DE10251582A1

DE10251582A1 - Anordnung zur Energieversorgung für Reifensensoren

Info

Publication number: DE10251582A1
Application number: DE10251582A
Authority: DE
Inventors: Maik Dipl.-Ing. Bode; Karl-Ragmar Dr.-Ing. Riemschneider
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-05-19
Also published as: WO2004041559A1; AU2003274517A1

Abstract

Bei einer Anordnung für die elektrische Energieversorgung eines Reifensensors, der sich im Innenraum eines Reifens befindet, ist vorgesehen, dass eine Energiequelle außerhalb des Reifens angeordnet ist und dass das Füllventil des Reifens zur elektrischen Verbindung der Energiequelle mit dem Reifensensor ausgebildet ist. Ein geeignetes Füllventil ist derart ausgebildet, dass elektrische Leiter sich von einem Teil des Füllventils, das zum Inneren des Reifens weist, in einen außerhalb des Inneren des Reifens liegenden Teil des Füllventils erstrecken. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass die Energiequelle - ähnlich dem Aufschrauben einer gewöhnlichen Ventilkappe - leicht austauschbar ist. Auf die sehr hohen Anforderungen an die Energiequelle infolge der bisher schweren Zugänglichkeit im Reifeninneren kann teilweise verzichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Energieversorgung eines Reifensensors, der sich im Innenraum eines Reifens befindet, und ein geeignetes Füllventil.
Viele Bestrebungen sind gegenwärtig darauf gerichtet, Reifensensoren für Kraftfahrzeuge einzuführen oder zu verbessern. Reifensensoren messen unterschiedliche physikalische Größen unmittelbar an der für das Fahrverhalten wichtigen Berührungsstelle zwischen Boden und Fahrzeug. Mit Hilfe dieser Sensoren sind wichtige Informationen über den Zustand des Reifens und über die Fahrdynamik zu erlangen, welche zur Erhöhung der technischen Fahrsicherheit beitragen.

Reifensensoren werden meist im geschützten Inneren des Reifens angeordnet. Dort sind wichtige physikalische Größen – wie Füllungsdruck und Temperatur der Füllung – direkt verfügbar.

Die überwiegende Zahl der Reifensensoren überträgt die ermittelten Werte drahtlos. Benötigt wird dafür und für den Sensorbetrieb elektrische Energie. Die Zufuhr von elektrischer Energie aus dem Bordnetz über gewöhnliche Leitungen ist wegen der Radbewegung nicht verwendbar. Die zunächst naheliegende Lösung, die benötigte Energie durch hochfrequente elektromagnetische Wechselfelder zuzuführen, stößt auf erhebliche technische Probleme. Diese resultieren u.a. aus der gesetzlichen Beschränkung der Sendeleistung, aus der Dreh- und Federbewegung des Rades und aus den abschirmenden Reifen- und Felgenwerkstoffen.

Oftmals wird eine Batterieversorgung des Reifensensors gewählt. Praktisch bestehen im Fahrzeugreifen jedoch sehr ungünstige Umgebungsbedingungen für Batterien. Dort herrschen. Bedingungen mit einem extremen Temperaturbereich und starken Erschütte rungen vor. Es treten dort Tau- und Schwitzwasser und Eisbildung auf. Des Weiteren besteht infolge einer schwer vorhersagbaren Fahrzeugnutzung eine große Variationsbreite der sicherzustellenden Energiemenge.

Wegen des hohen Aufwandes, die Batterien innerhalb des Reifens zu erreichen, bestehen hohe Zuverlässigkeits- und Lebensdauerforderungen. Es sind Forderungen nach bis zu 10 Jahren Betriebsbereitschaft im Reifen ohne Batteriewechsel bekannt geworden.

Falls die Lebensdauerziele über viele Jahre bezüglich der Batterie überhaupt in dem wünschenswerten Umfang erreichbar sind, dann erfordern sie zumindest eine sehr großzügig dimensionierte Batteriekapazität und eine sehr robuste, hochgradig gas- und flüssigkeitsdichte Batteriekonstruktion. Außerdem sind sehr dauerhafte Werkstoffe und wenig korrosive Elektrolyten sowie besonders langzeit- und temperaturstabile elektrochemische Stoffkombinationen notwendig.

Die Forderungen zwingen den Konstrukteur in jedem Fall erhebliche Reservesicherheiten bei der Auslegung und Auswahl der Batterie vorzuhalten. Die nachteiligen Folgen sind hohe Kosten sowie erhöhte Massen im Rad. Ebenfalls ungünstig für den eigentlichen Zweck der Reifenüberwachung ist es, dass oftmals die Sendeleistung und/oder die Kommunikationshäufigkeit des Reifensensors übermäßig eingeschränkt werden muss, nur um die Sensorbatterie in starkem Umfang zu schonen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Energiequelle für einen im Innenraum eines Reifens angeordneten Reifensensor anzugeben, die leicht austauschbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Energiequelle außerhalb des Reifens angeordnet ist und dass das Füllventil des Reifens zur elektrischen Verbindung der Energiequelle mit dem Reifensensor ausgebildet ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Energiequelle in einer am Füllventil aufsteckbaren und/oder aufschraubbaren Baugruppe angeordnet ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn die am Füllventil aufsteckbare und/oder aufschraubbare Baugruppe zugleich eine Kappe bildet, welche die Füllöffnung des Füllventils verschließt. Dabei werden durch die Herstellung der Steck- oder Schraubverbindung elektrische Kontakte von der Kappe – im folgenden auch Batteriekappe genannt – zum Füllventil geschlossen.

