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Die
Erfindung betrifft ein Ventil für
Fahrzeugreifen mit integrierter Elektronikeinheit zur Messung physikalischer
Parameter, insbesondere zur Reifendrucküberwachung.
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Sowohl
als Komfort- als auch als Sicherheitsausstattung haben in den letzten
Jahren Ventile für Fahrzeugreifen
mit integrierter Reifendrucküberwachung
allgemeines Interesse gefunden. In der Regel sind derartige Ventile
mit einer Elektronikeinheit ausgestattet, die einerseits die zur
Reifendrucküberwachung
notwendige Sensorfunktionalität
und andererseits eine zumindest rudimentäre Kommunikationsfunktionalität zeigt,
um den aktuell im Reifeninneren herrschenden Reifendruck so wohl
messen als auch an beispielsweise Diagnose- oder Überwachungsgeräte im Fahrzeuginneren übermitteln
zu können.
Beispielhaft seien in diesem Zusammenhang als allgemeiner Stand
der Technik die internationale Patentanmeldungen WO 02/20287 A1,
WO 02/081236 A1 sowie die deutsche Patentschrift
DE 43 03 583 C2 genannt.
Darüber
hinaus ist in der europäischen
Patentanmeldung
EP
1 428 693 A2 ein Ventil für einen Fahrzeugreifen offenbart,
bei dem in einen felgenseitigen Kopf des Gummikörpers des Ventils eine Elektronikeinheit
integriert ist. Dabei ist die Elektronikeinheit als kreisringförmiges Modul
mit Zusatzmodulen realisiert. Diese in der genannten Schrift vorgeschlagene
Lösung
weist jedoch diverse Nachteile auf. So ist einerseits die Herstellung
und Integration der Elektronikeinheit in den Gummikörper des
Ventils komplex und andererseits die Fixierung der Elektronikeinheit
problematisch; bei der Verwendung in einem Standardkraftfahrzeug
ist davon auszugehen, dass Zentrifugalbeschleunigungen im Bereich
von ca. 2000g auftreten und dass durch diese Kräfte die wenig gesicherte Elektronikeinheit
aus dem Gummikörper
herausgerissen wird.
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil für einen
Fahrzeugreifen zu schaffen, das einerseits leicht herstellbar und
andererseits gegenüber
den Anforderungen im Alltagsbetrieb robust ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch das Ventil mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Die Unteransprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Varianten und Weiterbildungen der Erfindung.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
zeigt einen Ventilkörper
sowie einen auf den Ventilkörper
aufvulkanisierten Gummikörper.
Dabei ist das felgenseitige Ende des Ventils gegenüber Standardventilen
etwas verlängert,
insbesondere als Kopf ausgebildet, wobei der Kopf des Gummikörpers eine
Ausnehmung aufweist, in der eine Elektronikeinheit zur Messung physikalischer
Parameter, insbesondere zur Reifendrucküberwachung, angeordnet ist.
Die Ausnehmung ist zur Richtung des Reifeninneren hin geöffnet und
die Elektronikeinheit ist einstückig
ausgebildet. Dabei liegt ein Vorteil der Ausbildung der Elektronikeinheit
als einstückiger
Körper
darin, dass sich ein derartiger Körper leicht fertigen und insbesondere auf
einfache Weise in die Ausnehmung im felgenseitigen Kopf des Gummikörpers integrieren
lässt.
Hierdurch ergeben sich wesentliche Vorteile bei der Produktion des
erfindungsgemäßen Ventils;
die Elektronikeinheit kann auf einfache Weise nach dem Aufvulkanisieren
des Gummikörpers
auf den Ventilkörper
in die Ausnehmung eingedrückt
werden. Damit ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Elektronikeinheit erst
nach dem Aufvulkanisieren des Gummikörpers auf den Ventilkörper integriert
wird und damit den erheblichen thermischen und auch mechanischen
Belastungen eines Vulkanisierprozesses nicht ausgesetzt ist, wodurch
sich die Ausfallwahrscheinlichkeit der Elektronikeinheit erheblich
verringert.
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Die
Ausnehmung kann dabei unterschiedlich geformt sein, insbesondere
als einfache geometrische Form wie z. B. kubisch, quaderförmig, kugelförmig oder
in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zylindrisch.
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Mittels
der Elektronikeinheit können
alternativ oder zusätzlich
verschiedene physikalische Parameter wie bspw. Temperatur, Beschleunigung
o. ä. ermittelt
werden.
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Um
einen sicheren Halt der Elektronikeinheit in dem felgenseitigen
Kopf des Gummikörpers
zu gewährleisten,
hat es sich bewährt,
zusätzliche
Mittel zur Fixierung der Elektronikeinheit in der Ausnehmung vorzusehen.
