und eine Sende¬ einrichtung für ein Drucksignal auf eiεt, das telemetriεch an einen Empfänger übermittelt wird, der am Fahrzeugchassis untergebracht ist. Der Druckfühler ist ein mit einer Membran ausgerüsteter Druckschalter. Die Membran verstellt ein beweglich angeordnetes Schaltglied, das einen Stromkreis öffnet oder schließt. Der pneumatisch betätigte Druckschal- ter spricht auf bestimmte Schwellenwerte an, und dement¬ sprechend kann eine Anzeige "Warnung" oder eine Anzeige "Alarm" erzeugt werden. Die kontinuierliche Überwachung und Anzeige des Reifendruckes ist mit dieser bekannten Einrich¬ tung nicht möglich.
Zuεätzlich kann ein Handgerät vorgesehen werden, mit dem die
Funktionstüchtigkeit der bekannten Reifendruck-Alarmein¬ richtung überprüft werden kann. Das Handgerät wird auf einem bestimmten Reifen gerichtet, um telemetriεch dessen Druck- fühler zu aktivieren. Daraufhin wird ein Drucksignal er¬ zeugt, telemetrisch zu dem Handgerät übermittelt und dort angezeigt. Eε können die vorstehend genannten Zustände an¬ gezeigt werden. Ferner sind eine Reihe von Syεtemen zur Überwachung deε Rei¬ fendruckes bekannt, die einen Druckschalter am rotierenden Rad und einen Signalgeber am Fahrgestell benachbart zum Rad aufweiεen. Die Übertragung deε Drucksignales erfolgt durch induktive Kopplung, welche durch ein Signal des Signalgebers induziert wird (vgl. DE-A-37 36 803 oder DE-A-38 01 278).
Schließlich sind als Halbleiterbauelemente ausgebildete Ab- εolutdruck-Sensoren bekannt geworden, die ein elektriεcheε Auεgangεsignal liefern, daε dem erfaßten Druck entspricht. Solche Abεolutdruck-Sensoren εind biεlang nicht zur Reifen¬ druck-Kontrolle an Fahrzeugreifen eingesetzt worden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Meεεen und Anzeigen des Druckes in einem Luftreifen eines Fahrzeugrades anzugeben, mit welchem der aktuelle Reifen¬ druck zu beliebigen Zeitpunkten abgefragt werden kann und der Reifendruck mit einer Genauigkeit von wenigεtens 1/10 bar erfaßt und angezeigt werden kann.
Dieεe Aufgabe wird durch die Merkmale im Anεpruch 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vor¬ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen, mit welcher - bei stehendem Fahrzeug - der aktuelle Reifen¬ druck einfach und beσuem abgefragt und gut sichtbar ange¬ zeigt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Anspruch 7 gelöst.
Weiterhin soll eine Ventilkappe zum Zusammenwirken mit der Vorrichtung bereitgeεtellt werden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen im Anεpruch 17 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin¬ dung ergeben sich aus den Unteranεprüchen. Mit der vorliegenden Erfindung ist eine einfache und bequeme Überprüfung deε Reifendruckeε möglich, weil eine direkte me- chaniεche oder phyεikaliεche Kopplung zwiεchen Fahrzeugrad und Ablese-/Anzeigeinstrument nicht erforderlich iεt. Viel- mehr wird das Fernbedienungεelement aus einer bequemen Ent¬ fernung auf den zu prüfenden Reifen gerichtet, und durch Be¬ tätigung eines Tasters oder eines Schalters wird das Akti¬ vierungssignal ausgelöst. Unmittelbar darauf wird auf der großformatigen LCD-Anzeige des Fernbedienungεelementeε der ziffernmäßig ausgewieεene Druck des anviεierten Reifenε an¬ gezeigt.
Das Ablese-/Anzeigeinstrument ist alε Fernbedienungselement ausgebildet, wie es beiεpielεweiεe von der Bedienung von TV- Geräten her geläufig ist. An einer Stirnεeite deε länglichen quaderförmigen Fernbedienungselementeεe befindet εich die Quelle für daε Aktivierungsεignal. Diese Quelle wird auf den Reifen gerichtet, deεεen Druck überprüft werden εoll. Typi- εcherweise εoll eine Entfernung zwiεchen Fernbedienungεele- ment und dem zu prüfenden Reifen von etwa 50 biε 200 cm ein¬ gehalten werden. Daε Fernbedienungselement ist mit einem Taster oder Schalter verεehen, deεsen Betätigung das Akti¬ vierungssignal auslöεt und die Empfangseinrichtung und die Auεwerteeinrichtungen in einen Bereitεchaftεzuεtand ver- εetzt. Da die stromverbrauchenden Komponenten deε Fernbe¬ dienungselementes lediglich kurzfristig in Betrieb sind, weist die zur Stromverεorgung im Fernbedienungselement vor¬ gesehene Batterie eine lange Lebensdauer auf. Nach Verbrauch kann dieεe Batterie ausgewechεelt werden.
An oder innerhalb der Ventilkappe sind untergebracht:
- ein Abεolutdruck-Sensor, der als Halbleiterbauelement ausgebildet ist und der ein dem aktuellen Reifendruck entεprechendeε elektriεcheε Auεgangεsignal liefert,
- eine Schaltungεeinrichtung, welche dieεeε elektriεche Ausgangsεignal auεwertet und daraus ein den Reifendruck wiedergebendeε Drucksignal erzeugt. - eine Sendeeinrichtung für dieses Drucksignal,
- eine Quelle für elektrische Energie, sowie
- die bereits genannte Empfangseinrichtung für das Aktivierungssignal und die Aktivierungseinrichtung.
In der Ventilkappe müssen lediglich die Empfangseinrichtung und die Aktivierungseinrichtung in einem Bereitschaftszu¬ stand gehalten werden. Hierzu ist lediglich ein minimaler Stromverbrauch erforderlich, beispielsweise in der Größen¬ ordnung von einigen Mikroampere. Nachdem die Empfangsein¬ richtung der Ventilkappe ein Aktivierungssignal aufgenommen hat, aktiviert die Aktivierungseinrichtung die zur Erzeugung und Aussendung der Signalfrequenz erforderlichen Komponenten an der Ventilkappe; beispielsweise werden der Absolutdruck- Senεor mit Spannung versorgt und die Schaltungseinrich¬ tung(en) und die Sendeeinrichtung in Betrieb gesetzt. Eine Ablaufsteuerung sorgt für eine kurzfristige Aussendung des Drucksignales; beispielsweise kann die Dauer der Ausεendung oder die Anzahl der geεendeten Druckεignal-Impulεe begrenzt werden. Danach wird die Energieversorgung des Absolutdruck- Senεors, der Schaltungseinrichtung(en) und der Sendeein¬ richtungen wieder unterbrochen. Dank des minimalen Strom¬ verbrauches wird eine lange Gebrauchsdauer der Stromquelle an der Ventilkappe erhalten. Beiεpielεweiεe können mit einer Lithiumbatterie, mit den Abmesεun.gen einer Knopfzelle, die eine Nennspannung von etwa 3 V und eine Kapazität von etwa 50 mAh aufweist, mehr als 200 Übermittlungen des aktuellen Reifendruckes durchgeführt werden. Ersichtlich wird auch bei regelmäßiger Reifendruck-Kontrolle - beiεpielεweise einmal pro Woche - eine mehrjährige Funktionεtüchtigkeit der Ven¬ tilkappe erhalten.