Es kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch auch vorgesehen sein, dass sich die Energiequelle in der Radzierkappe befindet und dass elektrische Anschlüsse der Energiequelle am Füllventil aufsteckbar und/oder aufschraubbar sind. Auch andere Anbauorte am Rad sind denkbar.

Die Erfindung lässt den Einsatz verschiedener Energiequellen zu, beispielsweise eine elektrochemische Primärbatterie, einen elektrochemischen Akkumulator oder eine in der Bauform kleine Brennstoffzelle. Letztere kann in vorteilhafter Weise vom Füllgas des Reifens versorgt werden. Dafür sind materialverträgliche Kohlenwasserstoffe verwendbar. Es sind jedoch auch Brennstoffzellen mit eingebauten Feststoffen anwendbar.

Ein für die Erfindung vorteilhaftes Füllventil besteht darin, dass das Füllventil aus elektrisch leitenden und isolierenden Werkstoffen aufgebaut ist und dass zur Leitung des elektrischen Stroms leitende voneinander isolierte Füllventilbaugruppen vorgesehen sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Füllventil zwei elektrisch leitende, konzentrische Hülsen umfasst und dass die Hülsen durch eine Isolierhülse elektrisch getrennt sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die elektrisch leitende Felge einen Teil des elektrischen Stromkreises für die Energieversorgung des Reifensensors bildet.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass der Reifensensor am Füllventil im Reifeninnenraum befestigt ist und dass durch die Befestigung des Reifensensors zu mindestens ein Teil der elektrischen Stromversorgung des Reifensensors erfolgt.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Reifensensor eine weitere Energiequelle enthält, welche zeitweilig die Versorgung des Reifensensors übernimmt. Dies kann beispielsweise dazu benutzt werden, den Reifensensor auch bei einem vorübergehenden Entfernen der Baugruppe in Betrieb zu halten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine Baugruppe, welche die Energiequelle enthält, durch Lösen und Wiederherstellen einer Schraubverbindung oder durch Lösen und Wiederherstellen einer rastenden Steckverbindung auswechselbar ist. In beiden Fällen kann die Baugruppe bezüglich ihrer Größe und des zum Lösen und Wiederherstellen erforderlichen Kraftaufwandes für ein manuelles Auswechseln geeignet sein.

Die Erfindung umfasst ferner verschiedene Weiterbildungen zur Kennzeichnung des Reifens und/oder der Energiequelle. So können beispielsweise bei einer ersten dieser Weiterbildungen Mittel zu einer initialisierenden Datenübertragung zwischen dem Reifensensor und einer Einrichtung am Fahrzeug nach Verbinden der Energiequelle mit dem Reifensensor vorgesehen sein.

Eine andere diesbezügliche Weiterbildung besteht darin, dass Mittel zu einer abschließenden Datenübertragung zwischen dem Reifensensor und einer Einrichtung am Fahrzeug nach Trennen der Energiequelle von dem Reifensensor vorgesehen sind.

In Reifenüberwachungssystemen ist es häufig notwendig, die Anbauposition eines Rades im Rahmen der drahtlosen Kommunikation unterscheiden zu müssen (z.B. vorn oder hinten bzw. rechts oder links). Auch kann es erforderlich sein, die Zugehörigkeit eines bestimmten Rades zum eigenen Fahrzeug kenntlich zu machen. Mit Hilfe von Kennungen (Adressen, Codes, Frequenzparameter u.a.) im Übertragungssignal können Sensoren verschiedener Fahrzeuge oder Sensoren des eigenen Fahrzeuges unterschieden werden.

Dazu kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen sein, dass die initialisierende Datenübertragung die Anbauposition des Reifens an die Einrichtung am Fahrzeug meldet und dort eine Speicherung der Anbauposition des Reifens bewirkt und/oder dass die abschließende Datenübertragung ein Löschen der gespeicherten Anbauposition bewirkt.

