DE3825653A1

DE3825653A1 - Reifendrucksensor fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3825653A1
Application number: DE19883825653
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Phys Dr Hettich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-07-28
Filing date: 1988-07-28
Publication date: 1990-02-01
Also published as: WO1990000985A1; EP0426687A1; JPH03506010A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Reifendrucksensor für Fahrzeuge nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Für hohe Fahrgeschwindigkeiten von über 160 km/h schreiben Rei fen- und Fahrzeughersteller zur Gewährleistung der Fahrsicherheit erhöhte Reifendrücke vor. Will man dies bei der bekannten Reifen drucküberwachung berücksichtigen, so muß die Schaltschwelle des Reifendruckschalters auf den größten erforderlichen Druck einge stellt werden. Dies führt jedoch zu einem Komfortverlust bei niedri gen Geschwindigkeiten.

Aus der DE-OS 26 26 475 ist ferner bekannt, die Membran der Referenz druckkammer eines Reifendrucksensors mit einem massiven Kolben zu versehen, an dessen Stirnseite der Schlauch des zu überwachenden Reifens anliegt und der bei ausreichendem Luftdruck im Reifen die Membran entgegen dem Druck in der Referenzdruckkammer soweit ein drückt, daß in der Referenzdruckkammer ein elektrischer Kontakt ge schlossen wird. Dort ist ferner erwähnt, daß Zentrifugalkräfte am Kolben der Membran die vom Reifendruck auf die Membran ausgeübte Kraft bei steigender Gschwindigkeit vorteilhaft verringern, so daß bei höheren Geschwindigkeiten der Reifendruck erhöht werden muß, um den Schaltkontakt geschlossen zu halten. Dabei ist nachteilig, daß dieser als Zusatzmasse für die Membran verwendete Kolben vom Schlauch des Reifens abgedeckt ist, so daß die an ihm wirksamen Fliehkräfte nur zum Teil und völlig unbestimmbar an der Referenz druckkammer zur Anhebung der Schaltschwelle wirksam werden. Mit dieser Lösung ist es daher nicht möglich, die Anhebung der Schalt schwelle um ein reproduzierbares Maß bei einer bestimmten Geschwin digkeit gegenüber dem Stillstand zu realisieren, da die geschwindig keitsabhängige Anhebung der Schaltschwelle bei dieser bekannten Aus führung nicht vorherbestimmbar ist.

Aus der DE-OS 35 43 864 ist ferner bekannt, daß bei einer möglichst guten Temperaturankopplung der Referenzdruckkammer eines Reifendruck sensors an die Lufttemperatur im Reifen die gesamte Gasmenge im Rei fen temperaturkompensiert überwacht werden kann, da die vom Reifen druck abhängige Schaltschwelle des Druckschalters mit zunehmender Lufttemperatur im Reifen angehoben wird, indem auch der Referenz druck in der Referenzdruckkammer des Druckschalters temperaturab hängig in gleichem Maße ansteigt.

Wird ein solcher Reifendrucksensor nun mit einer Zusatzmasse ver sehen, um die Schaltschwelle durch eine Fliehkraftkomponente der Zusatzmasse geschwindigkeitsabhängig anzuheben, so ergibt sich aus der Gleichung

Ps(T)=Pi(T)+Pz(v) (1)

mit

PS(T) = Ps(To) · T/To und Pi(T) = Pi(To) · T/To
daß sich der Schaltdruck Ps, das ist der Reifendruck, bei dem der Druckschalter des Reifendrucksensors umschaltet, sich aus dem tem peraturabhängigen Innendruck Pi der Referendruckkammer und der in Achsrichtung des Druckschalters an der Membran der Referenzdruck kammer wirksamen Zentrifugalkraft Pz zusammensetzt, die von der Fahrgeschwindigkeit abhängig ist. Da sich die wirksame Komponente der Zentrifugalkraft Pz nicht temperaturabhängig ändert, verschiebt sich die Schaltschwelle eines solchen Reifendrucksensors in unzuläs siger Weise bei gleichhohen Geschwindigkeiten mit steigenden Tempe raturen zu tieferen Werten hin, da bei gleicher Gasmenge im Reifen der Reifendruck mit der Temperatur stärker ansteigt als der Schalt druck Ps gemäß Gleichung (1).

