DE3408905A1 - Reifenluftdruckmessvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Reifenluftdruckmeßvorrichtung mit einem mit dem Rad sich drehenden Drucksensor.

Die Reifenluftdruckmeßvorrichtung der vorgenannten Art ist insbesondere geeignet zum Messen des Luftdrucks bei Flugzeugreifen.

Flugzeugreifen sind sehr hohen Drehzahlen und starken Belastungen ausgesetzt, insbesondere während des Startens und Landens. Der Ausfall eines Reifens ist für den Piloten oder Flugingenieur nicht¹.oder nur selten bemerkbar, insbesondere wenn verschiedene Reifen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Eine übermäßige Belastung,welche zum Ausfall eines Reifens führt, birgt die Gefahr in sich, daß auch andere Reifen ausfallen, was zu ernsten Folgen führen kann. Ein Reifen kann auch ausfallen, in dem er zu stark aufgepumpt wurde oder in dem in ihm ein zu großer Druck infolge einer Erhitzung des Reifens herrscht. Falls ein übermäßig hoher Reifendruck feststellbar ist, ist es möglich, Maßnahmen zu ergreifen, die bewirken, daß der

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Ausfall eines solchen Reifens vermieden wird oder die Wirkung eines solchen Ausfalls vermindert wird.

Die Messung des Reifenluftdrucks bei einem sich drehenden Reifen ist problematisch, da es erforderlich ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem sich drehenden Reifen und dem Flug- oder Fahrzeugkörper herzustellen. Es wurden bereits verschiedene Systeme vorgeschlagen, um dieses Problem zu lösen, beispielsweise unter Verwendung einer elektrischen, induktiven übertragung. Die bekannten Systeme weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Das hohe Gewicht der bekannten Systeme ist nachteilig, insbesondere bei Großflugzeugen, die eine Vielzahl von Reifen aufweisen, deren Druck zu messen ist. Bei dem vorgenannten Einsatzgebiet treten weitere Probleme auf, da die Meßsysteme Vibrationen, hohen kurzzeitigen Beanspruchungen und Zentrifugalkräften widerstehen sollen, ohne daß die Meßgenauigkeit darunter leidet. Weitere bekannte Systeme lassen eine Messung des Luftdrucks nur bei rotierenden Reifen zu, nicht jedoch wenn der Reifen sich nicht dreht. Dies hat den großen Nachteil, daß der Reifendruck vor einer Landung und bei stillstehendem Flugzeug nicht gemessen werden kann.

Einige dieser Schwierigkeiten treten auch bei der Messung des Reifendrucks bei Landfahrzeugen auf.

Es besteht die Aufgabe, die Reifenluftdruckmeßvorrichtung so auszubilden, daß eine Messung in jedem Betriebszustand des Fahrzeugs jederzeitmögl ich i st.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

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Ein Ausflihrungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dieses betrifft eine Reifenluftdruckmeßvorrichtung für Flugzeuge. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Reifen eines

Flugzeugs mit der Reifendruckmeßvorrichtung;

Fig. 2A einen Schnitt durch den Sensor der Reifendruckmeßvorrichtung nachFig. 1;

Fig. 2B eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht des Sensors nach Fig. 2A in Pfeilrichtung II gesehen;

Fig. 3 einen Schnitt durch den bei der Meßvorrichtung verwendeten Empfänger;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Verbindung zwischen dem Sensor und dem Empfänger nach den Fig. 2 und 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer

alternativen AusfUhrungsform des Empfängers und

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer alternativen

AusfUhrungsform der Verbindung nach Fig.

Wie der Fig. 1 entnehmbar ist, ist der Reifen 1 angeordnet auf einer Felge 2, welche Über Lager 4 drehbar auf einer stationären Achse 3 gelagert ist. Die Felge 2 weist eine Bohrung 20 auf, die in Verbindung steht mit dem Reifeninneren und welche Üblicherweise verschlossen ist durch einen schmelzenden Stopfen, wodurch verhindert wird, daß infolge einer überhitzung ein übermäßig hoher

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Reifendruck entsteht. Bei der vorliegenden Druckmeßvorrichtung ist diese Bohrung 20 verschlossen durch einen optischen Drucksensor 21, dessen Aufbau später beschrieben wird, über· eine einzige Glasfaserleitung 23 werden optische Signale dem Sensor 21 zugeführt und weiterhin werden über diese Leitung optische Signale, die vom Sensor erzeugt werden, abgeleitet, wobei die Leitung 23 unter einer Schutzplatte 24 zu einer zentralen Stelle am Ende der Achse 3 verläuft. Das rückseitige Ende 25 der Leitung 23 fluchtet axial mit der Achse 3.

In der Achse 3 angeordnet ist eine stationäre Empfänger-Sendereinheit 30, der von der Glasfaserleitung 23 vom Sensor 21 optische Signale zugeführt werden und welche optische Signale erzeugt, die von der Einheit 30 über die Leitung 23 dem Sensor 21 zugeführt werden, wobei der Aufbau der Einheit 30 in Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist. Der Sender-Empfänger 30 weist eine infrarote Lichtstrahlung erzeugende Diode oder einen Halbleiterlaser 31 und einen Detektor 32 auf. Elektrische Signale zu und vom Emitter und Detektor werden über eine elektronische Einheit 33 innerhalb der Einheit 30 längs externer elektrischer Kabel 40 geleitet, welche innerhalb der Achse 3 zu einer geeigneten Anzeige oder Warneinheit 50 im Flugzeugcockpit verlaufen.

