Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Reifendrucküberwacher für Kraft¬ fahrzeuge nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Für hohe FahrZeuggeschwindigkeiten von über 160 km/h schreiben Rei¬ fen- und Fahrzeughersteller zur Gewährleistung der FahrSicherheit erhöhte Reifendrücke vor. Will man diese berücksichtigen, so muß die Schaltschwelle des am Rad befestigten Druckschalters auf den größten erforderlichen Druck eingestellt werden. Dies führt zu einem Kom¬ fortverlust bei niedrigen Geschwindigkeiten (DE-OS 32 43 845). Wird dies nicht berücksichtigt und der Reifendrucksensor auf den im un¬ teren Geschwindigkeitsbereich bei Vollast vorgeschriebenen Reifen¬ druck eingestellt, so wird bei hohen Geschwindigkeiten der erforder¬ liche höhere Reifendruck nicht überwacht, sondern vielmehr eine nicht vorhandene Sicherheit durch die Reifendruck-Uberwachungsein- richtung vorgetäuscht.

Aus der DE-OS 26 26 475 ist es bekannt, die Membran der Referenz¬ druckkammer eines Reifendrucküberwachers 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 so weit 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 Geschwindigkeit vorteilhaft verringern, so daß bei höheren Geschwindigkeiten der Reifendruck erhöht werden muß, um den Schaltkontakt geschlossen zu halten. Bei dieser Lösung ist nach¬ teilig, daß der 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. Nach¬ teilig ist ferner, daß diese Zusatzmasse im Zentrum der Membran an dieser festgenietet ist und dadurch nicht nur die Membran schwächt, sondern darüber hinaus durch die Versteifung an der Nietstelle die druck- und fliehkraftabhängige Verformung der Membran sehr unter¬ schiedlich und unberechenbar beeinflußt. Mit dieser Lösung ist es daher nicht möglich, die Anhebung der Schaltschwelle um ein repro¬ duzierbares Maß bei einer bestimmten Geschwindigkeit gegenüber dem Stillstand zu realisieren, da die geschwindigkeitsabhängige Anhebung der Schaltschwelle bei dieser bekannten Ausführung nicht vorher be¬ stimmbar ist.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, einen Reifendrucküber¬ wacher zu entwickeln, bei dem die Zusatzmasse an der Membran der Referenzdruckkammer derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die Elastizität der Membran dadurch nicht beeinträchtigt und die Schalt¬ schwelle geschwindigkeitsabhängig um einen vorher bestimmbaren Be¬ trag gegenüber dem Stillstand angehoben wird.

Der erfindungsgemäße Reifendrucküberwacher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die gegenüber der steifen, vorzugsweise metallischen Membran weiche Zusatzmasse die

Elastizität sowie die Festigkeit der Membran nicht mehr beeinflußt und darüber hinaus durch gezielte Dosierung eine reproduzierbare λn¬ hebung der Schaltschwelle in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rades ermöglicht. Damit wird bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs im¬ mer dann von der Reifendruck-Uberwachungseinrichtung ein Signal aus¬ gelöst, wenn das Fahrzeug die für den vorhandenen Reifendruck zuläs¬ sige Höchstgeschwindigkeit überschreitet. Der überwachte Mindest¬ druck im Reifen wird folglich mit steigender Geschwindigkeit defi¬ niert angehoben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kenn¬ linie des geschwindigkeitsabhängig ansteigenden Schwellwertes des Reifendrucküberwachers durch die an der Zusatzmasse angreifenden Fliehkräfte mit zunehmender Geschwindigkeit progressiv ansteigt. Damit ist es möglich, den Schwellwert über den gesamten Geschwindig¬ keitsbereich in genügendem Abstand oberhalb des Druckwertes zu hal¬ ten, bei dem der Reifen unter Vollast zerstört würde (sogenannte Zerstörgeschwindigkeit) .