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, mit einer Zusatzmasse die Schaltschwelle des Druckschalters eines Reifendrucksensors so wohl geschwindigkeitsabhängig als auch temperaturabhängig anzuheben, damit auch in Hochgeschindigkeitsbereichen die im Reifen vorhandene Gasmenge temperaturkompensiert auf den geschwindigkeitsabhängigen Wert hin überwacht werden kann.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Reifendrucksensor mit den kennzeichnenden Merk malen des Patentanspruches 1 hat den Vorteil, daß durch ein tempera turabhängiges Verschwenken des Druckschalters die in Achsrichtung des Reifendrucksensors bzw. des Druckschalters wirkende Fliehkraft komponente nunmehr ebenfalls temperaturabhängig zunimmt. Bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs wird somit der Schwellwert des Rei fendrucksensors für die Mindestgasmenge im Reifen um einen für die Sicherheit des Reifens erforderlichen Betrag geschwindigkeitsab hängig und temperaturkompensiert angehoben. Damit ist gewährleistet, daß unabhängig von der Temperatur im Reifen immer dann vom Reifen drucksensor ein Signal abgegeben wird, wenn das Fahrzeug die für den vorhandenen Reifendruck zulässige Höchstgeschwindigkeit überschrei tet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die an der Zusatzmasse wirksame Fliehkraftkomponente quadratisch mit der Fahrgeschwindig keit zunimmt, so daß die Kennlinie des geschwindigkeitsabhängig an steigenden Schwellwertes des Reifendrucksensors im unteren Geschwin digkeitsbereich flach verläuft und im oberen Geschwindigkeitsbereich zunehmend schneller ansteigt. Dadurch ist es möglich, den Schwell wert über den gesamten Geschwindigkeitsbereich oberhalb des Druck wertes zu halten, bei dem der Reifen unter Vollast zerstört würde.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Für eine konstruktiv stabile Anordnung ist es zweckmäßig, wenn der Reifendrucksensor auf einer Seite an der Rad felge bzw. an einer in die Radfelge einzusetzenden Gehäusekapsel oder dergleichen drehbar gelagert ist und an der gegenüberliegenden Seite mit dem temperaturabhängigen Stellglied in Verbindung steht. In einfachster Ausführung ist dabei das temperaturabhängige Stell glied zwischen dem Druckschalter des Reifendrucksensors und der Rad felge bzw. der Gehäusekapsel angeordnet. Für eine konstruktiv ein fache Ausführung ist es zweckmäßig, wenn das Stellglied als Bime tall-Streifen ausgebildet ist, dessen dem Druckschalter abgewandtes Ende an der Radfelge bzw. an der Gehäusekapsel anliegt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Lösungsprinzip eines Reifendrucksensors mit einem Druckschalter, der mit einer Zusatzmasse durch ein temperaturabhän giges Stellglied verschwenkbar gelagert ist in einer Position im un teren Drehzahlbereich und

Fig 2 die gleiche Ausführung in einer Po sition, im oberen Drehzahlbereich.

Fig. 3 zeigt als weiteres Aus führungsbeispiel die Anordnung eines erfindungsgemäßen Reifendruck sensors in einer Radfelge und

Fig. 4 zeigt als weiteres Ausführungs beispiel einen Reifendrucksensor, dessen Druckschalter einen Wan dungsring als Zusatzmasse hat.