Vorteilhafte Ausgeεtaltungen und Weiterbildungen der Erfin¬ dung ergeben εich aus den Unteransprüchen.
Für die drahtlose Signalübertragung zwischen Ventilkappe und Fernbedienungselement wird zweckmäßigerweise eine Signal- übertragungεεtrecke mit einer Weglänge von etwa 50 bis 200 cm vorgesehen. Bei einer kleineren Weglänge muß sich die kontrollierende Person unnötigerweise bücken. Bei einer größeren Weglänge ist ein unnötig oher Energiebedarf für die Sendeeinrichtungen erforderlich und eε εteigt die Ge¬ fahr, daß nicht nur der zu kontrollierende Reifen erfaßt wird, sondern auch andere Reifen am gleichen oder an einem benachbarten Fahrzeug. Besonderε bewährt hat εich eine Weg¬ länge der Signalübertragungsstrecke von etwa 100 biε 150 cm.
Die drahtloεe Signalübertragung erfolgt mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung, deren Frequenz nicht beson¬ ders begrenzt ist. Beispielεweiεe können für die Signalüber¬ tragung vergleichsweise langwellige Frequenzen im kilo- und Mega-Hertz-Bereich vorgesehen werden. Weiterhin kann die
Signalübertragung mit Hilfe von elektromagnetiεcher Strah¬ lung erfolgen, die mit opto-elektroniεchen Bauelementen er¬ zeugt und erfaßt werden kann. Ein geeigneter Frequenzbereich umfaßt den roten Teil deε sichtbaren Lichteε und die nahe Infrarotstrahlung, also Strahlung mit Wellenlängen von etwa 650 bis 1400 nm. Strahlung in dieεem Wellenlängenbereich wird nachεtehend kurz als "IR-Strahlung" bezeichnet. Gut geeignet ist Strahlung mit Wellenlängen zwiεchen etwa 800 und 1000 nm, die mit Hilfe von GaAε-LED erzeugt werden kann. Derartige Strahlung wird in der hier in Betracht kommenden Umgebung ausreichend reflektiert, um auch bei ungünstiger Positionierung einer Ventilkappe eine sichere Signalüber¬ tragung zwiεchen Ventilkappe und Fernbedienungselement zu gewährleisten. Für die Signalübermittlung mit IR-Strahlung der hier in Betracht kommenden Strahlungsleistung bestehen in den meisten Staaten keine behördlichen Auflagen. Die zur Erzeugung und Detektion erforderlichen opto-elektronischen Bauelemente (LED, Fotodioden) sind klein, leistungsstark und stehen kostengünεtig und handelsüblich zur Verfügung. Durch die bekannten Fernbedienungselemente für TV-Geräte bestehen Erfahrungen hinsichtlich der Auswahl geeigneter opto-elek- troniεcher Bauelemente und der Auεlegung geeigneter Schal¬ tungen für die Signalübertragung mit IR-Strahlung. Als Sendeeinrichtungen für die IR-Strahlung kommen die be¬ kannten IR-LED wie Lumineεzenzdioden oder Laεerdioden in Betracht. Auch Lumineszenzdioden liefern eine weitgehend monochromatiεche Strahlung. Vorzugsweise werden GaAε-LED eingeεetzt. Diese weisen einen guten Wirkungsgrad auf und sind für die niederfrequente Modulation im kHz-Bereich ge¬ eignet. Diεkrete LED-Bauelemente sind klein und weiεen le¬ diglich Abmessungen im Millimeter-Bereich auf. Weiterhin können derartige LED-Bauelemente in Hybridschaltungen inte- griert werden. Mit Hilfe der Gehäuseform und/oder linεen- artiger Vorεätze kann die Abεtrahl- und Empfangε-Charakte¬ ristik beeinflußt werden. Für die IR-LED an der Ventilkappe wird vorzugεweise ein großer Öffnungεwinkel von 150° und mehr vorgeεehen, um in jeder Stellung der Ventilkappe eine sichere Signalübermittlung zu gewährleiεten.
Im Hinblick auf die vorzugεweiεe vorgeεehene Signalübertra¬ gung mit Hilfe von IR-Strahlung dient als Empfangseinrich¬ tung vorzugεweise eine Fotodiode. Inεbeεondere iεt eine Si- Fotodiode vorgeεehen, die im vorgesehenen Spektralbereich zwischen etwa 800 und 1000 nm eine hohe Empfindlichkeit auf¬ weist. Das Maximum der Empfindlichkeit der Si-Fotodiode stimmt nahezu mit der Emission der GaAs-Diode überein. Ge¬ genüber anderen Strahlungsdetektoren weisen Fotodioden eine hohe Anεprechzeit im Bereich von Nanosekunden auf, so daß auch eine niederfrequente Modulation der IR-Strahlung im kHz-Bereich erfaßt werden kann. Auch Fotodioden weiεen geringe Abmeεsungen im Millimeter-Bereich auf und können darüberhinauε in Hybridεchaltungen integriert werden. Die in der Ventilkappe befindliche Fotodiode muß beständig in
Empfangsbereitεchaft gehalten werden. Um den Stromverbrauch möglichst gering zu halten, ist der Fotodiode vorzugεweise ein Transistor zugeordnet. In diesem Falle wird die Foto¬ diode im Elementbetrieb, d.h. ohne Vorspannung, betrieben. Bei Auftreffen der IR-Strahlung erzeugt die Fotodiode eine
Spannung, die an die Basis des Tranεistorε angelegt wird. Es wird ein εtand-by-Betrieb bei minimalem Stromverbrauch erhalte . Der Reifendruck wird mit einem Absolutdruck-Sensor erfaßt, der als Halbleiterbauelement ausgebildet ist, und der ein dem aktuellen Reifendruck entspreches elektrisches Aus- gangεεignal liefert. Geeignete Halbleiter-Drucksensoren sind mit geringen Ab eεεungen verfügbar, beiεpielsweise als quaderförmige Körperchen mit Abmeεεungen von etwa 6 x 6 x 3 mm. Der Chip enthält einen hermetisch dichten Vakuum-Refe¬ renzraum und einen mit dem zu überwachenden Reifendruck be- aufεchlagbaren piezo-reεistiven Wandler, deεsen Wider- εtandεelemente typischerweiεe nach Art einer Wheatεtone- Brücke geεchaltet sind. Auf dem Chip befinden εich zuεätz- liche Elemente zur Kompenεation der Temperatureinflüεse auf Empfindlichkeit und Nullpunkt-Einεtellung. Zuεätzlich kann auf dem gleichen Chip ein weiterer Senεor zur Temperatur- meεsung integriert εein. Der Chip befindet εich an einem Keramiksubstrat, das für die Beεtückung einer Platine in SMD-Technik (εurface mounted evice) auεgebildet iεt. Alter¬ nativ kann ein solcher Halbleiter-Absolutdruck-Sensor in eine Hybridschaltung integrierbar εein.