Außerdem bietet die Erfindung die Möglichkeit, dass die initialisierende Datenübertragung als Datenaustausch über die Zuordnung eines bestimmten Reifensensors zu einem bestimmten Fahrzeug ausgebildet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Reifensensor zur Übertragung des Zustandes der Energiequelle an eine Einrichtung am Fahrzeug ausgebildet ist. Damit kann dem Fahrer vom Reifen-Überwachungssystem ein Ausfall oder eine stark abfallende Betriebsspannung einer Batteriekappe mitgeteilt werden, der dadurch hinreichend Vorlaufzeit zum Austausch erhält. Der Reifensensor könnte neben der Energieversorgung der Batteriekappe über eine weitere Energiequelle verfügen, welche den Ausfall der Batteriekappe zeitweilig überbrücken kann. Es kommen als Überbrückungsmittel insbesondere Kondensatoren mit großer Kapazität oder kleine Akkumulatoren in Betracht.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass auf einer die Energiequelle enthaltenden Baugruppe ein Herstellzeitpunkt und/oder ein Verfallszeitpunkt und/oder eine Zeitspanne markierende Farbkennung sichtbar ist. Dadurch ist ein rechtzeitiger Austausch der Baugruppe möglich.

Als Diebstahlschutz kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung dienen, dass Mittel vorgesehen sind, welche die Baugruppe bei der Demontage vom Rad irreversibel beschädigen, um eine erneute Benutzung auszuschließen. Dabei sollte die Füllbarkeit des Reifens nicht beeinträchtigt werden. Geeignet sind zum Beispiel vor der Kappe irreversibel verrastende Laschen um den Ventilschaft, deren Abriss eine elektrische Leitung in der Kappe unterbricht oder das Kappengewinde zerstört. Beim Aufschrauben oder Aufstecken könnte ein Kranz von Sperrklinken oder Rasthaken Anwendung finden, der zusammen mit einem passenden Ring mit Rasten oder Rastlöchern nur eine Montagerichtung (Aufschrauben/Aufstecken der Kappe) zulässt, in der anderen Richtung (Abschrauben/Abziehen der Kappe) gezielt die Kappe zerstört und/oder den elektrischen Kontakt irreversibel unterbricht.

In anderer Ausführung der Diebstahlsicherung kann ein Splint nach dem Aufschrauben/Aufstecken aus der Kappe entfernt werden und eine irreversibel rastende Feder bzw. Klinke freigeben. Der Splint kann auch führender Teil des Kappengewindes im Ventilgewinde sein. Nach dem Entfernen des Splintes ist die Kappe nicht mehr abschraubbar oder ohne Kraftaufwand abziehbar. Sie muss im Entfernungsfall zerstört werden. Dieses kann durch kräftigeres Ziehen und Knicken erfolgen oder durch eine vorgestanzte Abreißlasche – ähnlich wie bei Verpackungen – unterstützt werden. Die Kappe soll sich dabei ohne Hilfsmittel abnehmen, aber nicht mehr verwenden lassen.

Ein Diebstahl kann auch dadurch erschwert werden, dass der Reifensensor derart ausgebildet ist, dass ein mit der Demontage der Baugruppe vom Rad verbundener Ausfall der Energieversorgung des Reifensensors eine Fahrzeugalarmanlage auslöst und/oder, dass die Baugruppe mit einem Speicher für eine Kennung versehen ist, dass bei der erstmaligen Benutzung eine zuordnende Kennung zwischen Reifensensor und Baugruppe übermittelt wird und dass die Energieversorgung aus der Baugruppe nur nach Prüfung dieser Kennung erfolgt. Die Kennung wird bei späterer Benutzung geprüft, um anschließend die Versorgung anderer Sensoren, als der anfänglich angemeldeten, auszuschließen.

Kennungen in den Signalen dienen auch dazu, einzelne von mehreren Sensoren zeitlich separierbar anzusprechen, abzufragen oder jeweils getrennt voneinander zur vollen Funktion aufzuwecken. Die Separierbarkeit mit Hilfe von Kennungen ist auch dann wesentlich, wenn ein Überwachungssystem durch eine gemeinsame Antenne und ein Sende- und Empfangssystem mit mehreren Reifensensoren kommuniziert.

Im Zusammenhang mit diesen Kennungen wird häufig vorgesehen, dass im Sensor vorhandene Kennungsdaten vom Fahrzeug registriert werden. Auch möglich ist, dass der Sensor auf eine für ihn gültige Kennung expliziert eingestellt oder auf eine Kennung anfänglich angelernt wird.

Das Registrieren bzw. das anlernende Mitteilen der Kennungen kann mit der erstmaligen und/oder der erneuten Herstellung der Energieversorgung gekoppelt werden.

Dieser Vorgang sollte unmittelbar am Fahrzeug mit montierten Rädern erfolgen. Die externe Batteriekappe lässt dieses Vorgehen zu.

Mit der vorgeschlagenen Lösung ist es möglich, nach einem Reifenwechsel beispielsweise durch ein kurzes An- und Abschrauben der Batteriekappen die Reifensensoren in einer bestimmten Reihenfolge am Fahrzeug anzumelden. Durch die Reihenfolge wird die Anbauposition mitgeteilt.