Beschreibung der Ausführungbeispiele

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Reifendrucksensor für Kraftfahrzeuge mit 10 bezeichnet, der am Umfang einer Radfelge von Fahrzeugrädern zu befestigen ist. Der Reifendrucksensor 10 umfaßt einen vom Luftdruck im Reifen zu betätigenden Druckschalter 11, der eine Referendruck kammer 12 aufweist, welche zum Reifeninneren hin durch eine elek trisch leitende Membran 13 abgeschlossen ist. Bei ausreichendem Luftdruck im Reifen liegt am mittleren Kontaktbereich der Membran 13 ein in der Referendruckkammer 12 fest angeordneter Schaltkontakt 14 an, der durch eine Glasdurchführung 15 im Boden des topfförmigen Gehäuses 16 der Referendruckkammer 12 nach außen ragt. Die Referenz druckkammer 12 ist mit einem vorgegebenen Druck mit Gas gefüllt, so daß bei zu geringen Luftdruck im Reifen der Druck in der Referenz druckkammer 12 die Membran 13 vom Schaltkontakt 14 abhebt, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Der Schaltkontakt 14 ist in bekann ter Weise unmittelbar mit einem nicht dargestellten RC-Schwingkreis verbunden, während die Membran 13 über das Gehäuse 16 mit dem RC-Schwingkreis verbunden ist. Über eine ebenfalls nicht dargestell te fahrzeugfeste Auswerteschaltung wird über eine eingekoppelte HF-Schwingung festgestellt, ob der RC-Schwingkreis durch den Druck schalter 11 geschlossen oder geöffnet ist. Sobald der Luftdruck im Reifen die Schaltschwelle des Druckschalters 11 unterschreitet, hebt die Membran 13 vom Schaltkontakt 14 ab, der RC-Schwingkreis wird un terbrochen und die Auswerteschaltung gibt ein entsprechendes Warn signal an den Fahrzeugführer ab.

Um eine geschwindigkeitsabhängige Anhebung der Schaltschwelle des Druckschalters 11 zu erzielen, ist in Fig. 1 bis 3 die Membran 13 in ihrem mittleren Bereich außen mit einer Zusatzmasse 17 versehen, die im eingebauten Zustand des Reifendrucksensors 10 mit einer von der Drehzahl des Fahrzeugrades und damit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängigen Zentrifugal-bzw. Fliehkraft Pz an der Membran 13 angreift. Da der Druckschalter 11 mit seiner Längsachse X zur Ra dialrichtung Y des Fahrzeugrades einen Winkel ϕ bildet, wirkt die Fliehkraft Pz der Zusatzmasse 17 nur mit einer vom Winkel ϕ abhän gigen Fliehkraftkomponente Pzx in Achsrichtung X des Druckschalters 11. Aus der Gleichung (1) ergibt sich folglich für den Schaltdruck Ps des Druckschalters 11 die erweiterte Gleichung

Ps=Pi(T)+Pz(v)×cos ϕ (2)

Um nun den Schaltdruck Ps des Druckschalters 11 nicht nur geschwin digkeitsabhängig, sondern in gleichem Maße wie den Lufdruck im Rei fen auch noch temperaturabhängig zu verändern, muß nicht nur der Re ferenzdruck Pi möglichst gut an die Temperatur im Reifen angekoppelt werden, sondern der Winkel ϕ muß in entsprechendem Maße temperatur abhängig nachgeführt werden. Gemäß dem Lösungsprinzip in Fig. 1 und 2 ist hierzu der Druckschalter 11 schwenkbar an einem Lager 18 be festigt, wobei dieses Lager mittelbar oder unmittelbar an der Rad felge angebracht ist. Der Druckschalter 11 ist ferner in diesem Lager 18 mit einem temperaturabhängigen Stellglied 19 schwenkbar.

Dabei ist das Stellglied 19 so ausgebildet, daß die in Achsrichtung X des Druckschalters 11 wirksame Fliehkraftkomponente Pzx mit stei gender Temperatur zunimmt. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Lage des Druckschalters 11 bei tiefen Temperaturen und folglich mit einem kleinen Hub des Stellgliedes 19, wogegen Fig. 2 den Druck schalter 11 in seiner Lage im oberen Temperaturbereich zeigt. Das Stellglied 19 hat hier mit großem Hub den Druckschalter 11 tempera turabhängig nach oben geschwenkt, so daß nunmehr der Winkel ϕ zwi schen der Achse X des Druckschalters 11 und der Radialrichtung der Radfelge verringert und folglich die in Achsrichtung X wirkende Fliehkraftkomponente Pzx temperaturabhängig zugenommen hat.