Typischerweise erzeugt ein solcher Absolutdruck-Sensor alε elektrisches Ausgangεsignal Analogεignale in Form elektri¬ scher Spannungen. Dieεe Signale werden einem Verstärker zugeführt, der bei Bedarf auf dem gleichen Bauelement integriert εein kann. Derartige piezo-resistive Fest- körper-Absolutdruck-Sensoren sind beiεpielεweise für Druckmesεungen im Bereich von 0 biε 3,5 oder 0 biε 7,0 bar Überdruck vorgeεehen und εind in einem Temperaturbereich von -40°C biε + 125°C einsetzbar. Im gleichen Temperatur¬ bereich kann auch eine Temperaturmesεung durchgeführt werden. In dem hier vor allem interessierenden Druckbe¬ reich von etwa 1 biε 4 bar Überdruck wird wenigεtenε eine Meßgenauigkeit von 0,1 bar erzielt.
Ein weiterer Geεichtspunkt der Erfindung betrifft die Kompo¬ nenten der Vorrichtung zum Meεsen und Anzeigen des Reifen¬ druckes, das sind die bestimmt auεgebildete Ventilkappe und das bestimmt ausgebildete Fernbedienungselement. Obwohl die Ventilkappe in erster Linie für die Anwendung in Verbindung mit dem vorzugsweise vorgesehenen Fernbedienungselement be¬ stimmt ist, könnten auch andere Einrichtungen zur Erzeugung deε Aktivierungsεignaleε und zur Druckanzeige vorgeεehen werden, beiεpielsweise Sende- und Empfangεeinrichtungen be¬ nachbart zum Rad am Chassiε des Fahrzeuges, εowie Anzeige¬ einrichtungen am Armaturenbrett.
Zu der erfindungεgemäßen Ventilkappe gehören:
- ein einεeitig geschlosεenes Ventilkappengehäuεe, daε am offenen Ende ein Innengewinde zum Aufschrauben auf ein Außengewinde an einem Ventilrohr eines herkömm¬ lichen Reifenventileε aufweist;
- ein Dichtungεele ent, welcheε das aufgeschraubte Ven¬ tilkappengehäuse gegenüber dem Ventilrohr druckdicht abdichtet;
- ein Betätigungsglied, daε bei aufgeschraubtem Ventil- kappengehäuse den Ventilεtößel am Ventil niederdrückt und daε Ventil öffnet;
- ein als Halbleiterbauelement auεgebildeter Abεolut- druck-Senεor, der bei geöffnetem Reifenventil mit dem Reifendruck beaufεchlagt iεt und der ein dem Reifen¬ druck entεprechendeε elektriεches Auεgangsεignal liefert;
- eine oder mehrere Schaltungεeinrichtung(en) zur Er¬ zeugung eines den Reifendruck wiedergebenden Druck- εignales;
- eine Sendeeinrichtung, welche das Druckεignal in die Umgebung abεtrahlt;
- eine Empfangεeinrichtung für ein Aktivierungεsignal;
- eine Aktivierungseinrichtung, welche den Abεolutdruck- Senεor die Schaltungseinrichtung(en) und die Sende¬ einrichtung dann aktiviert, nachdem ein Aktivierungε¬ signal empfangen worden ist; und - eine Quelle für elektrische Energie.
Daε elektriεche Ausgangεεignal fällt typiεcherweiεe alε Ana- logεignal in Form einer elektriεcnen Spannung an. Zu den Schaltungseinrichtungen gehören zweckmäßiger'weiεe ein Ver- stärker für das elektrische Auεgangεsignal, ein Analog/ Digital-Wandler, eine Steuerlogik zur Erzeugung eineε be- stimmt codierten Drucksignaleε, welcheε dem elektrischen Ausgangεεignal entspricht und ein Verstärker für dieεes Drucksignal. Die Steuerlogik kann beiεpielsweiεe ein Digi- talεignal in Form von Rechteckimpulsen erzeugen, wobei die Breite der Impulse den Code trägt. Für dieεe Rechteckimpulεe werden Frequenzen im kHz-Bereich vorgeεehen, beiεpielεweiεe 100 kHz und mehr. Mit dieεem Digitalsignal wird eine Träger¬ frequenz moduliert, beispielweise die von einer GaAε-Diode erzeugte IR-Strahlung. Es können auch periodische Abfolgen des Drucksignales mit unterschiedlichen Frequenzen vorge¬ sehen werden, um jegliche Störung mit bzw. durch Umgebungε- εtrahlung auεzuεchließen.
Wie bereits geεagt, kann die Datenübertragung mit Hilfe von IR-Strahlung durchgeführt werden. In diesem Falle iεt alε Sendeeinrichtung eine IR-Sendediode und alε Empfangε- einrichtung eine IR-Empfangεdiode vorgeεehen, wie εie vor¬ stehend erläutert worden sind.
Die Schaltungseinrichtungen und die Sendeeinrichtung εind vorzugsweise einer Ablaufsteuerung unterworfen, welche die Erzeugung und Aussendung deε Drucksignaleε nach kurzer Dauer der Signalausεendung wieder unterbricht; hierzu können die auεgeεendeten Signalfrequenzen gezählt und die Signalauεsen- dung nach Erreichen eineε vorgegebenen Zählεtandes unterbro¬ chen werden; alternativ kann eine beεtimmte Dauer der Sig- nalauεεendung entεprechend einer vorgegebenen Taktanzahl vorgesehen werden. In jedem Falle iεt eine solche Dauer der Signalausεendung erforderlich und ausreichend, welche den Empfang eines auεwertbaren Drucksignales am Fernbedienungs- element gewährleistet. Die Begrenzung der Dauer der Signal¬ aussendung vermindert den Strombedarf und erhöht die ver¬ wertbare Lebensdauer einer gegebenen Stromquelle an der Ven¬ tilkappe.
Als Aktivierungεeinrichtung dient vorzugsweiεe ein elektro- niεcher Schalter, welcher den Absolutdruck-Sensor, die Schaltungseinrichtungen und die Sendeeinrichtung wahlweise mit der Strom/Spannungs-Quelle verbindet oder diese Verbin- düng unterbricht. Ein solcher elektronischer Schalter kann mit Hilfe von Tranεistoren auεgeführt εein, beiεpielεweise als MOS-Schaltung.
Die Empfangεeinrichtung und die Aktivierungεeinrichtung werden mit Hilfe einer stromεparenden stand-by-Schaltung ständig in einem Bereitschaftεzuεtand gehalten. Eine bei- εpielhafte stand-by-Schaltung weiεt lediglich einen Strom¬ verbrauch im Mikro-A pere-Bereich auf, so daß mit einer einzigen haπdelεüblichen Knopfzelle eine auεreichende Lebensdauer einer Ventilkappe gegeben ist.
Als Quelle für elektrische Energie dient typiεcherweise eine Batterie; beispielεweise können herkömmliche Knopfzellen vorgesehen werden. Vorzugεweise wird die Batterie alε wei¬ terer Baustein mit den Elektronik-Bauteilen der Schaltungε- einrichtungen integriert, um korroεionsanfällige Anschlüsse zu vermeiden.