In der Patentanmeldung P 37 41 129.2 ist bereits vorgeschlagen wor¬ den, die Zusatzmasse in Form eines Fliehgewichtes möglichst punkt- förmig im Zentrum der Membran durch Schweißen zu befestigen, um die Sensitivität der Membran zu erhalten. Diese Lösung ist jedoch noch unbefriedigend, da durch den Schweißvorgang die Membran zwangsläufig in ihrer Struktur beschädigt wird und da die Festigkeit einer sol¬ chen Verbindung den harten Betriebsbedingungen und Umwelteinflüssen nur dann standhält, wenn die Befestigung der Zusatzmasse an einer ausreichend großen Membranfläche erfolgt, was wiederum eine Membran¬ versteifung bewirkt. Diese Mängel werden durch die flächige Anbrin¬ gung der elastischen Zusatzmasse auf der Membranfläche durch Kleben, Haften oder dergleichen vermieden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den Ausschnitt eines Fahrzeugrades mit einem in der Felge eingesetzten, erfindungsgemäßen Reifendrucküberwacher, Figur 2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Reifendrucküberwacher in vergrößerter Darstellung, Figur 3 die geschwindigkeitsabhängige Kennlinie für die Anhebung der S haltschwelle sowie Figur 4 und 5 verschiedene Ausführungsformen für die Anbringung der Zusatzmasse an der Membran.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist der Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs in verkleinertem Maßstab im Querschnitt dargestellt und mit 10 bezeichnet. Er zeigt einen Reifen 11, der auf einer Radfelge 12 befestigt ist. An einem nach innen gerichteten Abschnitt der Radfelge 12 ist ein Reifen¬ drucküberwacher 13 radial zur Radachse in einer Gewindebohrung 14 der Radfelge 12 befestigt. In geringem Abstand dazu ist im Bereich des Reifendruckiiberwachers 13 an der nicht dargestellten Radaufhän¬ gung des Fahrzeugs ein Signalaufnehmer 15 befestigt, dessen Stirn¬ seite zum Reifendrucküberwacher 13 hin gerichtet ist und eine hoch¬ frequente Schwingung in den Reifendrucküberwacher 13 eingekoppelt, sobald dieser bei jeder Umdrehung des Fahrzeugrades 10 an ihm vor¬ beiläuft. Der Aufnehmer 15 ist gemeinsam mit den Aufnehmern der übrigen Fahrzeugräder an einer Auswerteschaltung 16 mit einer daran angeschlossenen Warnanzeige 17 verbunden, die bei zu geringem Luft¬ druck in einem der Reifen ein Warnsignal abgibt.

Der Aufbau des Rei endrucküberwachers 13 ist in Figur 2 dargestellt. Er besteht aus einem Gehäuse 18 aus Isolierstoff, das mit einem Gewindeansatz 19 in die Gewindebohrung 14 der Radfelge 12 einzu-

schrauben ist. Das Gehäuse 18 ist nach vorn zum Reifen 11 hin offen. In dem Gehäuse 18 ist eine Referenzdruckkammer 20 aus Stahl form¬ schlüssig eingesetzt, die zum Reifen hin durch eine elektrisch lei¬ tende Membran 21 aus Edelstahl abgeschlossen ist. In der Mitte der Referenzdruckkammer 20 ist ein Kontaktstift 22 mit einer Glasdurch¬ führung 23 druckdicht und elektrisch isoliert im Boden der Referenz¬ druckkammer 20 befestigt. An seinem vorderen Ende trägt er eine auf¬ geschweißte Kontaktkugel 24, vorzugsweise aus Gold. Die Membran 21 ist in ihrem äußeren Bereich druckdicht und spannungsfrei an der Re¬ ferenzdruckkammer 20 durch Laserstrahl festgeschweißt. In dem von der Referenzdruckkammer 20 und der Membran 21 gebildeten Druckraum 25 wird über einen Einfüllkanal 26 Luft oder Stickstoff mit dem er¬ forderlichen Referenzdruck eingefüllt, so daß die Membran 21 erst dann die Kontaktkugel 24 berührt, wenn der von außen auf die Membran 21 wirkende Luftdruck den zu überwachenden Mindestdruck im Reifen des Fahrzeugs, d. h. den sogenannten Schwellwert erreicht. Nach dem Befallen der Referenzdruckkammer 20 wird der Einfüllkanal 26 durch eine darin eingepreßte oder verschweißte Kugel 27 druckdicht ver¬ schlossen. Unterhalb der Referenzdruckkammer 20 ist noch eine Ring¬ spule 28 sowie ein Kondensator 29 im Gehäuse 18 angeordnet, die zu¬ einander in Reihe geschaltet sind und einen Schwingkreis bilden, der über die Membran 21 und den Kontaktstift 22 geöffnet bzw. geschlos¬ sen wird. Zu diesem Zweck ist das freie Ende der Ringspule 28 über die Referenzdruckkammer 20 mit der Membran 21 verbunden und nicht erkennbar das freie Ende des Kondensators 29 mit dem unteren Ende des Kontaktstiftes 22 kontaktiert. Bei ausreichendem Luftdruck ist folglich der Schwingkreis geschlossen, wodurch die vom Signalaufneh¬ mer 15 eingekoppelt Schwingung bedämpft wird. Mit der Auswerteschal¬ tung 16 wird die Bedämpfung bei ausreichendem Luftdruck durch den geschlossenen Schwingkreis bzw. die fehlende Bedämpfung bei zu ge¬ ringem Luftdruck durch den geöffneten Schwingkreis detektiert.

