DE102009051403A1

DE102009051403A1 - Reifendrucküberwachungssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009051403A1
Application number: DE102009051403A
Authority: DE
Inventors: Janós Toth; Michael Muser; Kornél Kantor
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reifendrucküberwachungssystem zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung mindestens eines luftgefederten Reifens (1) eines Kraftfahrzeuges über eine zentrale druckluftführende Arbeitsleitung (2) eines elektrisch von einer Steuereinheit (3) ansteuerbaren Steuerventils (4), das speisedruckseitig an eine Druckluftquelle (5) angeschlossen ist, wobei die Steuereinheit (3) das Steuerventil (4) nach Maßgabe eines sensortechnisch ermittelten Druckbedarfs im Reifen (1) aktiviert, wobei zur sensortechnischen Ermittlung des Druckbedarfs in die Arbeitsleitung (2) eine Drossel (6) eingefügt ist, wobei der Druck an einer ersten Stelle (7a) in Strömungsrichtung vor und an einer zweiten Stelle (7b) in Strömungsrichtung nach der Drossel (6) abgezweigt wird, um die Druckdifferenz über der Drossel (6) beidseits einer mechanischen Druckwaageeinheit (8) zuzuführen, welche im Zusammenwirken mit einer elektrischen Schaltereinheit (9) der Steuereinheit (3) ein elektrisches binäres Be- oder Entlüftungssignal meldet, falls die Druckwaageeinheit (8) eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel (6) detektiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reifendrucküberwachungssystem zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung mindestens eines luftgefederten Reifens eines Kraftfahrzeuges über eine zentrale druckluftführende Arbeitsleitung eines elektrisch von einer Steuereinheit ansteuerbaren Steuerventils, das speisedruckseitig an eine Druckluftquelle angeschlossen ist, wobei die Steuereinheit das Steuerventil nach Maßgabe eines sensortechnisch ermittelten Druckbedarfs im Reifen aktiviert.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Insbesonders Nutzfahrzeuge oder Militärfahrzeuge können mit Reifendrucküberwachungssystemen ausgerüstet sein, die neben der reinen Überwachung des aktuellen Drucks in den Reifen des Fahrzeuges auch eine manuelle oder automatische Befüllung der Reifen mit einem vorgebaren Luftdruck ermöglichen. Gewöhnlich kann der Fahrer des Fahrzeuges entweder einen gewünschten Reifendruck direkt vorgeben oder einen Fahrmodus auswählen, der einen hierzu passenden Reifendruck einstellt.
Aus der EP 0 531 070 B1 geht ein Reifendrucküberwachungssystem hervor, welches die in einem Druckluftbehälter als Druckluftquelle gespeicherte Druckluft über ein Druckmittelleitungsnetz an die einzelnen luftgefederten Reifen des Kraftfahrzeuges weiterleitet. Gesteuert wird die Druckluftbeaufschlagung durch eine Anordnung mehrerer Ventile, welche teilweise im Fahrwerkbereich und teilweise an den einzelnen mit Reifen bestückten Rädern angeordnet sind. Die dem Fahrwerk zugeordneten Steuerventile sind als elektropneumatische Mehrwegeventile ausgebildet, die über eine gemeinsame zentrale elektronische Steuereinheit nach Maßgabe der sensortechnisch ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeuges sowie von durch den Fahrer des Fahrzeuges gewählten Vorgabewerten elektrische Schaltsignale an die betreffenden Steuerventile ausgibt. Die radnahen Steuerventile unterliegen dagegen nicht einer elektrischen Ansteuerung, sondern sind pneumatisch vorgesteuert. Die Betätigung dieser Steuerventile erfolgt über integrierte Federelemente, die die einzelnen Steuerventile normal in geschlossener Position halten. Jedes dieser Steuerventile besitzt ein zweigeteiltes Gehäuse mit einem Eingangs-, Ausgangs- und Entlüftungsanschluss, ein erstes Membranventil zum Schalten des Druckluftflusses zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluss, ein zweites Membranventil zur Herstellung einer Druckverbindung zwischen dem Ausgangs- und dem Entlüftungsanschluss sowie ein drittes Ventil zur Begrenzung des Druckluftflusses vom Ausgangsanschluss zum Eingangsanschluss und schließlich eine Handhilfsbetätigungseinheit.