Dabei kann insbesondere ein im Bereich des Reifeninneren weisenden
Ende des felgenseitigen Kopfs umlaufender Federring vorteilhaft verwendet
werden. Diese Federring verengt den Querschnitt des offenen Teils
des felgenseitigen Kopfes des Gummikörpers und verhindert damit
wirkungsvoll auch bei hohen Geschwindigkeiten ein eventuell durch
die auftretenden Zentrifugalkräfte hervorgerufenes
Austreten der Elektronikeinheit aus dem felgenseitigen Kopf des
Gummikörpers.
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Eine ähnliche
Wirkung wird durch die Verwendung von Kabelbindern oder auch Schlauchklemmen
erzielt.
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Zur
Befüllung
bzw. Entlüftung
des Reifens können
ein oder mehrere Be- und Entlüftungskanäle dienen,
die vorzugsweise entlang der Ausnehmung zwischen felgenseitigem
Kopf des Gummikörpers und
der Elektronikeinheit verlaufen. Damit strömt die ein- bzw. austretende
Luft an der Elektronikeinheit vorbei; die kompakte Bauweise der
Elektronikeinheit als einstückiger,
ggf. im wesentlichen zylinderförmiger
Körper
ist in diesem Fall besonders vorteilhaft.
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Darüber hinaus
lassen sich die Be- und Entlüftungskanäle aufgrund
ihrer Anordnung zwischen der Elektronikeinheit und dem felgenseitigen
Kopf des Gummikörpers
besonders einfach fertigen.
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Die
beschriebene Bauart des erfindungsgemäßen Ventils erlaubt es insbesondere,
das Ventil – wie
weit verbreitet – als
sogenanntes Snap-in-Ventil zu gestalten, das mit den üblicherweise
in Reifenwerkstätten
vorhandenen Werkzeugen auf einfache Weise durch das entsprechende
Loch in der Felge von innen nach außen angezogen werden kann.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand dreier Figuren beispielhaft erläutert werden.
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zum Herstellen des erfindungsgemäßen Ventils mit Ventilkörper und
aufvulkanisiertem Gummikörper;
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2 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Ventil,
und
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3 einen
Querschnitt durch den felgenseitigen Kopf des Gummikörpers ohne
Elektronikeinheit.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch eine zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ventils
verwendete Vulkanisationsvorrichtung. Die Vulkanisationsvorrichtung
zeigt eine Kavitätenplatte 3,
in der als Negativ ein Teil der späteren Außenform des aufvulkanisierten
Gummikörpers 13 des
Ventils ausgebildet ist, eine Transferplatte 2, in der
Formen für
weitere Teile des erfindungsgemäßen Ventils
vorgesehen sind, sowie eine Kolbenplatte 1, durch die die
zu vulkanisierende Gummimasse in die Ausnehmungen in der Kavitätenplatte 3 und
der Transferplatte 2 gedrückt werden kann. Dabei ist
in der Transferplatte 2 ein Kern 9 vorgesehen,
der dazu dient, die Ausnehmung zur Aufnahme der Elektronikeinheit
im felgenseitigen Kopf des erfindungsgemäßen Ventils abzuformen.
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Die
Rippen 17a und 17b, die auf dem Kern 9 ausgebildet
sind, dienen dazu, die Be- bzw. Entlüftungskanäle entlang der später eingesetzten
Elektronikeinheit zu realisieren. In der Transferplatte 2 ist
im Bereich des felgenseitigen Kopfes des Ventils eine umlaufende
Rippe 14 realisiert, die dazu dient, in das felgenseitige
Kopfende des Gummikörpers
eine umlaufende Nut zur Aufnahme beispielsweise eines Federringes
einzuformen.
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Durch
den Abdichtstift 16, der durch eine Verschraubung fest
mit dem Kern 9 verbunden ist, wird gewährleistet, dass beim Aufvulkanisieren
des Gummikörpers
auf den Ventilkörper
Gummimasse in das Innere des Ventils gelangt; darüber hinaus
zeigt der Abdichtstift 16 in dem dem späteren Felgensitz korrespondierenden
Bereich des Gummikörpers
eine kragenförmige
umlaufende Ausbuchtung 18, durch die beim Vulkanisiervorgang
ein Hohlraum im Bereich des späteren
Felgensitzes geschaffen wird, der es ermöglicht, das Ventil in eine
Felge einzuziehen, ohne den Ventilkörper zu schädigen, da das umgebende Material
in den Hohlraum ausweichen kann und somit Druckbelastungen auf den
Ventilkörper wirksam
vermieden werden.
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Durch
die Schulter des Kerns 9 in Richtung des späteren Reifeninneren
wird erreicht, dass die Elektronikeinheit zusätzlich einen besseren Halt
in der Ausnehmung findet.