Fig. 3 zeigt den Reifendrucksensor 10, dessen Druckschalter 11 auf seiner einen Seite mittelbar über eine Gehäusekapsel 20 mit der La gerstelle 18 an einer Radfelge schwenkbar gelagert ist. An der ge genüberliegende Seite ist der Druckschalter 11 mit dem temperatur abhängigen Stellglied verbunden, das hier als Bimetallstreifen 22 ausgebildet ist. Das dem Druckschalter 11 abgewandte Ende des Bime tallstreifens 22 stützt sich am Boden 20 a der Gehäusekapsel 20 und daher mittelbar an der Radfelge 21 ab. Das andere Ende des Bime tallstreifens 22 ist an der dem Lager 18 gegenüberliegenden Seite des Druckschaltergehäuses 16 starr befestigt, so daß es mit zuneh mender Temperatur den Druckschalter 11 nach oben schwenkt und damit die Fliekraftkomponente Pzx vergrößert.

In einem weiteren in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel be steht der Druckschalter 30 eines Reifendrucksensors ebenfalls aus einer Referendruckkammer 31 mit einer zum Reifeninneren hin diese abschließende, elektrisch leitende Membran 32 und einem Schaltkon takt 33. Die Zusatzmasse ist hier jedoch nicht im mittleren Bereich der Membran 32 angebracht, sondern sie besteht hier aus einem die äußere Gehäusewandung der Referenzdruckkammer 31 bildenden Metallring 34. Der Gehäuseboden 35 der Referenzdruckkammer 31 besteht aus einer elastischen dünnen Metallplatte, deren äußerer umlaufender Rand durch die in Achsrichtung X des Druckschalters 30 wirkende Flieh kraftkomponente des Metallringes 34 hochgewölbt wird, so daß sich der Schwellwert des Druckschalters 30 mit zunehmender Fahrzeugge schwindigkeit erhöht. Eine größere Hebelwirkung für das Stellglied 36 ergibt sich bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 dadurch, daß das Lager 18 a für den Druckschalter 30 nicht mehr am äußeren Rand sondern mehr zu Mitte der Referenzdruckkammer 31 hin angebracht ist und das Stellglied 36 ebenfalls nicht mehr am äußeren Rand auf der gegenüberliegenden Seite des Druckschalters 30 sondern weiter innen angreift. Das Stellglied 36 ist hierbei als Gasfeder d.h. als Well schlauch mit einer Gasfüllung oder als Burdon-Rohr ausgeführt und möglichst in Achsrichtung oder Umfangsrichtung des Fahrzeugrades an geordnet, so daß an dem Stellglied wirkende Fliehkräfte zu vernach lässigen sind bzw. keinen Einfluß auf das Verschwenken des Druck schalters 30 durch das Stellglied 36 haben. Für die Gasfeder 36 als Verstellglied gilt ebenso wie für den Bimetallstreifen 22 gemäß Fig. 3, daß diese Stellglieder eine solche Steifigkeit haben müssen, daß die am Druckschalter 11 bzw. 30 angreifenden Zentrifugalkräfte auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten nur vernachlässigbare Bewegun gen des Druckschalters 11 bzw. 30 verursachen.

Durch die Schrägstellung des Druckschalters 11 bzw. 30 zur Radial richtung der Radfelge um den Winkel ϕ wird die in Achsrichtung des Druckschalters 11 bzw. 30 wirkende Fliehkraftkomponente Pzx der Zu satzmasse 17 bzw. 34 in Bezug auf die gesamte Fliehkraft Pz dieser Zusatzmasse eingestellt. Dabei ergibt sich eine gute Temperaturkom pensation des Schwellwertes durch das Stellglied 19 bzw. 36, wenn die Achse X des mit der Zusatzmasse 17 bzw. 34 versehenen Druck schalters 11 bzw. 30 einen Winkel ϕ von <10° und <80° zur Radial richtung Y der Radfelge 21 bildet und von dem Stellglied 19, 22 bzw. 36 derart verschwenkbar ist, daß sich dieser Winkel ϕ mit zunehmen der Temperatur verkleinert. Aus der Gleichung (1) ergibt sich damit für die zu überwachende Gasmenge im Reifen die Gleichung