Nachteilhaft bei diesem Reifendrucküberwachungssystem erscheint die Vielzahl der einzelnen Steuerventile. Insbesonders sind alle elektropneumatischen Steuerventile koordiniert über die zentrale Steuereinheit zu betätigen. Ferner steht die erforderliche Rotationsdichtung jedes Rades – die als Drehdurchführung dient – stets unter Druck, so dass aufgrund einer Leckage erhebliche Druckluftverluste entstehen können.
Aus der EP 0 368 365 B1 geht ein anderes Reifendrucküberwachungssystem hervor, welches ebenfalls recht viele elektropneumatische Steuerventile umfasst, die von einer zentralen elektronischen Steuereinheit aus angesteuert werden, um einen gewünschten Reifendruck einzustellen. Bestandteil dieser technischen Lösung sind daneben mehrere elektrische Drucksensoren zur Ermittlung des aktuellen Drucks in den einzelnen Reifen sowie des als Druckluftquelle dienenden Druckluftbehälters. Auch diese technische Lösung erscheint steuerungstechnisch recht aufwendig und es ist erforderlich, die einzelnen elektrischen Drucksensoren robust auszubilden, um den rauen Betriebsbedingungen über einen langen Zeitraum ausfallsicher gewachsen zu sein.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Reifendrucküberwachungssystem zu schaffen, das aus möglichst wenig einfachen und robust aufgebauten Einzelteilen besteht und hiermit eine exakte und zuverlässige Reifendrucküberwachung durchführt.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Reifendrucküberwachungssystem gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur sensortechnischen Ermittlung des Druckbedarfs in die Arbeitsleitung zur Druckbeaufschlagung der einzelnen Reifen eine Drossel eingefügt ist, wobei der Druck an einer ersten Stelle in Strömungsrichtung vor und an einer zweiten Stelle in Strömungsrichtung nach der Drossel abgezweigt wird, um die Druckdifferenz über der Drossel beidseits einer mechanischen Druckwaageeinheit zuzuführen, welche im Zusammenwirken mit einer elektrischen Schaltereinheit der Steuereinheit ein elektrisches binäres Be- oder Entlüftungssignal meldet, falls die Druckwaageeinheit eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel detektiert.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch Rückgriff auf das Prinzip einer Differenzdruckermittlung eine sehr exakte Feststellung der Druckverhältnisse innerhalb des Reifendrucküberwachungssystems möglich ist. Fließt bedingt durch einen Druckluftbedarf der Reifen Druckluft in der Arbeitsleitung in Richtung der Reifen, so bewirkt dies eine entsprechende Druckdifferenz, die durch die mechanische Druckwaageeinheit messbar ist. Die erfindungsgemäß vorgesehene mechanische Druckwaageeinheit ist ein robustes Bauteil, das die Betätigungskraft für einen hierüber zu betätigenden elektrischen Schalter aufbringt. Dabei kann das Zusammenwirken der Druckwaageeinheit mit der elektrischen Schaltereinheit erfindungsgemäß vorzugsweise durch magnetische oder mechanische Koppelmittel erfolgen.
Ersterenfalls wird vorgeschlagen, dass als magnetisches Koppelmittel ein den Waagekolben der Druckwaageeinheit bildender Permanentmagnet mit der als induktiver Reedschalter ausgebildeten Schaltereinheit zusammenwirkt. Da die Kopplung insoweit berührungslos erfolgt, lässt sich die elektrische Schaltereinheit erforderlichenfalls ohne Demontage der Druckwaageeinheit im Reparaturfall austauschen. Der leichten Austauschbarkeit können je nach Anwendungsfalls verschiedene elektrische Schaltereinheiten mit unterschiedlichen Schaltfunktionen, wie mehrpolige Wechselschalter, Einschalter oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
Dagegen kann als mechanisches Koppelmittel zwischen Druckwaageeinheit und elektrischer Schaltereinheit ein den Waagekolben mit der Schaltereinheit verbindender Betätigungsstößel dienen. Diese Lösung eignet sich insbesonders für kippend zu betätigende elektrische Schaltereinheiten. In diesem Fall kann der Waagekolben zum kippenden Schalten des Betätigungsstößels der Schaltereinheit zwischen zwei Elastomermembranen angeordnet werden, die je einen Druckraum begrenzen, welcher mit der ersten bzw. zweiten Stelle der Drossel verbunden ist. Der so gebildete mittlere Raum des Waagekolbens kann entlüftet sein und die Befestigung der elektrischen Schaltereinheit am Gehäuse der Druckwaageeinheit erfordert keine Gehäusedichtungen. Grund hierfür ist, dass die beiden Elastomermembranen gleichzeitig die Funktion der dynamischen Dichtung des sich axial verstellenden Waagekolbens sowie die Funktion einer statischen Gehäuseabdichtung übernehmen. Da hier ein kippendes Schalten des Betätigungsstößels der elektrischen Schaltereinheit erfolgt, kann bei der Auswahl der elektrischen Schaltereinheit auf herkömmliche ein- oder mehrpolige Kippschalter zurückgegriffen werden.