Auch eine neue oder erneute Mitteilung von Kennungen an den Sensor kann mit dem Aufstecken bzw. Aufschrauben der Batteriekappen verbunden sein. Das Überwachungssystem kann für die Einrichtung gültiger Kennungen den Fahrzeugbenutzer explizit auffordern, jeweils an einem bestimmten Rad eine Batteriekappe neu oder erneut aufzusetzen. Das zeitweilige Entfernen der Batteriekappe kann durch die Unterbrechung und Wiederherstellen der Spannungsversorgung das Ungültigwerden und/oder die Löschung der bisherigen Kennung bewirken, weil diese von einer anderen Anbauposition des Rades stammen kann. Eine solche Unterberechung erfordert beim Radwechsel nur einen kurzen Handgriff.

Wenn bei einem eingelagerten Rad der Sensorbetrieb nicht sinnvoll ist, wird einfach die Batteriekappe entfernt. Sie kann dann durch eine einfache Schutzkappe ohne Batterie ersetzt werden. Als Beispiel zur Anschauung sollen die auf einer Felge montiert bleibenden Winterreifen im Sommer dienen. Vergleichbares gilt für ein im Fahrzeug mitgeführtes, aber ggf. nicht überwachtes Ersatzrad.

Die Batteriekappe kann mehrteilig aufgebaut sein. So kann eine oder mehrere kleine Standardbatterien (z.B. Knopfzellen) in eine Kappe auswechselbar eingelegt werden, die Kappe übernimmt dann die Aufgaben der mechanischen Fixierung, der Kontaktherstellung und des Schutzes vor Wasser und Schmutz.

Die Batteriekappe kann als genormtes Massenprodukt gefertigt werden. Sie kann wegen reduzierter Anforderung wesentlich kostengünstiger hergestellt werden als eine Batterie im Reifen. Sie kann über Autowerkstätten, -händler oder Tankstellen ähnlich wie andere Kraftfahrzeug-Verbrauchsteile (Glühlampen, Schmelzsicherungen) vertrieben werden. Die Batteriekappe kann ohne weitere Anleitung auch von ungeübten Fahrzeugbenutzern selbst montiert werden.

Bei regelmäßigen Fahrzeuginspektionen in Werkstätten kann die Batteriekappe zustandsabhängig oder nach einer bestimmten Nutzungszeit vorsorglich ausgetauscht werden. Im Fall einer erschöpften Energiequelle könnte eine Sonderfunktion des Reifenüberwachungssystems eine Anzeige auslösen, welche den Fahrer zum Ersatz der Baugruppe auffordert. Insofern kann auch auf einen spontanen Ausfall der Batterie schnell reagiert werden.

Die Batteriekappen können mit einer garantierten Verwendungsfrist versehen werden, die als ablesbares Herstellungs- oder Verfallsdatum aufgebracht ist. Es sind auch zyklische Farbkennungen – ähnlich den Plaketten für die Fahrzeug-Hauptuntersuchung oder Abgasprüfung – möglich. Die Batteriekappen können dem Felgendesign optisch angepasst werden.

Die Leitungen oder Ventilteile für die Energiezufuhr zum Sensor können auch für andere Zwecke verwendet werden. Sie können beispielsweise Teile eines Antennensystems bilden.

Vorstellbar wäre das Anlegen einer anderen Betriebsspannung zu Service- oder Kontrollzwecken. So könnte ein Reifenfüll- und Sensorkalibriersystem, das ohnehin an die Füllöffnung des Füllventils angeschlossen wird, den Sensor mittels erhöhter äußerer Versorgungsspannung in einen Abgleichmodus versetzen. Damit verbunden könnte zugleich eine Funktionsprüfung des Sensors erfolgen. Ebenfalls könnten Daten vom oder zum Sensor über das Füllventil als elektrische Signale mit übertragen werden.

Auch eine Füllöffnung in der Batteriekappe selbst kann die Reifenfüllung bei angeschraubter Kappe – durch diese hindurch – erlauben. Eine „Kappe auf der Kappe", d.h. eine weiter ausschließlich verschließende Kappe auf der zusätzlichen Einlassöffnung der Batteriekappe, ist dann sinnvoll. Die Batteriekappe ähnelt dann einer kurzen Ventilverlängerung, wie sie in längerer Form z.B. bei Zwillingsreifen verwendet wird. Jedoch besteht der Zweck nicht (nur) in der Verlängerung der Füllleitung sondern in der Unterbringung der Energiequelle.

In einer anderen Anwendungskonzeption kann ein Ersatz der Kappe bei jeder Füllung vorgesehen werden, der Zugang zum Reifenventil ist ohnehin durch die Anwendung des Sensors nur selten nötig. Die vormals regelmäßige manuelle Kontrolle des Druckes am Füllventil obliegt dann dem Sensorsystem. Unabhängig davon kann die plötzliche Unterbrechung der Versorgung des Reifensensors eine geschärfte Auto-Alarmanlage auslösen.