Vorzugsweise ist vorgeεehen, die genannten Komponenten, daε iεt der Absolutdruck-Sensor, die Elektronik-Bauteile der
Schaltungseinrichtungen, der Sendeinrichtung, der Empfangs¬ einrichtung, der Aktivierungseinrichtung und die Energie¬ quelle in einem Modul zusammenzufassen, das im Innenraum der Ventilkappe benachbart zum geschlossenen Gehäuseende ange¬ ordnet ist. Ein solcheε Modul kann beiεpielεweise in Hybrid¬ technik ausgeführt sein und neben den verεchiedenen Schal- tungεeinrichtungen auch den Abεolutdruck-Senεor, die IR-LED und die IR-Fotodiode umfasεen. Alternativ kann daε Modul als beidεeitig bestückte Platine auεgebildet εein , an welcher die verschiedenen Komponenten und Bauteile in SMD-Technik ( surface mounted device ) auεge¬ bildet und/oder angebracht sind.
Die Zuεammenfasεung dieser Komponenten in einem Modul er¬ leichtert die Serienfertigung und fördert die Miniaturisie¬ rung. Ein beiεpielhaftes Modul iεt alε runder, scheibenför¬ miger Körper auεgebildet und weist einen Durchmesεer von etwa 15 mm und eine Bauhöhe von etwa 4 mm auf. Daε Gewicht beträgt etwa 3 bis 4 g.
Die Sendeeinrichtung, beiεpielsweise eine GaAε-IR-LED, und die Empfangseinrichtung, beispielεweiεe eine Si-IR-Fotodiode εind vorzugsweiεe im Abεtand zueinander an der Oberεeite des Modules angeordnet. Daε Modul ist benachbart zum geεchlosse- nen Gehäuεeende angeordnet, das im weεentlichen auε einem transparenten, scheibenförmigem Einsatz auε für IR-Strahlung durchläεεigem Kunεtstoff besteht. Als solche für IR-Strah- lung durchlässige Kunststoffe kommen beispielεweiεe Lexan, Makrolon und Polyethylen in Betracht. An der Außenεeite deε Einsatzeε befindet sich je ein kuppeiförmiger Dom, welcher im Sinne einer Linεe die Sendestrahlung weiträumig abstrahlt und die Empfangsstrahlung aus einem weiten Einfallswinkel auf die Empfangseinrichtung bündelt. Eε wird ein großer Öff¬ nungswinkel von beispielεweise 150° und mehr für die Sende¬ strahlung und die Empfangsstrahlung erhalten. Dieεe großen Öffnungεwinkel gewährleisten in Verbindung mit der Reflek- tion an den Metallteilen der Felge eine sichere Signalüber- tragung bei beliebiger Stellung deε Reifenventils und der Ventilkappe.
Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört weiterhin ein Fern¬ bedienungselement, mit welchem der Druck eines bestimmten Reifens abgefragt und angezeigt werden kann, ohne daß ein unmittelbarer körperlicher Kontakt zwiεchen Reifenventil und Fernbedienungselement hergestellt werden muß. Ein solcheε Fernbedienungεelement weiεt wenigεtenε auf: - ein flaches im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse, an dem ein Display für die Druckanzeige und wenigstens ein Taεter oder Schalter zur Aktivierung auεgebildet iεt;
- wenigεtenε eine Sendeeinrichtung für ein Aktivierungε- εignal;
- eine Empfangεeinrichtung für ein den Reifendruck wiedergebendeε Druckεignal;
- eine oder mehrere Schaltungseinrichtung(en) zur Be- reitεtellung des Aktivierungεεignals, zur Auεwertung deε Druckεignaleε und zur Ansteuerung des Diεplay; und
- eine Quelle für elektrische Energie.
Daε Gehäuεe des Fernbedienungselementeε besteht typischer- weiεe aus Kunεtstof , iεt vergleichsweiεe länglich im Sinne eines "Handεtückes" ausgebildet und weist eine Stirnfront auf, welche auf den zu prüfenden Reifen gerichtet wird. An dieser Stirnfront befindet sich ein transparenter Einsatz, an dem Elemente zur Bündelung der Sendestrahlung und zur Sammlung der Empfangsstrahlung auεgebildet εind.
Hinter diesem Einsatz εind die Sendeeinrichtung(en) und die Empfangseinrichtung untergebracht. Auf der Deckεeite deε Gehäuεeε befindet sich ein Display für eine großflächige Ziffernanzeige, vorzugεweise in LCD-Technik. Am Gehäuse können weitere Taster oder Schalter angebracht εein, um Daten einzugeben und/oder beεtimmte Funktionen auszuführen, beispielεweiεe um den Reifen zu identifizieren, dessen Druck gerade ermittelt wird, um den Zeitpunkt der Reifendruck- Kontrolle abzuspeichern, oder um Daten auszulesen.
Wie bereits gesagt, kann für die SignalÜbertragung zwischen Ventilkappe und Fernbedienungselement eine IR-Signal-Über- tragungsstrecke vorgesehen werden. Folglich sind auch am Fernbedienungselement die Sendeeinrichtung(en) als IR- Sendediode und die Empfangseinrichtung als IR-Empfangεdiode auεgebildet.
Die Schaltungseinrichtung zur Auswertung des Drucksignaleε ist vo zugεweiεe mit einem Filter auεgerüεtet, um irgend¬ welche Stör- und Fremdsignale zu beseitigen.
Weiterhin ist am Fernbedienungselement vorzugεweise zuεätz- lich eine Einrichtung zur Bereitstellung, Anzeige und Spei- cherung des Zeitpunktes der Reifendruckmessung vorhanden.
Für dieεe Einrichtung können typische Uhrenquarze mit einem entsprechenden Modul verwendet werden. Weiterhin gehört zu den Schaltungseinrichtungen vorzugεweiεe eine Speicherein¬ richtung zur Datenspeicherung, beiεpielεweiεe um den ge- prüften Reifen, den ermittelten Reifendruck und den Zeit¬ punkt der Reifendruckprüfung abzuspeichern. Die Speicherung dieser Daten ist insbesondere für den gewerblichen Bereich zweckmäßig, beispielsweise bei Lastkraftwagen und Omnibus sen.
Weiterhin können am Fernbedienungselement zuεätzliche Sen- soren zur Erfassung deε Umgebungsdruckes und/oder der Um¬ gebungstemperatur vorhanden sein. Bei erheblichen Abweichun¬ gen deε Umgebungsdruckes vom Normaldruck kann selbεttätig eine Korrektur des angezeigten Reifendruckes vorgenommen werden. Weiterhin kann mit der Übermittlung deε Drucksig¬ nales auch die Temperatur deε Drucksensors übermittelt wer¬ den. Bei Bedarf kann auch diese Temperatur bei der Bildung der Reifendruckanzeige berücksichtigt und gegebenenfalls an- gezeigt werden.
Weiterhin können am Fernbedienungselement Einrichtungen zur Eingabe und Speicherung des Reifensolldruckes für beεtimmte Reifen vorhanden εein. Mit dieser Einrichtung iεt zweck- mäßigerweiεe eine Anzeige gekoppelt, welche angibt, ob der jeweilε erfaßte aktuelle Reifendruck dem vorgegebenen Rei- fenεolldruck entspricht oder ob eine Korrektur des aktuellen Reifendruckeε erforderlich iεt, beiεpielsweise durch Nach¬ füllen von Druckluft. Bei dieser Auswertung können auch die Randbedingungen, wie Reifentemperatur, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur berücksichtigt- erden.