Vorzugsweise besitzt die elektrische Schaltereinheit im Rahmen des erfindungsgegenständlichen Reifendrucküberwachungssystems drei Schaltstellungen und signalisiert der übergeordneten elektronischen Steuereinheit in einer der Mittelstellung des Waagekolbens entsprechenden mittleren Schaltstellung keinen Druckbedarf, wogegen die beidseits hiervon vorhandenden Endanschlagstellungen einen Belüftungsbedarf bzw. Entlüftungsbedarf signalisieren. Der Begriff Belüftungsbedarf bedeutet dabei ein Druckluftstrom von der Druckluftquelle in Richtung der Reifen; ein Entlüftungsbedarf bedeutet ein Druckluftstrom in die entgegengesetzte Richtung.
Gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung wird eine einfach aufgebaute und robuste Druckwaageeinheit zur Feststellung der positiven oder negativen Druckdifferenz vorgeschlagen, die aus einem zylindrischen Gehäuse mit endseitigen Druckanschlüssen für den Anschluss mit der ersten und zweiten Stelle der Drossel besteht, das einen durch die Druckdifferenz axial bidirektional verstellbaren Waagekolben enthält, der zur Positionierung in eine Mittelstellung als differenzdrucklose Ausgangsstellung beidseits zweier Federelemente angeordnet ist. Als Federelement kann beispielsweise je eine Schraubenfeder aus Stahl, die als Druck- oder Zugfeder ausgebildet ist, verwendet werden; es ist auch denkbar, eine elastomere Feder zu verwenden. Letzterenfalls können die vorstehend erwähnten Elastomermembranen durch geeignete Materialauswahl sowie Materialdicke die Federfunktion mit übernehmen.
Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die zentrale Arbeitsleitung in eine Verzweigungsleitung zur Herstellung einer Druckluftverbindung zu den mehreren Reifen einmündet. Damit erfolgt die Reifendrucküberwachung an zentraler Stelle des Systems und die hierfür verwendete Druckwaageeinheit nebst dem elektrischen Schalter können ortsnah zur elektronischen Steuereinheit installiert werden, was kurze elektrische Leitungswege ermöglicht.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Reifendrucküberwachungssystems mit einer Druckwaageeinheit zur sensortechnischen Ermittlung des Druckbedarfs,
2 eine schematische Detaildarstellung einer Druckwaageeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform, und
3 eine schematische Detaildarstellung einer Druckwaageeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Gemäß 1 dient das dargestellte Reifendrucküberwachungssystem der Druckluftbeaufschlagung mehrerer Reifen 1 (exemplarisch), die an einem – nicht weiter dargestellten – Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges angebracht sind. Über eine zentrale Arbeitsleitung 2 wird nach Maßgabe eines elektrisch von einer Steuereinheit 3 ansteuerbaren Steuerventils 4 Druckluft, die speisedruckseitig von einer als Druckluftbehälter ausgebildeten Druckluftquelle 5 bereitgestellt wird, an die Reifen weitergeleitet. Die elektronische Steuereinheit 3 aktiviert hierzu das elektropneumatische Steuerventil 4 nach Maßgabe eines sensortechnisch ermittelten Druckbedarfs der Reifen 1.