Die Batteriekappen können anstelle gewöhnlicher Batterien auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise als Batterien von Funk-Autoschlüsseln. Das die Energie durchleitende Füllventil kann passend zum Reifensensor konstruiert sein. Sensor und Füllventil können auch zu einer gemeinsamen Baugruppe verschmelzen. Die Kombination von Sensor und Füllventil beschreibt das deutsche Patent DE 43 03 583 C2 (Achterholt). Dort wird jedoch im Gegensatz zur hier vorgeschlagenen Lösung die Energiequelle in den Sensor und in das Reifeninnere angeordnet. Ein einfacher Austausch der Energiequelle ist in dieser Schrift nicht vorgesehen.

Die vorgeschlagene Lösung ist weiterhin nicht vergleichbar mit einer Ventilkappe nach DE 43 03 591 C2 (ebenfalls Achterholt). Dort wird der Reifendruck von der Kappe außerhalb des Reifens gemessen. Das Füllventil leitet keine elektrische Energie durch, ein innerer Sensor ist nicht vorhanden. Die in der Schrift erläuterte Ventilkappe ist außerdem weniger geeignet, die Reifen-Innentemperatur zu messen.

Das erfindungsgemäße Füllventil sollte kompatibel zu gewöhnlichen Füllventilen gestaltet werden, sodass keine Änderungen an Luftpumpen, Füllstationen, Radkappen, Radzierblenden und Felgen notwendig werden.