Nachstehend wird die Erfindung mehr in einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungεform mit Bezugnahme auf die • Zeichnungen erläutert; die letzteren zeigen:
Figur 1 εchematiεch die Meεεung und Anzeige deε Rei¬ fendruckeε eines Fahrzeug-Luftreifenε mit Hilfe einer Ventilkappe am Reifenventil und einem davon räumlich entfernten Fernbedienungs- elernen ;
Figur 2 in einer Schnittdarεtellung die Ventilkappe nach Fig. 1;
Figur 3 eine Schnittdarstellung eineε Fernbedienungε- elementes nach Fig. 1;
Figur 4a anhand eineε Blockεchaltbildes die Bauelemente und Schaltungseinrichtungen der Ventilkappe und deren Verknüpfung;
Figur 4b eine Untereinheit der Schaltungεeinrichtungen nach Fig. 4a; und
Figur 5 anhand eineε Blockschaltbildes die Bauelemente und Schaltungεeinrichtungen deε Fernbedienungε- elementeε und deren Verknüpfung.
Die Figur 1 zeigt einen herkömmlichen, schlauchlosen Luft¬ reifen 3, der auf die Felge 2 eineε K aftfahrzeugradeε 1 aufgezogen iεt. Dieser Luftreifen 3 iεt mit einem herkömm¬ lichen Reifenventil 4 ausgerüεtet, daε ein Ventilrohr 5 mit einem Außengewindeabεchnitt 6 aufweist. Innerhalb des Ven- ■■ tilrohreε 5 (vgl. Fig. 2) befindet sich ein federbelasteter Ventilstößel 7. Mit dem Niederdrücken deε Ventilεtößelε 7 wird daε Reifenventil geöffnet, und Druckmedium kann auε dem Innenraum deε Luftreifenε 3 entweichen oder in dieεen nach-
' gefüllt werden. Auf daε Ventilrohr 5 iεt eine Ventilkappe 10 aufgeschraubt. Zu der Vorrichtung gehört weiterhin ein von einer Bedienungεperson gehaltenes Fernbedienungselement 50, mit dem auε einem bequemen Abεtand zum Kraftfahrzeugrad 1 der Luftdruck im Reifen 3 abgefragt und angezeigt werden kann.
Wie aus Figur 2 erεichtlich, weist die Ventilkappe 10 ein im wesentlichen zylindrisches Ventilkappengehäuεe 11 auf, das aus Metall, beispielsweiεe Aluminium beεtehen kann. Am Außenumfang εind im Abεtand zueinander erhabene Abschnitte 12 auεgebildet, um eine Riffeiung zu εchaffen. In daε eine Gehäuseende 13 ist eine Platte 14 auε einem transparenten, für IR-Strahlung durchlässiges Kunststoffmaterial einge¬ setzt. An ihrer Außenεeite weiεt dieεe Platte 14 zwei, ein- stückig angeformte, kuppeiförmige Dome 15 auf, welche nach
Art einer Linse die zu empfangende Strahlung εam eln und die zu sendende Strahlung weitwinkelig abstrahlen. Eine herme¬ tisch dichte Verbindung zwiεchen Platte 14 und Gehäuse 11 schafft ein geschlosεenes Gehäuseende 13. Daε gegenüber- liegende Gehäuεeende 17 iεt offen und zum Aufschrauben auf das Ventilrohr 5 eines Reifenventils 4 auεgebildet. In daε offene Gehäuεeende 17 iεt ein Einsatzkörper 20 eingesetzt, der auε Meεsing oder aus einem dauerhaften und mechanisch festen Kunεtstoff (Polytetrafluorethylen, Polyethylen) be- stehen kann. Dieser Einsatzkörper 20 beεteht im weεentlichen aus einer zylindrischen Hülse 23 und einer Querwand 28. Am Innenumfang der Hülεe 23 εind eine erεte umlaufende Schulter 24 zur Abεtützung der Platte 14, eine zweite umlaufende Schulter 25 zur Abεtützung einer Platine 41 und ein Innenge- windeabschnitt 26 auεgebildet. Sofern der Einsatzkörper 20 aus Kunεtεtoff besteht, iεt der Innengewindeabεchnitt 26 an einem Gewindering 21 auε Meεsing auεgebildet, der in den 1 Kunststoff-Einsatzkörper 20 eingesetzt oder in das Ventil- kappengehäuεe 11 eingeεchraubt lεt. Daε Gewinde am Innenge¬ windeabschnitt 26 korrespondiert mit einem Außengewinde 6 am Ventilrohr 5. Von der Querwand 28.steht ein Stempel 30 ab, ^ der - versetzt zu seiner Mittelachse - einen durchgehenden Kanal 31 auf eiεt. In den Ringraum zwischen Innengewinde¬ abschnitt 26 und Stempel 30 iεt ein Dichtungsring 29 einge¬ legt, der beim Aufschrauben der Ventilkappe 10 auf das Ven¬ tilrohr 5 verformt wird und das Ventilrohr 5 druckdicht ge- ° genüber dem offenen Ventilkappengehäuse-Ende 17 abdichtet. Es sind solche Abmessungen vorgesehen, daß bei druckdicht aufgeschraubter Ventilkappe 10 der starr mit der Ventilkappe 10 verbundene Stempel 30 im Sinne eines Betätigungεgliedeε den Ventilstößel 7 niederdrückt und damit das Reifenventil geöffnet hält. Das Druckmedium innerhalb des Reifenε beauf- εchlagt durch daε geöffnete Reifenventil und den Kanal 31 im Stempel 30 einen Innenraum 32 innerhalb der Ventilkappe 10. In dieεen Innenraum 32 ist ein Modul 40 eingesetzt, das eine Platine 41 aufweist, an der sämtliche aktiven Komponenten der Ventilkappe 10 angebracht sind. Zu dieεen - lediglich schematiεch angedeuteten - aktiven Komponenten gehören ein Abεolutdruck-Sensor 42, ein Mikroprozesεor 43 und εonεtige elektroniεchen Bauelemente und Komponenten 44, 44* , 44", mit welchen die Schaltungseinrichtungen ausgebildet sind, eine IR-Sendediode 45 und eine IR-Fotodiode 47. Weiterhin befin¬ det sich innerhalb des Innenraumes 32 eine Knopfzelle 48, welche die aktiven Komponenten mit Strom/Spannung verεorgt. Alternativ könnte die Knopfzelle 48 an der Platine 41 be¬ festigt εein, oder in einen Hybridbauεtein integriert εein, der sämtliche aktiven Komponenten umfaßt. Weiterhin εind die erforderlichen, lediglich εchematiεch angedeuteten elek¬ trisch leitenden Verbindungen zwischen der Platine 41 und den einzelnen aktiven Komponenten εowie der Knopfzelle 48 auεgebildet. Vorzugεweise εind diese aktiven Komponenten mit Hilfe der SMD-Technik an der Platine 41 angebracht und/oder ausgebildet. Sämtliche Komponenten des Moduls 40 können in Kunstharz eingebettet sein, wobei eine Strömungεmittelver- bindung zwiεchen dem Abεolutdruck-Senεor 42 und dem Kanal 31 offengehalten iεt.