An der Außenseite der Membran 21, die im montierten Zustand des Rei¬ fendrucküberwachers 13 zur Lauffläche des schlauchlosen Reifens parallel liegt, ist eine elastische Zusatzmasse 30 flächig aufge¬ bracht, deren Material einen Elastizitätsmodul hat, welcher erheb¬ lich kleiner als 1/10 des Elastizitätsmoduls der Membran 21 ist. Im Beispielsfall nach Figur 2 ist die Zusatzmasse 30 auf der zum Reifen hin gerichteten Seite der Membran 21 gleichmäßig dick und ganzflä¬ chig aufgetragen. Ihr Material besteht aus einem Silikonkleber, der mit einem Metallpulver gefüllt ist. Zur Erhöhung der Fliehkraftwir¬ kung durch die Zusatzmasse ist vorgesehen, diese aus einem Material mit einem gegenüber der Membran höheren spezifischen Gewicht herzu¬ stellen. Im Beispielsfall besteht das Material der Zusatzmasse 30 aus einem Silikonkleber mit etwa 5 Volumenprozenten Wo1frampulver.

In Figur 3 zeigt die Kennlinie a den Verlauf der Schaltschwelle bei einem Reifendrucküberwacher 13 mit der Zusatzmasse 30 in Abhängig¬ keit von der Fahrgeschwindigkeit. Gegenüber dem Stillstandswert wird hier bei einer Fahrgeschwindigkeit von 260 km/h der Schwellwert des Reifendrucküberwachers 13 um p = 0,5 bar angehoben. Ohne Zusatz¬ masse 30 würde der Schwellwert nach der Kennlinie b durch die Masse der Membran 21 nur unerheblich um etwa 0,1 bar ansteigen. Die Kenn¬ linie c zeigt den Mindestreifendruck, bis zu dem der Reifen unter Vollast zerstört würde. Diese Kennlinie steigt ebenfalls mit der Drehzahl progressiv an und schneidet die Kennlinie b bereits vor dem Erreichen der Höchstgeschwindigkeit. Ohne Zusatzmasse würde folglich der Reifen bei hohen Geschwindigkeiten und bei nicht erhöhtem Luft¬ druck ohne Warnung durch die Reifendrucküberwachungseinrichtung ge¬ schädigt werden. Durch die Zusatzmasse 30 wird nun der Schwellwert von der Kennlinie b auf die Kennlinie a angehoben, so daß die Kenn¬ linie c nicht mehr geschnitten wird. Das hat zur Folge, daß nunmehr ein im unteren Drehzahlbereich ausreichender Reifendruck von bei¬ spielsweise 2,1 bar nur bis zu einer Geschwindigkeit von 130 km/h ausreichend ist. Bei höheren Geschwindigkeiten wird der Schwellwert

des Reifendrucküberwachers 10 gemäß der Kennlinie a durch die Zu¬ satzmasse 30 über den vorhandenen Reifendruck angehoben. Die Membran 21 hebt folglich vom Kontakt 24 ab und es wird ein Warnsignal an der Warnanzeige 17 abgegeben, das dem Fahrer signalisiert, die Fahrzeug¬ geschwindigkeit zu verringern oder den Reifendruck zu erhöhen.