Die Erfindung umfasst ferner ein Füllventil, bei dem elektrische Leiter sich von einem Teil des Füllventils, das zum Inneren des Reifens weist, in einen außerhalb des Reifens liegenden Teil des Füllventils erstrecken. Dabei sind vorzugsweise zwei elektrisch leitende, konzentrische Hülsen vorgesehen, wobei die Hülsen durch eine Isolierhülse elektrisch getrennt sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen dazu:
1: ein Ausführungsbeispiel,
2: ein Ausführungsbeispiel eines Füllventils mit einer Batteriekappe.
3: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Füllventils mit einer Batteriekappe, 4: ein Ausführungsbeispiel mit einer diebstahlgesicherten Batteriekappe.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in schematischer Schnittdarstellung mit einem Teil eines Reifens 1 und einem Teil einer Felge 2. Ein Reifensensor 3 ist im Reifeninneren gemeinsam mit dem Füllventil 5 befestigt. Von dort führt eine elektrische Anschlussleitung 4 in die Sensorbaugruppe 3. Das Füllventil 5 ist durch ein Loch in der Felge 2 geführt. Die Ventilkappe 6 enthält eine kleine zylindrische Batterie 8 zur Energieversorgung des Sensors. Diese Kappe ist auf das Füllventil 5 ohne Hilfsmittel auf steckbar oder aufschraubbar. Dabei werden zwei elektrische Kontakte 7 – hier als Kontaktfedern schematisch dargestellt – zu den Kontaktflächen am Füllventil geschlossen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Stromführung durch Teile des Füllventils und eine Ventilkappe mit Batterie. In der schematischen Schnittdarstellung wurden die für die Lösung relevanten Aspekte hervorgehoben. Die Bauteile, welche die Funktionsweise als Füllventil betreffen, wurden nur angedeutet. Außerdem wurde auf eine vollständig maßstäbliche Darstellung verzichtet.
Im Felgenloch der Felge 9, welche nur ausschnittsweise im Bereich dieses Loches angedeutet ist, befindet sich ein rastender Dichtring 10. Er besteht aus Gummi oder weichem Kunststoff. Der Dichtring 10 ist auf der elektrisch leitenden Außenhülse 11 in einer Verjüngung des Hülsendurchmessers aufgezogen und dichtet den druckgefüllten Reifeninnenraum im Felgenloch gegen das Füllventil ab. Der Dichtring 10 wird mit dem Füllventil von der Felgeninnenseite eingedrückt und rastet durch seine Formgebung im Loch.
Die Außenhülse 11 und die Batteriekappe 13 sind durch eine Schraubverbindung 12 mit einander verbunden. Dabei befindet sich das Außengewinde an der Außenhülse 11 und das Innengewinde an der Batteriekappe 13. Die Batteriekappe 13 ist elektrisch leitend und aus Metall hergestellt.
Die Schraubverbindung 12 stellt einen der elektrischen Kontakte zwischen Batteriekappe 13 und Außenhülse 11 des Füllventils her. Um das Eindringen von Wasser in den Bereich der Batterie zu verhindern ist ein Dichtring 14 zwischen Batteriekappe und Füllventil vorgesehen. Er verbleibt in der Kappe und wird aus Gummi oder Weichkunststoff gefertigt. Er wird beim Aufschrauben der Batteriekappe 13 auf die Dichtflächen des Füllventils gedrückt und deformiert. Am Füllventil ist ein Außengewinde 15 zur Aufnahme von herkömmlichen – batterielosen -Ventilkappen vorgesehen. An dieser Stelle ist das Füllventil kompatibel zu herkömmlichen Reifenventilen, um die Benutzung von Füllstationen, Luftpumpen und Druckmessern zu erlauben.
In der Batteriekappe 13 befindet sich die Batterie 16. Sie ist hier in der Bauform einer sog. Knopfzelle dargestellt. Ein Pol der Batterie ist über Kontaktflächen 17 mit der Batteriekappe 13 verbunden. Damit ist eine elektrische Verbindung zur Außenhülse hergestellt. Der andere Pol kontaktiert die Innenhülse 21 direkt. Dieses erfolgt an der Kontaktfläche 18 an der äußeren Stirnseite der Innenhülse 21.
Im inneren Hohlraum der Innenhülse befindet sich ein Ventileinsatz mit herkömmlicher Mechanik 19. Für Automobile hat sich durchgesetzt, dass dieser selbstschließende Ventileinsatz als separate Baugruppe in die Schafthülse – hier Innenhülse – einschraubbar ist. Eine Isolierhülse 20 trennt die leitende Innenhülse 21 von der leitenden Außenhülse 11. Sie kann beispielsweise als außen stärkerer Hohlkegelstumpf geformt werden, so dass eine leichte Keilwirkung zwischen den beiden sie umschließenden Hülsen auftritt. Die Formgebung dieser beiden Hülsen kann diese Wirkung unterstützen. Die Innenhülse 21 und die Isolierhülse 20 können abdichtend von außen eingepresst werden.
Zusätzlich kann eine Spannwirkung von der Innenseite der Felge her eingesetzt werden. Hierzu dient die Spannmutter 24 auf einem Außengewinde 25 der Innenhülse 21. Die Spannmutter 24 wird durch eine Biegesicherung 23 an der inneren Kontaktscheibe 26 gegen Lockerung gesichert. An der Außenhülse wird eine äußere Kontaktscheibe 27 mit eingepresst. Beide Kontaktscheiben sind durch eine Isolierscheibe 22 sicher getrennt. Der Reifensensor ist an der inneren und an der äußeren Kontaktscheibe 26 und 27 angeschlossen.
Beide Scheiben können bereits Bestandteil der Baugruppe des Reifensensors sein und dann andere Formen aufweisen. Die Baugruppe des Reifensensors kann beispielsweise von der Spannmutter 24 gehalten werden. An die Stelle der Spannmutter können nach innen spannende Formteile treten, die eine vergleichbare Aufgabe übernehmen.
In der Kappe lassen sich gewöhnliche Batteriegrößen unterbringen, die den Anforderungen der üblichen Sensorsysteme entsprechen. In zylindrischer Bauform sind das meist 8–18 mm Höhe und 5–21 mm Durchmesser, d.h. 0,5 – 2,5 cm³ Volumen und Batteriemassen zwischen 3–15g. Damit sind Nennkapazitäten von 80 mA – 1200 mAh erreichbar. Spannungen zwischen 1,2V und 3,3V werden von einer Zelle und bis etwa 6V durch Reihenschaltungen geliefert. Dabei kann die Kappenbatterie allgemein mit weit weniger Kapazität als die Batterie für das Reifeninnere optimal ausgelegt sein.
In der Massenherstellung kann der Ventilaufbau gegenüber dem dargestellten weiter optimiert werden. Die konventionellen Füllventile verschiedener Hersteller weisen erhebliche konstruktive Besonderheiten je nach Herstellungsverfahren und Einsatzzweck auf. Von diesen Besonderheiten ist hier bewusst abstrahiert worden, weil sie das Prinzip der Erfindung nicht berühren. Die herkömmlichen Konstruktionsmerkmale der Füllventile können oftmals weiterbestehen, wenn man die jeweilige Ausführung um mit zwei leitenden, konzentrischen Hülsen erweitert.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Füllventils mit einer gegenüber 2 vergrößerten Batterie 16' und einer entsprechend vergrößerten Batteriekappe 13'. Das Volumen der dargestellten Batterie entspricht etwa einer zur Zeit in Serie benutzten Reifensensorbatterie. Wegen der leichten Austauschbarkeit dieser Batterie ist es jedoch möglich, eine kleinere, wie beispielsweise in 2 dargestellt zu verwenden. Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 die Batteriekappe über das Gewinde 12 hinaus verlängert, so dass der Rand der Batteriekappe dichtend – an der umlaufenden Dichtstelle 28 – auf dem entsprechend geformten Rand des Dichtrings 10' aufliegt.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Füllventils mit einer Batteriekappe 13'', die mit einem Diebstahlschutz und Luftkanälen versehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Batteriekappe durch eine umlaufende Rastung 12' und am Umfang verteilte Rastfedern 29 mit dem Füllventil verbunden. Der die Rastfedern aufnehmende Teil der Batteriekappe ist durch in 4 nicht sichtbare Längsschlitze in mehrere Segmente 37 aufgeteilt. Die Montage erfolgt durch Aufstecken auf die Rastung 12' und anschließendes Aufschrauben auf dem Gewinde der Innenhülse 21. Hierzu ist eine leitfähige Buchse 31 mit passendem Innengewinde vorgesehen, sie wird durch einen isolierenden Ring 32 in der Ventilkappe eingepasst gehalten. Die Demontage durch kräftiges Abschrauben und zuletzt ggf. gewaltsames Abziehen der Batteriekappe 13'' möglich, bei der eine Deformation des oberen Teils der Batteriekappe 13'' erfolgt.
Bei der Demontage können die Rastfedern 29 die umlaufende Rastung 12' nicht überwinden, so dass die Rastfedern 29 einen Druck nach außen auf die Segmente 37 ausüben, wodurch diese wiederum an Sollbiegestellen 36 nach außen gebogen werden. Aufgrund der Materialwahl und der Stärke der Sollbiegestellen 36 ist ein Zurückbiegen und eine abermalige Montage nicht möglich.
Die Batteriekappe 13'' weist ferner Luftkanäle 34 auf, die ein Füllen des Reifens mit montierter Batteriekappe erlauben. Die Füllöffnung der Batteriekappe kann mit einer üblichen Verschlusskappe 33 verschlossen werden. Zum Ablassen von Reifenluft kann ein Stempel 35 in der Batteriekappe vorgesehen sein, der die verschiebbar gelagerte Batterie gegen den Stempel der Ventilmechanik drückt. Zur Lagerung der Batterie sind ein Isolierring 38 und eine Kegelfeder 30 vorgesehen. Seitlich der Batterie 16 bilden Kontaktflächen 17 die elektrische Verbindung zur Außenhülse 20 der Kappe. Die Verbindung wird weitergeführt über die Rastfedern 29 zur Außenhülse 11 des Ventils. Alternativ kann anstelle des Isolierringes 38 ein Ring aus Leitgummi verwendet werden, der den Boden der Batterie 16 kontaktiert.