Die Figur 3 zeigt εchematisch ein Fernbedienungselement 50, daε ein flacheε, im weεentlichen quaderförmigeε Gehäuεe 51 mit den Abmeεεungen eineε typiεchen Handstückeε aufweist. Am Gehäuse 51 ist in die eine Stirnfront 52 ein Einsatz 53 ein¬ gesetzt, der aus transparentem für IR-Strahlung durchlässi¬ gem Kunststoffmaterial besteht. An diesem Einsatz sind - nicht dargestellte - Elemente zum Sammeln der zu empfan¬ genden Strahlung und zum Bündeln der Sendestrahlung ausge¬ bildet.
Die andere Stirnfront wird durch einen entfernbaren Deckel 55 gebildet, nach deεεen Entfernung Batterien 56 in ein Bat¬ teriefach einführbar εind. Auf der Oberεeite 57 des Gehäuseε 51 befindet εich ein LCD-Anzeigefeld 58, ein großer Taster 59 und eine Anzahl kleinerer Taεter 60, 60', 60".- Der große Taεter 59 dient zur Aktivierung der Komponenten des Fernbe- dienungεelementeε 50. Die kleineren Taεter 60, 60', 60" die¬ nen zum Eingeben oder Abfragen von Daten und zum Abrufen be- εtimmter Funktionen, etwa zur Charakteriεierung eineε be- εti mten Reifens, zur Eingabe eines Reifenεolldruckeε, zur Auεgabe geεpeicherter Daten und dergleichen.
Im Inneren deε Gehäuεeε 51 befindet sich - wie lediglich εchematiεch angedeutet - eine Platine 61, an der ein Mikro¬ prozessor 62 und verεchiedene Elektronik-Bauteile 63, 63' und 63" angebracht εind, mit welchen die Schalteinrichtun¬ gen für eine Sendeschaltung, für eine Empfangεεchaltung und für eine Auεwerte- und Anεteuerεchaltung verwirklicht εind. Weiterhin εind benachbart zum IR-durchläεεigen Einsatz 53 eine oder mehrere IR-Sendediode(n) 66 und eine - nicht dar- geεtellte - IR-Fotodiode angeordnet..
Mit Figur 4a εind in Form eineε Blockεchaltbildes die we¬ εentlichen, aktiven Komponenten der Ventilkappe 10 und deren 1 Verknüpfung dargestellt; im einzelnen bezeichnen:
VI eine IR-Fotodiode zum Empfang des Aktivierungs- Signals; 5 V2 einen Verstärker für das Aktivierungssignal;
V3 eine Prüf- und Auswertungseinrichtung mit Filter; V4 eine Aktivierungseinrichtung in Form eines elektro¬ nischen Schalterε; V5 eine elektriεche Batterie; ° V6 einen Abεolutdrucksenεor mit einer Wheatεton1sehen Brückenschaltung, der ein analoges Ausgangssignal in Form einer elektrischen Spannung liefert, welche den aktuellen Reifendruck wiedergibt; V7 einen Verstärker für das Ausgangssignal; V8 einen Analog/Digital-Wandler, um auε dem analogen Ausgangsεignal ein Digitalsignal zu erzeugen; V9 eine Steuerlogik zur Erzeugung eineε digital codierten Drucksignaleε; Vll einen Verεtärker für das Drucksignal; und vi2 eine IR-Sendediode, welche das Druckεlgnal abstrahlt.
Die Komponenten VI, V2, V3 und V4 εind in einer Untereinheit zusammengefaßt, deren schaltungεtechniεcher Aufbau auε Figur 4b erεichtlich iεt. Alε Aktivierungεsignal kann ein IR- . Rechteckεignal mit einer Frequenz von etwa 100 kHz dienen. Mit Hilfe der IR-Fotodiode VI wird daε Aktivlerungεεignal empfangen. Parallel zu der Empfangsdiode VI befindet εich ein Widerstand Rl, der den Fotoεtrom in eine Spannung um¬ wandelt. Diese Spannung wird durch einen Tranεistor Tl (Feldeffekttranεistor) verstärkt. Der Verstärkungsfaktor wird durch den Kollektorwiderstand bestimmt, der möglichst hochohmig gewählt wird. Die entstehende Kollektorεpannung wird durch einen Hochpaß R2 auεgekoppelt und über eine Diode D an einen Kondensator C gegeben. Parallel zu dem Kondenεa- tor C iεt ein Entladewiderεtand R3 angeordnet, der nach einer gewiεεen Zeit den Kondensator C entlädt. Wenn der Kondenεator C auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wurde. wird ein weiterer Transistor T2 leitend, der über den elek¬ trischen Schalter V4 den Reεt der Schaltung (V6 bis V12) aktiviert. Über eine Rückkopplung wird verhindert, daß die Schaltung wieder deaktiviert wird,, bevor alle Daten über¬ tragen wurden. Der elektronische Schalter V4 ist einer εolchen Ablaufsteuerung unterworfen, daß nach einer kurz¬ fristigen Signalaussendung dieser elektronische Schalter V4 wieder geöffnet und damit die Energiezufuhr zu den Komponen¬ ten V6 biε V12 unterbrochen wird. Beispielεweiεe werden diese Komponenten V6 bis V12 für eine Dauer von etwa 0,5 Se¬ kunden in Betrieb gesetzt.
Die Figur 5 zeigt anhand eines Blockschaltbildes die wesent¬ lichen Komponenten des Fernbedienungεelementes 50 und deren Verknüpfung; zu diesen Komponenten gehören:
El eine Batterie zur Stromversorgung der aktiven Kompo¬ nenten des Fernbedienungselementeε;
E2 ein Eintaster zur Aktivierung deε Fernbedienungs- elementeε;
E3 eine Anzahl weiterer Eintaster zur Eingabe von Daten;
E4 ein Mikroprozessor
E5 ein Signalgenerator zur Erzeugung eine Aktivierungε- εignaleε;
E6 ein Verstärker für das Aktivierungssignal;
E7 eine IR-Sendediode, mit welcher das Aktivierungs¬ signal abgestrahlt wird;
E8 eine IR-Fotodiode, mit welcher das von den aktiven Komponenten der Ventilkappe erzeugte Drucksignal empfangen wird;
E9 ein Vorverstärker für dieses Drucksignal;
Eil ein Filter für das Drucksignal;
E12 ein wahlweise vorgesehener Absolutdrucksensor zur Erzeugung eines den Umgebungsdruck betreffenden elektrischen Auεgangεεignales;
E13 ein Vestärker für das elektrische Umgebungεdruck- Ausgangssignal; E14 ein Analog/Digital-Wandler für dieεeε elektrische Ausgangεsignal; und E15 eine LCD-Anzeige für den abgefragten Reifendruck und ggf. weitere Parameter; E16 ein wahlweise vorgeεehener- Uhrenquarz mit zugehörigem Modul zur fortlaufenden Bildung der Tageszeit; E17 eine Speichereinrichtung.