Bei der Berechnung einer gleichmäßig auf die Membranoberseite aufge¬ tragenen mit Wolframpulver gefüllten Silikonschicht als Zusatzmasse wird zunächst der Versteifungsfaktor der Membran in bekannter Weise

2 berechnet. Er ist abhängig vom Elastizitätsmodul E = 200 000 N/mm für Stahl, der Membrandicke und der Querdehnung = 0,3 für Stahl. Mit diesem Versteifungsfaktor K läßt sich nun die Auslenkung der Membranmitte bei einer bestimmten Anhebung des Reifendrucks p bei einem bekannten Membranradius berechnen. Diese Auslenkung muß nun durch die an der Zusatzmasse 30 und der Membran 21 wirksamen Flieh¬ kräfte kompensiert werden, um dadurch gemäß der Kennlinie a in Figur 3 den Schwellwert geschwindigkeitsabhängig um anzuheben. Die gesamte den Fliehkräften ausgesetzte Masse läßt sich in bekannter Weise mit dem Umlaufradius der Membran, der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, dem Membrandurchmesser und dem Versteifungsfaktor bestim¬ men. Von der so ermittelten gesamten Masse wird die von den Abmes-

3 sungen und der Dichte = 7,9 g/cm für Stahl der Membran subtra¬ hiert und man erhält so den benötigten Wert für die Menge der Zu-

3 satzmasse 30. Bei einer Dichte von 3 g/cm für das Material der gleichmäßig verteilt aufgetragenen Zusatzmasse 30 ergibt sich im Beispielsfall eine Dicke von 1,0 mm.

Anstelle der auf der ganzen Membranfläche gleichmäßig aufgetragenen Zusatzmasse 30 kann diese auch in einem Raster gemäß Figur 4 gleich¬ mäßig verteilt auf der Membranoberfläche aufgebracht werden. Auch hier läßt sich die Zusatzmasse 30a in der vorgenannten Weise ermit¬ teln. Zweckmäßigerweise wird dabei die Menge der Zusatzmasse pro Flächeneinheit der Membran ermittelt und in einem rasterförmigen

Flächenmuster vor dem Ausstanzen der Membran auf die Oberseite von Membranblechen aufgedruckt, aufgeklebt oder dergleichen.

Gemäß Figur 5 kann die Zusatzmasse 30b aber auch auf den der Kon¬ taktfläche der Membran 21 abgewandten mittleren Bereich gehäuft auf¬ geklebt sein. Bei gleicher geschwindigkeitsabhängiger Anhebung nach der Kennlinie a aus Figur 3 wird hierbei jedoch eine geringere Menge vom mit Metallpulver gefüllten Silikonkleber als Zusatzmasse 30b be¬ nötigt, da diese nur im mittleren Bereich der Membran angreift und dadurch eine größere Auslenkung der Membran 21 bewirken würde. Bei dieser Anordnung der Zusatzmasse 30b ist zur Ermittlung der flieh¬ kraftabhängigen Auslenkung der Membran noch ein empirisch oder rech¬ nerisch zu ermittelnder Korrekturwert durch die nichtpunktförmige Befestigung der Zusatzmasse in der Membranmitte zu berücksichten.

Bei einem mit Metallpulver gefüllten Silikonkleber mit einem Elasti-

2 zitätsmodul E = 10 N/mm ist jedoch auch hier durch die Elastizi¬ tät der Zusatzmasse 30b keine Versteifung der Membran festzustellen.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Zusatzmasse auf der zur Referenzdruckkammer 20 hin gerichteten Seite der Membran 21, insbesondere ringförmig um den Kontaktstift 22 herum anzubringen, wo sie gegen mechanische Beschädigung, beispielsweise bei der Montage des Reifendrucküberwachers 13 besser geschützt ist. Ebenso kann die Zusatzmasse auf beide Membranseiten verteilt angebracht werden. So kann z.B. für verschiedene Kennlinien eine stets gleiche Zusatzmas¬ senmenge auf der Innenseite und eine Abgleichmenge auf der Außen¬ seite der Membran 21 angebracht werden. Erfindungswesentlich ist bei all diesen gleichwirkenden Lösungen, daß die gesamte Masse der Mem¬ bran 21 zur geschwindigkeitsabhängigen Anhebung des Schaltschwell¬ wertes erhöht wird, ohne Einfluß auf die Steifigkeit und Form der Membran zu nehmen. Besonders geeignet sind hierfür Materialien mit sehr geringem Elastizitätsmodul und hoher Dichte. Durch eine solche Zusatzmasse läßt sich der Fliehkrafteinfluß bei der Schwellwertan-

hebung kostengünstig in einfacher Weise definiert einstellen. Das Massematerial ist so zu wählen, daß ihr Elastizitätsmodul erheblich kleiner als 1/10, vorzugsweise mindestens 1/100 des Elastizitäts¬ modules der Membran 21 ist.