(1): Reifen (Teildarstellung im Schnitt)
(2): Felge (Teildarstellung im Schnitt)
(3): Reifensensor
(4): elektrischer Anschluss zwischen Füllventil und Reifensensor
(5): Füllventil
(6): Batteriekappe
(7): elektrische Kontakte zwischen Batterie und Füllventil
(8): Batterie
(9): Felge (Ausschnittsdarstellung im Bereich des Felgenlochs)
(10): rastender Dichtring zwischen Felge und Füllventil
(10'): Dichtring wie 10, jedoch auch mit Dichtwirkung für die Batteriekappe 13'
(11): Außenhülse, elektrisch leitend
(12): Schraubverbindung zwischen Batteriekappe und Außenhülse
(12'): umlaufende Rastung an der Stelle der Schraubverbindung 12
(13): Batteriekappe, elektrisch leitend
(13'): Batteriekappe wie 13, jedoch in vergrößerter Bauform
(13''): Batteriekappe wie 13, jedoch in Bauform mit Diebstahlschutz und Luftkanälen
(14): Dichtring zwischen Batteriekappe und Füllventil
(15): Außengewinde zur Aufnahme von herkömmlichen Ventilkappen
(16): Batterie
(16'): Batterie wie 16, jedoch mit vergrößerter Kapazität und Bauform
(17): Kontaktfläche zwischen einem Batteriepol und der Batteriekappe
(17'): Kontaktfläche, wie 17 jedoch seitlich der Batterie angeordnet
(18): Kontaktfläche zwischen einem Batteriepol und der Innenhülse des Füllventils
(19): herkömmliche Ventilmechanik
(20): Isolierhülse zwischen Außen- und Innenhülse
(21): Innenhülse, elektrisch leitend
(22): Isolierscheibe zwischen den Kontaktringen
(23): Kontaktring und Sicherung der Spannmutter
(24): Spannmutter an der Innenhülse
(25): Spanngewinde an der Innenhülse
(26): innerer Kontaktring und elektrischer Anschluss zum Reifensensor
(27): äußerer Kontaktring und elektrischer Anschluss zum Reifensensor
(28): Dichtstelle zur Batteriekappe 13' und 13''
(29): Rastfedern
(30): Kegelfeder an Buchse 31 und einem Batteriepol anliegend
(31): leitfähige Buchse mit Innengewinde
(32): isolierender Ring zur Halterung der Buchse 31
(33): Verschlusskappe
(34): Luftkanäle, dargestellt als Verlaufsrichtung der strömenden Luft
(35): verschieblicher Stempel unterhalb der Batterie
(36): Sollbiegestelle
(37): Segmente für Aufnahme der Rastfedern, umlaufend getrennt durch Längs
: schlitze