Ps(To)=Pi(To)+Pzx(v,T) · To/T=constant (3)

Man erkennt daraus, daß bei einer Bezugstemperatur To und bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v mit steigender Temperatur T der Schwell wert Ps, bei dem der Druckschalter 11 bzw. 31 vom geschlossenen in den offenen Zustand umschaltet, durch die temperaturabhängige Zu nahme der Komponente Pzx konstant gehalten wird.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, da der Druckschalter des Reifendrucksensors in vielfältiger Weise zur Radfelge drehbar gelagert werden kann. Ebenso lassen sich Alterna tivlösungen für die Ausbildung und Anordnung des temperaturabhän gigen Stellgliedes im Rahmen der Erfindung realisieren. Wesentlich ist jedoch, daß das temperaturabhängige Stellglied den Druckschalter des Reifendrucksensors in der Weise verschwenken kann, daß die in Achsrichtung des Druckschalter wirkende Fliehkraftkomponente einer die Schaltschwelle des Druckschalters beeinflußenden Zusatzmasse mit steigender Temperatur zunimmt.

Claims

1. Reifendrucksensor für Fahrzeuge mit einem am Umfang der Radfelge von Fahrzeugrädern zu befestigenden, vom Reifendruck betätigten Druckschalter, der eine Referenzdruckkammer aufweist, welche zum Reifeninneren hin durch eine elektrisch leitende Membran abgeschlos sen ist, an deren mittleren Kontaktbereich bei ausreichendem Luft druck im Reifen ein in der Referenzdruckkammer fest angeordneter Schaltkontakt zur Schließung eines von einer fahrzeugfesten Auswer teschaltung zu überwachenden Stromkreises anliegt, wobei der Druck schalter mit einer Zusatzmasse versehen ist, welche durch eine in Achsrichtung des Druckschalters wirkende Fliehkraftkomponente eine ge schwindigkeitsabhängige Anhebung der Schaltschwelle des Druckschal ters bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschalter (11, 30) mit einem temperaturabhängigen Stellglied (19, 22, 36) an der Rad felge (21) derart schwenkbar gelagert ist, daß die in Achsrichtung (X) des Druckschalters (11, 30) wirkende Fliehkraftkomponente (Pzx) mit steigender Temperatur (T) zunimmt.

2. Reifendrucksensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschalter (11, 30) auf einer Seite schwenkbar gelagert ist und an der gegenüberliegenden Seite mit dem temperaturabhängigen Stell glied (19, 22, 36) verbunden ist.

3. Reifendrucksensor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Stellglied (19, 22, 36) zwischen dem Druckschal ter (11, 30) des Reifendrucksensors (10) und einem mit der Radfelge (21) verbundenen Lager (20 a) angeordnet ist.

4. Reifendrucksensor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein Bimetallstreifen (22) ist, dessen dem Druckschalter (11) abgewandten Ende am Lager (20 a) aufliegt.

5. Reifendrucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (X) des mit der Zusatzmasse (17, 34) versehenen Druckschalters (11, 30 ) einen Winkel (ϕ) von <10° und <80° zur Radialrichtung (Y) der Radfelge (21) bildet und von dem Stellglied (19, 22, 36) derart verschwenkbar ist, daß sich dieser Winkel (ϕ) mit zunehmender Temperatur (T) verkleinert.

6. Reifendrucksensor nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (17) im mittleren Bereich der Membran (13) in der Refe renzdruckkammer (12, 31) befestigt ist.

7. Reifendrucksensor nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (34) aus einem die Gehäusewandung der Referenzdruck kammer (31) bildenden Metallring (34) besteht, der zwischen einem elastischen Boden (35) der Referenzdruckkammer (31) und der Membran (32) angeordnet ist.