Zur Ermittlung dieses Druckbedarfs ist in die Arbeitsleitung 2 eine Drossel 6 eingefügt. Die Drossel 6 verengt örtlich den Strömungsquerschnitt der Arbeitsleitung 2. An einer ersten Stelle 7a sowie einer zweiten Stelle 7b wird der hier anstehende Druck durch je zugeordnete Querleitungen abgezweigt, um die Druckdifferenz über der Drossel 6 feststellen zu können. Die erste Stelle 7a befindet sich in Strömungsrichtung gesehen vor der Drossel 6; die zweite Stelle 7b ist nach der Drossel 6 angeordnet.
Über die den Differenzdruck ermittelnde Druckwaageeinheit 8 erhält die elektronische Steuereinheit 3 eine Information darüber, ob und in welcher Richtung, Druckluft durch die Arbeitsleitung 2 strömt. Hiervon abhängig und abhängig von einem manuell vom Fahrer vorgebbaren Sollreifendruck steuert die elektronische Steuereinheit 3 das hieran angeschlossene elektropneumatische Steuerventil 4 als Stellglied an. Wenn sich also der Druck in den Reifen 1 von dem ausgangsseitig des Steuerventils 4 bereit gestellten Druck unterscheidet, wird in der Arbeitsleitung 2 ein Druckluftstrom erzeugt, der die Reifen 1 belüftet oder entlüftet. Dabei wird die Luftströmung durch die Drossel 6 per Differenzdruckmessung ermittelt und elektrisch umgesetzt an die elektronische Steuereinheit 3 weitergemeldet.
Gemäß 2 wird zur elektrischen Umsetzung der durch die Druckwaageeinheit 8 ermittelten Druckdifferenz eine elektrische Schaltereinheit 9 verwendet.
Bei dieser Ausführungsform besteht die Druckwaageeinheit 8 aus einem zylindrischen Gehäuse 10 mit je stirnflächenseitigen Druckanschlüssen für den Anschluss mit der ersten Stelle 7a und zweiten Stelle 7b der Arbeitsleitung 2. Innerhalb des Gehäuses 10 ist mittig ein axial verstellbarer Waagekolben 8 integriert. Der Waagekolben 8 ist durch Beaufschlagung zweier gegensinnig hierauf einwirkender Federelemente 12a und 12b im differenzdrucklosen Ausgangszustand in der gezeigten Mittelstellung.
Die Druckwaageeinheit 8 wirkt bei dieser Ausführungsform über magnetische Koppelmittel mit einer ortsnah hieran montierten elektrischen Schaltereinheit 9 zusammen. Als magnetische Koppelmittel besteht der Waagekolben 11 hier aus einem Permanentmagneten, wogegen die hiermit zusammenwirkende elektrische Schaltereinheit 9 als induktiver Reedschalter ausgebildet ist. Detektiert die Druckwaageeinheit 8 je nach Durchströmungsrichtung der Arbeitsleitung 2 eine signifikante positive oder negative Druckdifferenz über die Drossel 6, so lässt sich diese Druckdifferenz sensortechnisch ermitteln und über die elektrische Schaltereinheit 9 an die – nicht dargestellte – elektronische Steuereinheit melden.
Wenn sich durch die Druckwaageeinheit 8 nach Befüllen der angeschlossenen Reifen keine Druckdifferenz mehr feststellen lässt, so steuert die elektronische Steuereinheit das angeschlossene Steuerventil von der geöffneten in die geschlossene Stellung um.
Nach der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform ist ein Waagekolben 11' zwischen zwei Elastomermembranen 13a und 13b angeordnet, die je einen Druckraum 14a bzw. 14b begrenzen, welche mit der – nicht weiter dargestellten – ersten bzw. zweiten Stelle der Arbeitsleitung verbunden sind, auf die selbe Weise wie bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform.
Zur Betätigung einer dem Waagekolben 11' zugeordneten elektrischen Schaltereinheit 9' dient hier ein mechanisches Koppelmittel, das als Betätigungsstößel 15 in einer korrespondierenden radialen Ausnehmung 16 am Waagekolben 11' zum Eingriff kommt. Die aufgrund der Druckdifferenz erzeugte Axialbewegung des Waagekolbens 11' führt somit zu einem Schalten des Betätigungsstößels 15 der elektrischen Schaltereinheit 9' zu dem bereits in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung der ersten Ausführungsform genannten Zweck.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beiden vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle eines elektrischen Kippschalters den Betätigungsstößel 15 selbst als elektrischen Kontakt zu verwenden, der in Zusammenwirken mit einem metallisch ausgeführten Waagekolben 11' einen elektrischen Schalter bildet, der bei gegenseitiger Berührung einen Stromkreis schließt. In diesem Falle empfiehlt es sich, den Betätigungsstößel 15 wie ein Relaiskontakt federnd zu lagern.