Claims

Anordnung für die elektrische Energieversorgung eines Reifensensors, der sich im Innenraum eines Reifens befindet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiequelle (8) außerhalb des Reifens (1) angeordnet ist und dass das Füllventil (5) des Reifens (1) zur elektrischen Verbindung der Energiequelle (8) mit dem Reifensensor (3) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (8) in einer am Füllventil (5) aufsteckbaren und/oder aufschraubbaren Baugruppe (6) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Füllventil (5) aufsteckbare und/oder aufschraubbare Baugruppe (6) zugleich eine Kappe (6) bildet, welche die Füllöffnung des Füllventils (5) verschließt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Energiequelle in der Radzierkappe befindet und dass elektrische Anschlüsse der Energiequelle am Füllventil aufsteckbar und/oder aufschraubbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle eine elektrochemische Primärbatterie (8) ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle ein elektrochemischer Akkumulator ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle eine in der Bauform kleine Brennstoffzelle ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle vom Füllgas des Reifens versorgt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllventil (5) aus elektrisch leitenden und isolierenden Werkstoffen aufgebaut ist und dass zur Leitung des elektrischen Stroms leitende voneinander isolierte Ventilbaugruppen (11, 21) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllventil (5) zwei elektrisch leitende, konzentrische Hülsen (11, 21) umfasst und dass die Hülsen (11, 21) durch eine Isolierhülse (20) elektrisch getrennt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Felge einen Teil des elektrischen Stromkreises für die Energieversorgung des Reifensensors bildet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifensensor (3) am Füllventil (5) im Reifeninnenraum befestigt ist und dass durch die Befestigung des Reifensensors (3) zumindestens ein Teil der elektrischen Stromversorgung des Reifensensors (3) erfolgt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifensensor (3) eine weitere Energiequelle enthält, welche zeitweilig die Versorgung des Reifensensors (3) übernimmt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baugruppe (6), welche die Energiequelle (8) enthält, durch Lösen und Wiederherstellen einer Schraubverbindung (15) auswechselbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baugruppe, welche die Energiequelle enthält, durch Lösen und Wiederherstellen einer rastenden Steckverbindung auswechselbar ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zu einer initialisierenden Datenübertragung zwischen dem Reifensensor (3) und einer Einrichtung am Fahrzeug nach Verbinden der Energiequelle (8) mit dem Reifensensor (3) vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zu einer abschließenden Datenübertragung zwischen dem Reifensensor (3) und einer Einrichtung am Fahrzeug nach Trennen und Wiederverbinden der Energiequelle (8) von dem Reifensensor (3) vorgesehen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die initialisierende Datenübertragung die Anbauposition des Reifens (1) an die Einrichtung am Fahrzeug meldet und dort eine Speicherung der Anbauposition des Reifens (1) bewirkt.
Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die abschließende Datenübertragung ein Löschen der gespeicherten Anbauposition bewirkt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die initialisierende Datenübertragung als Datenaustausch über die Zuordnung eines bestimmten Reifensensors (3) zu einem bestimmten Fahrzeug ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifensensor (3) zur Übertragung des Zustandes der Energiequelle (8) an eine Einrichtung am Fahrzeug ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer die Energiequelle (8) enthaltenden Baugruppe (6) ein Herstellzeitpunkt und/oder ein Verfallszeitpunkt und/oder eine Zeitspanne markierende Farbkennung sichtbar ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche die Baugruppe (6) bei der Demontage vom Rad irreversibel beschädigen, um eine erneute Benutzung auszuschließen.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (13'') mindestens einen Luftkanal aufweist, der die Füllöffnung des Füllventils mit einer Füllöffnung der Baugruppe (13'') verbindet.
Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllöffnung der Baugruppe (13'') wie eine genormte Füllöffnung bemessen ist und ein Gewinde für eine Verschlusskappe (33) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Füllöffnung der Baugruppe (13'') ein axial verschiebbarer Stempel angeordnet ist, der mit einem axial verschiebbaren Stempel im Füllventil in Wirkverbindung steht.
Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung über die ebenfalls verschiebbar angeordnete Batterie (16) erfolgt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reifensensor (3) derart ausgebildet ist, dass ein mit der Demontage der Baugruppe (6) vom Rad verbundener Ausfall der Energieversorgung des Reifensensors (3) eine Fahrzeugalarmanlage auslöst.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (6) mit einem Speicher für eine Kennung versehen ist, dass bei der erstmaligen Benutzung eine zuordnende Kennung zwischen Reifensensor (3) und Baugruppe (6) übermittelt wird und dass die Energieversorgung aus der Baugruppe (6) nur nach Prüfung dieser Kennung erfolgt.
Füllventil für eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leiter (11, 21) sich von einem Teil des Füllventils (5), das zum Inneren des Reifens (1) weist, in einen außerhalb des Reifens (1) liegenden Teil des Füllventils (5) erstrecken.
Füllventil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrisch leitende, konzentrische Hülsen (11, 21) vorgesehen sind und dass die Hülsen (11, 21) durch eine Isolierhülse (20) elektrisch getrennt sind. Anordnung.