Wird am Fernbedienungselement 50 der Eintaεter E2 betätigt, wird der Mikroprozeεεor E4 und die reεtlichen Bauelemente über die Batterie El mit der nötigen Betriebεεpannung ver¬ sorgt. Der Mikroprozessor E4 startet einen Signalgenerator E5 (Rechteckspannung), desεen Signal über einen Verεtärker E6 zu einer IR-Sendediode E7 gelangt, die ein Aktivierungε- εignal erzeugt. Dieεes Aktivierungεεignal erreicht die
IR-Fotodiode VI in der Ventilkappe 10 und über einen Ver¬ stärker V2 wird die Rechteckεpannung verstärkt und gelangt zu einer Auswertung V3. Die Rechteckεpannung muß mit einer bestimmten Frequenz eine bestimmte Zeit (etwa 1 εec) anlie- gen, dann wird der elektronische Schalter V4 betätigt und die reεtliche Schaltung über die Batterie V5 für etwa 0,5 sec in Betrieb geεetzt. Nach ca. 1,0 εec schaltet der Mikro- prozeεεor E4 den Signalgenerator E5 wieder ab und wartet auf ein Empfangεsignal. Nachdem der elektronische Schalter V4 eingeschaltet wurde, wird über den Absolutdruckεenεor V6 der Reifeninnendruck gemesεen. Dieεeε analoge Signal wird über den Verstärker V7 an einen Analog/Digital-Wandler Vδ gege¬ ben, der den analogen Reifendruckwert in ein serielles Digitalsignal umgewandelt. Der Analog/Digital-Wandler V8 sowie der Verstärker V7 werden über eine Steuerlogik V9 mit den nötigen Steuerεignalen verεorgt. Über den Verεtärker V7 gelangt das digitale Signal an die IR-Sendediode V12, die den digitalen Wert aussendet. Die IR-Fotodiode E8 am Fern¬ bedienungselement 50 empfängt den digitalen Reifenluftdruck¬ wert und leitet diesen an den Infrarotvorverstärker E9 wei¬ ter. Über ein Filter Eil gelangt dieεes Signal an den Mikro¬ prozessor E4, der daraus ein Signal zur entsprechenden An- Steuerung des Diεplay E15 bildet. Bei Bedarf können hierbei auch die Reifentemperatur und die Umgebungεbedingungen (Druck, Temperatur) berückεichtigt und eingerechnet werden. Auf dem Diεplay E15 wird der aktuelle Reifendruck des abge- fragten Reifenε mit einer Genauigkeit von 0,1 bar angezeigt.
Wahlweise kann am Fernbedienungselement 50 ein weiterer Absolutdrucksensor E12 vorgesehen werden, um den Umgebungε- luftdruck mit einzuberechnen. Der analoge Wert deε Abεolut- drucksensors E12 gelangt an den Verstärker E13 und von dort an den Analog/Digital-Wandler E14. Die Differenz deε digita¬ len Werteε deε Umgebungsluftdruckes und des digitalen Wertes deε absoluten Reifendruckes wird im Mikroprozeεεor E4 er¬ rechnet und auf dem Diεplay E15 zur Anzeige gebracht.
Mit Hilfe eineε Uhrenquarzeε E16 und zugehörigem Modul kann laufend die Tageεzeit gebildet und in den Mikroprozeεεor E4 eingeleεen werden. Zuεätzlich iεt dem Mikroprozeεεor E4 ein Speicher E17 zugeordnet. In dieεe Speicher E17 kann der Zeitpunkt der Messung, die Identität des geprüften Reifens, der gemessene Reifendruck und weitere Daten (Solldruck be¬ stimmter Reifen) gespeichert werden, die mit Hilfe der wei¬ teren Eintaster E3 eingegeben werden. Weiterhin kann mit dem Speicher E17 das Ansteuerεignal für das Display E15 eine Zeitlang gespeichert werden.

Claims

-1 -Verfahren, Vorrichtung und Ventilkappe zum Messen und Anzeigen des Druckes In einem LuftreifenPatentanεprüche:
1. Ein Verfahren zum Messen und Anzeigen des Druckes in einem Luftreifen eines Fahrzeugrades, mit nachstehenden Verf hrenεεchritten:
- in räumlicher Entfernung zum Fahrzeugrad wird ein Aktivierungssignal erzeugt;
- daε Aktivierungssignal wird drahtlos zu einer Empfangεeinrichtung am Fahrzeugrad übermittelt und aktiviert dort eine Aktivierungseinrichtung; - die Aktivierungseinrichtung veranlaßt die Bildung eines Druckεignales, daε εich auf den aktuellen Reifenzuεtand bezieht;
- daε Drucksignal wird mit Hilfe einer Sendeinrichtung am Fahrzeugrad in die Umgebung abgestrahlt;
- das Druckεignal wird entfernt vom Fahrzeugrad auf¬ genommen und daraus ein Anzeigeεignal gebildet, mit welchem ein Diεplay einer Anzeigeeinrichtung ange- εteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Drucksignaleε der aktuelle Reifendruck mit Hilfe eines Absolutdruck-Senεorε erfaßt wird, der als Halbleiterbauelement auεgebildet iεt, und der ein dem aktuellen Reifendruck entεprechendes elektrisches Aus- gangssignal erzeug, das verεtärkt, wahlweise in ein Digi¬ talsignal umgewandelt wird und zum Drucksignal weiterver¬ arbeitet wird. - u -
1
2. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivierungssignal mit Hilfe eineε Fernbedienungεele- menteε erzeugt wird, das auch daε Druckεignal aufnimmt ' und daε mit dem Diεplay der Anzeigeeinrichtung verεehen iεt.
3. Das Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine drahtlose Signalübermittlung zwiεchen Fahrzeugrad und Fernbedienungselement über eine Signalübertragungs¬ strecke mit einer Weglänge von etwa 50 bis 200 cm er¬ folgt.
4. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifendruck mit einer Genauigkeit von wenigstens 1/10 bar gemesεen und angezeigt wird.
5. D ε Verfahren nach einem der Anεprüche 1 biε 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Reifendruck auch die Reifentemperatur er¬ mittelt, übertragen und ausgewertet wird.
6. Das Verfahren nach einem der Anεprüche 1 biε 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtloεe Übermittlung des Aktivierungsεignaleε und deε Druckεignaleε mit Hilfe von IR-Strahlung erfolgt.
7. Eine Vorrichtung zum Mesεen und Anzeigen deε Druckeε in einem Luftreifen eineε Fahrzeugradeε
- mit einer Ventilkappe, die ein einεeitig geεchlosεeneε Ventilkappengehäuεe aufweiεt, daε mit εeinem offenen Ende druckdicht auf das Reifenventil aufschraubbar ist, wobei ein Betä¬ tigungsglied das Reifenventil öffnet. - l(o -
- die ferner einen Drucksensor sowie Einrichtungen zur drahtlosen Übermittlung eines Drucksignaleε auf- weiεt, und
5 - mit einem unabhängig von der Ventilkappe handhabba¬ ren Handstück, das eine Stromquelle, eine das Druck¬ signal aufnehmende Schaltungseinrichtung εowie eine Druckanzeige aufweiεt, dadurch gekennzeichnet, daß ° der Drucksensor ein als Halbleiterbauelement ausgebilde¬ ter Absolutdrucksenεor (42; V6) iεt, der ein dem Reifen¬ druck entsprechendes elektriεches Auεgangssignal erzeugt; das Handstück als Fernbedienungselement (50) auεgebildet iεt und zuεätzlich eine Sendeeinrichtung (66; E7) zur Aussendung eines Aktivierungssignales aufweist; und die Ventilkappe (10) zusätzlich eine Empfangseinrichtung (47; VI) für das Aktivierungssignals sowie eine Aktivie¬ rungεeinrichtung (V2, V3, V4) aufweiεt, welche den Abso¬ lutdruck-Sensor (42; V6) und die Einrichtungen (43, 44, 44', 44", 45; V7, V8, V9, Vll, V12) zur drahtlosen Über¬ mittlung des Drucksignales dann aktiviert, nachdem das Aktivierungssignal empfangen worden ist.
8. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für eine drahtlose Signalübermittlung zwischen Ventilkappe (10) und Fernbedienungselement (50) über eine Signalübertragungsεtrecke mit einer Weglänge von etwa 50 bis 200 cm ausgerüstet ist.
9. Die Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für eine drahtlose Signalübermittlung zwiεchen der Ventilkappe (10) und dem Fernbedienungεele- ment (50) mit Hilfe von IR-Strahlung ausgerüstet ist. - n -
10. Die Vorrichtung nach einem der Anεprüche 7 biε 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abεolutdruck-Senεor ein Halbleiterbauelement (42;
V6) ist, daε einen hermetiεch dichten Referenzraum und _ einen piezo-reεistiven Wandler aufweist.
11 Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifendruck mit einer Genauigkeit von wenigstens 1/10 bar meßbar und anzeigbar ist.
12. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Reifendruck auch die Reifentemperatur er- mittelbar, übertragbar und auswertbar ist.
13. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 biε 12, dadurch gekennzeichnet, daß daε Fernbedienungεelement (50) aufweiεt:
- ein flacheε, im weεentlichen guaderformiges Gehäuse
(51), an dem wenigstens eine Stirnfront (52) und eine Oberseite (57) ausgebildet iεt;
- ein Diεplay (58) für die Druckanzeige an der Gehäu- seoberseite (57);
- einen Taster (59; E2) oder Schalter zur Aktivierung des Fernbedienungselementeε (50);
- eine Sendeeinrichtung (66; E7) für ein Aktivie- rungεεignal;
- eine Empfangεeinrichtung (E8) für ein den Reifen¬ druck wiedergebendeε Drucksignal;
- eine oder mehrere Schaltungseinrichtung(en) (62, 63, 63', 63"; E4, E5, D6, E9, Eil) zur Bereitstel- lung des Aktivierungsεignalε, zur Auεwertung des
Drucksignals und zur Ansteuerung des Display (58; E15); und - -
1 - eine Quelle (56; El) für elektrische Energie.
14. Die Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß 5 an der Oberseite (57) des Gehäuses (51) weitere Taster (60, 60*, 60"; E3) vorhanden sind, um Daten in den Mi¬ kroprozessor (E4) und/oder eine Speichereinrichtung (E17) des Fernbedienungselementeε (50) einzugeben.
° 15. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikroprozessor (E4) am Fernbedienungselement (50) zusätzlich ein Uhrenquarz (E16) mit zugehörigem Modul zur Bildung der Tageszeit zugeordnet ist.
16. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikroprozeεsor (E4) am Fernbedienungselement (50) zusätzlich ein Halbleiterbauelement mit einem Ab- solutdruck-Sensor (E12, E13, E14) zur Erfassung des
Umgebungsdruckes sowie wahlweise ein Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur zugeordnet ist.
17. Eine Ventilkappe, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, mit
- einem einseitig geschlossenem Ventilkappenge¬ häuse (11), das am offenen Gehäuseende (17) einen Innengewindeabschnitt (26) zum Aufschrauben auf ein Außengewinde (6) an einem Ventilrohr (5) eines her¬ kömmlichen Reifenventiles aufweist;
- einem Dichtungselement (29), das die aufgeschraubte Ventilkappe (10) gegenüber dem Ventilrohr (5) druckdicht abdichtet;
- einem Betätigungsglied (30), das bei aufgeschraub¬ ter Ventilkappe (10) einen Ventilstößel (7) am Ventil niederdrückt und das Reifenventil geöffnet hält; - 13 -
- einem Drucksensor (42; V6), der bei geöffnetem Reifenventil mit dem Reifendruck beaufschlagt ist;
- einer oder mehreren Schaltungseinrichtungen (43, 44, 4 «, 44»; V7, V8, V9, Vll) zur Erzeugung eines Drucksignaleε;
- einer Sendeeinrichtung (44; V12), welche das Druck¬ signal in die Umgebung abεtrahlt;
- einer Quelle (48; V5) für elektrische Energie; dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein als Halbleiterbauelement ausgebilde¬ ter Absolutdruck-Sensor (42; V6) ist, der ein dem Rei¬ fendruck entsprechendes elektrisches Ausgangssignal er¬ zeugt; das von der/den Schaltungseinrichtung(en) (43, 44, 44', 44"; V7, V8, V9, Vll) erzeugte Drucksignal diesem elek¬ trischen Ausgangssignal entspricht; und die Ventilkappe (10) zusätzlich eine Empfangseinrichtung (47; VI) für ein extern erzeugtes Aktivierungssignal und eine Aktivierungseinrichtung (V2, V3, V4) aufweist, wel¬ che den Absolutdruck-Sensor (42; V6), die Schaltungs¬ einrichtungen (43, 44, 44', 44"; V7, V8, V9, Vll) und die Sendeeinrichtung (44; V12) dann aktiviert, nachdem ein Aktivierungssignal empfangen worden iεt.
18. Die Ventilkappe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungseinrichtung (V2, V3, V4) einen elektro- nischen Schalter (V4) aufweist, welcherdie nachgeschal¬ teten aktiven Komponenten (V6, V7, V8, V9, Vll, V12) der Ventilkappe (10) dann mit Strom/Spannung versorgt, nach¬ dem ein Aktivierungssignal empfangen worden ist.
19. Die Ventilkappe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,daß " > "
1 die Aktivierungseinrichtung (V2, V3, V4) einer Ablauf¬ steuerung unterworfen ist, welche die Aussendung des den Reifendruck wiedergebenden Drucksignales selbsttä¬ tig wieder unterbricht, nachdem dieses Drucksignal eine
5 gegebene Dauer lang ausgesendet worden iεt.
20. Die Ventilkappe nach einem der Ansprüche 1? bis 19. dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Komponenten (Vl bis V12) der Ventilkappe ° (10) in einem Modul (40) zusammengefaßt sind, daε in einem Hohlraum (32) innerhalb des Ventilkappengehäuses (11) angeordnet ist.
21. Die Ventilkappe nach Anspruch 20, 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (40) eine Platine (41) aufweist, an welcher die aktiven Komponenten (42, 43, 44, 44*, 44"; VI, V2, V3, V4, V7, Vδ, V9, Vll, V12) mit Hilfe der SMD-Technik angebracht und/oder augebildet sind.
22. Die Ventilkappenach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (40) als integriertes Hybridbauelement ausge¬ bildet ist.
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