Bezugszeichenliste

1: Reifen
2: Arbeitsleitung
3: Steuereinheit
4: Steuerventil
5: Druckluftquelle
6: Drossel
7: Stelle
8: Druckwaageeinheit
9: Schaltereinheit
10: Gehäuse
11: Waagekolben
12: Federelement
13: Elastomermembran
14: Druckraum
15: Betätigungsstößel
16: Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0531070 B1 [0003]
EP 0368365 B1 [0005]

Claims

Reifendrucküberwachungssystem zur Steuerung der Druckluftbeaufschlagung mindestens eines luftgefederten Reifens (1) eines Kraftfahrzeuges über eine zentrale druckluftführende Arbeitsleitung (2) eines elektrisch von einer Steuereinheit (3) ansteuerbaren Steuerventils (4), das speisedruckseitig an eine Druckluftquelle (5) angeschlossen ist, wobei die Steuereinheit (3) das Steuerventil (4) nach Maßgabe eines sensortechnisch ermittelten Druckbedarfs im Reifen (1) aktiviert, dadurch gekennzeichnet, dass zur sensortechnischen Ermittlung des Druckbedarfs in die Arbeitsleitung (2) eine Drossel (6) eingefügt ist, wobei der Druck an einer ersten Stelle (7a) in Strömungsrichtung vor und an einer zweiten Stelle (7b) in Strömungsrichtung nach der Drossel (6) abgezweigt wird, um die Druckdifferenz über der Drossel (6) beidseits einer mechanischen Druckwaageeinheit (8) zuzuführen, welche im Zusammenwirken mit einer elektrischen Schaltereinheit (9) der Steuereinheit (3) ein elektrisches binäres Be- oder Entlüftungssignal meldet, falls die Druckwaageeinheit (8) eine signifikante positive bzw. negative Druckdifferenz über der Drossel (6) detektiert.
Reifendrucküberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaageeinheit (8) zur Feststellung der positiven oder negativen Druckdifferenz aus einem zylindrischen Gehäuse (10) mit endseitigen Druckanschlüssen für den Anschluss mit der ersten und zweiten Stelle (7a, 7b) der Drossel (6) besteht, das einen durch die Druckdifferenz axial bidirektional verstellbaren Waagekolben (11) enthält, der zur Positionierung in eine Mittelstellung als differenzdrucklose Ausgangsstellung beidseits zweier Federelemente (12a, 12b) angeordnet ist.
Reifendrucküberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenwirken der elektrischen Schaltereinheit (9) mit der Druckwaageeinheit (8) durch mechanische oder magnetische Koppelmittel erfolgt.
Reifendrucküberwachungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetische Koppelmittel ein den Waagekolben (11) bildender Permanentmagnet mit der als induktiver Reedschalter ausgebildeter Schaltereinheit (9) zusammenwirkt.
Reifendrucküberwachungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanisches Koppelmittel ein den Waagekolben (11) mit der Schaltereinheit (9) verbindender Betätigungsstößel (15) vorgesehen ist.
Reifendrucküberwachungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Waagekolben (11') zum kippenden oder kontaktierenden Schalten des Betätigungsstößels (15) der Schaltereinheit (9') zwischen zwei Elastomermembranen (13a, 13b) angeordnet ist, die je einen Druckraum (14a; 14b) begrenzen, welcher mit der ersten bzw. zweiten Stelle (7a; 7b) der Drossel (6) verbunden ist.
Reifendrucküberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltereinheit (9; 9') drei Schaltstellungen aufweist und der elektronischen Steuereinheit (3) in einer der Mittelstellung des Waagekolbens (11; 11') entsprechenden Mittelstellung keinen Druckbedarf signalisiert, wogegen die beidseits hiervon vorhandenen Endanschlagstellungen einen Belüftungsbedarf bzw. Entlüftungsbedarf signalisieren.
Reifendrucküberwachungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Arbeitsleitung (2) in eine Verzweigungsleitung zur Herstellung einer Druckluftverbindung zu mehreren Reifen (1) einmündet.