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Ferner
ist in der Transferplatte 2 eine konische Bohrung 6 angeordnet,
durch die die Gummimasse zu den in der Transferplatte 2 und
der Kavitätenplatte 3 gebildeten
Hohlräumen
bzw. Kavitäten fließen kann.
Dabei ist die konische Bohrung 6 so ausführt, dass
die Bohrung zur Kavitätenplatte 3 hin größer wird.
Hierdurch wird erreicht, dass beim Entfernen der Kavitätenplatte 3 nach
dem Aushärten
der Gummimasse der verbleibende Gummimasse möglichst abgewandt vom Rest
des Ventils reißt.
Die Wirkung dieser Konizität
der Bohrung wird dadurch verstärkt,
dass in die Kavitätenplatte 3 der
Schwalbenschwanz 7 eingearbeitet ist, durch den der Anspritznippel
in der Kavitätenplatte 3 gehalten
wird. Auf der der Bohrung 6 gegenüberliegenden Seite der Transferplatte 2 ist
zur Entlüftung
der Kavität
eine weitere konische Bohrung 8 angebracht, die nach außen führt. Darüber hinaus
werden die Hohlräume
in der Kavitätenplatte 3 durch
kleine Kanäle 11 mit
einem Durchmesser von wenigen hundertstel Millimetern im Bereich
des Gewindes des als Metallkörper
ausgebildeten Ventilkörpers 10 entlüftet. Der
Ventilkörper
ist dabei mittels eines Presssitzes 12 in der Weise in
die Kavitätenplatte 3 eingepresst,
dass durch die Kanäle 11 zwar
Luft, jedoch keine Gummimasse entweichen kann. Im Betrieb der Vorrichtung
befindet sich zwischen der Transferplatte 2 und der Kavitätenplatte 3 ständig eine
Gummischicht 5, das durch ein Spritzaggregat, das die Gummimasse
durch die Einspritzbohrung 15 in der Kolbenplatte 1 in
die Transferplatte 2 bringt, auf konstanter Stärke gehalten.
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Zur
Abformung des erfindungsgemäßen Ventils
wird die Gummimasse in der Transferplatte 2 auf ca. 80 °C vorgewärmt und
nachfolgend in der Kavitätenplatte 3 auf
ca. 170 °C
erhitzt. Durch Druck auf die Kolbenplatte 1 verringert
sich die Stärke
der Gummischicht 5 zwischen der Kolbenplatte 1 und
der Kavitätenplatte 3 und
die Gummimasse fließt über die
konische Bohrung 6 in die Hohlräume in der Kavitätenplatte 3 und
der Transferplatte 2. Nach einer Heizzeit von ca. 2 bis
5 Minuten kann die Form geöffnet
werden. Mittels eines Auswerferstiftes 4 kann das fertig
aufvulkanisierte Ventil dann aus der Form entnommen werden. Der
besondere Vorteil der Erfindung besteht dabei darin, dass durch
die einfache Konstruktion der Ausnehmung für die Elektronikeinheit ermöglicht wird,
das, den gesamten Gummikörper
einschließlich
der Ausnehmung für
die Elektronikeinheit in einem einzigen Vulkanisierungsvorgang herzustellen,
was gegenüber
dem Verfahren nach dem Stand der Technik eine erhebliche Kostenersparnis
bewirkt. Darüber
hinaus ist die in 3 dargestellte Vulkanisierungsform
aufgrund ihrer einfachen Geometrie günstig herzustellen.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil mit der im felgenseitigen
Kopf des auf den Metallkörper 10 aufvulkanisierten
Gummikörpers 13 angeordneten
Elektronikeinheit 19, die durch den Federring 20 gesichert
ist. Entlang der Elektronikeinheit 19 verläuft der
Be- und Entlüftungskanal 21,
der das Befüllen
und Entlüften
des Reifeninneren ermöglicht.
Der Hohlraum 22 dient dazu, dem umgebenden Material beim
Einziehen des Ventils in die Fahrzeugfelge ein Ausweichen zu ermöglichen
und damit einerseits das Einziehen des Ventils zu erleichtern und
andererseits Beschädigungen
des Ventils zu vermeiden. Der in den Metallkörper 10 eingesetzte
Ventileinsatz 23 mit dem Ventilkanal 25 wird vor
Beschädigung
und eindringender Verschmutzung durch die Ventilkappe 24 geschützt.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Ventil entlang der in 2 durch die
Pfeile III hervorgehobenen gestrichelten Linie. In dem dargestellten
Querschnitt verlaufen ausgehend vom Ventilkanal 25 die
radialen Anteile der vier um jeweils 90° versetzten Be -und Entlüftungskanäle 21 bis
in den Bereich des Gummikörpers 13,
von wo aus sie sich in radialer Richtung weiter in Richtung des Reifeninneren
bis an das Ende des felgenseitigen Kopfes des Gummikörpers erstrecken.