Der Drucksensor 21 wird nachfolgend anhand der Fig. 2A und 2B erläutert. Der Sensor 21 umfasst ein hermetisch verschlossenes zylindrisches Außengehäuse 211, welches an einem Ende einem mit einem Gewinde versehenen Einlaßanschluß 212 aufweist, der in die Bohrung 20 der Felge 2 eingeschraubt wird. Auf diese Weise herrscht

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im Inneren des Gehäuses 211 der gleiche Druck wie im Reifen 1. Innerhalb des Gehäuses 211 ist ein geschlossener zylindrischer Druckbalg 213 angeordnet, welcher gasdicht mit seinem unteren Ende auf einer Grundplatte 214 befestigt ist. Innerhalb des B.algs 213 ist eine Wendelfeder 215 angeordnet, welche den Balg gegen den Druck im Gehäuse 211 zu expandieren , also auseinander zu drücken versucht. Die Feder 215 umgibt axial eine vertikale Stange 216, deren oberes Ende verbunden ist mit dem oberen verschlossenen Ende des Balgs 213. Das untere Ende der Stange erstreckt sich durch eine Axialbohrung 217 in der Grundplatte 214 hindurch. Am unteren Ende trägt die Stange 216 eine Maske 218, welche einen dreiecksförmigen Schlitz 219 aufweist, deren Grundlinie horizontal und am oberen Ende der Maske verläuft, während die Spitze des Dreiecks vertikal darunter auf der Achse der Stange angeordnet ist, wie dies die Fig. 2B zeigt.

Von der Unterseite der Grundplatte 214 stehen zwei Vorsprünge 221 und 222 über, welche beidseits der Bohrung 217 angeordnet sind. Die Maske 218 verläuft quer zu einer die beiden Vorsprünge miteinander verbindenden Linie. Die Unterseiten 223 und 224 jedes Vorsprungs ist eine Spiegeloberfläche, welche um 45° zur Horizontalen geneigt sind, wobei die Ebenen der beiden Spiegeloberflächen rechtwinklig zueinander liegen. Jede Fläche ist mit einer Reflektionsschicht versehen, welche im Vakuum aufgedampft wurde. Eine Abdeckplatte 230 überdeckt die beiden Vorsprünge 221 und 222 unterhalb der Grundplatte 214. Die Abdeckplatte 230 weist zwei rechteckige öffnungen 231 und 232 auf, welche jeweils direkt unterhalb des Zentrums jedes Vorsprunges 221 und 222 angeordnet

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sind. Die Längsachse jeder öffnung verläuft hierbei parallel zur Maske 218. In jede öffnung 231 und 2'32 ist eingesetzt das Ende eines optischen Faserbündels

233 und 234. Längs jeder öffnung sind die Fasern jedes Bündels parallel zueinander ausgerichtet. Der Sensor 21 ist so konstruiert,, daß falls der Faltenbal 213 bricht, die Druckluft nicht aus dem Gehäuse 211 entweichen kann.

Wie insbesondere der Fig. 4 entnehmbar, sind die optischen Faserbündel 233 und 234 Teil der Glasfaserleitung 23. Am rückseitigen Ende 25 des Kabels 23 nahe des Sender-Empfängers 30 ist das Kabel koaxial und von kreisförmigem Querschnitt und weist einen inneren Kern 235 aus optischen Fasern auf, der umgeben ist durch einen äußeren Ring 236 aus optischen Fasern. An einem Punkt P längs der Leitung ist diese aufgeteilt in zwei getrennte Faserbündel 234 und 233 . Das Faserbündel 234 entspricht hierbei dem Kern 235, während das Faserbündel 233 dem äußeren Ring 236 entspricht. Die beiden Bündel 233 und

234 weisen über einen erheblichen Teil ihrer Länge hinweg kreisförmigen Querschnitt auf, wobei am Ende die einzelnen Fasern in einer flachen Reihe 331 und 332 angeordnet sind. Diese flachen Enden sind in die öffnungen 231 und 232 eingesetzt. Die beiden Faserbündel 233 und 234 können auch von ihrem Teilungspunkt P ab flach verlaufen. Das Bündel 234, das eine Verlängerung des inneren Kerns 235 darstellt führt infrarotes Licht dem Sensor 21 zu. über das Bündel 233 dagegen wird die Lichtstrahlung vom Sensor weggeführt, welche zuvor durch die Flächen 223 und 224 reflektiert wurde und durch den Schlitz hindurchging.

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Die Infrarotstrahlung wird dem inneren Kern 235 des Kabels 23 zugeführt vom inneren Kern 300 eines entsprechend aufgebauten Glasfaserkabels 301 des Sender-Empfängers 30 . Dieser innere Kern 300 erstreckt sich bis zum Emitter 31, wobei die optische Kopplung zwischen Kern 300 und Emitter 31 mittels einer Linse erfolgen kann. Der äußere Ring 302 des Kabels 301 ist vom inneren Kern 300 getrennt und verläuft als separates Faserbündel 303 ab dem Teilungspunkt R. Das rückseitige Ende des Bündels 303 erstreckt sich bis zum Detektor 32. Das vorderseitige Ende des Kabels 301 und das rückseitige Ende des Sensorkabels 23 fluchten genau miteinander und sind nahe beieinander angeordnet. Diese Enden sind gegenüber der Umgebung durch eine rotierende Abdichtung 304 feuchtigkeits- und staubdicht abgedichtet. Auf den inneren Kern 300 des Kabels 301 ist eine Mikrolinse 305 angeordnet, welche die Strahlung in den inneren Kern 235 des Sensorkabels 23 fokussiert.

Im Betrieb wird die Infrarotstrahlung vom Emitter 31 des Sender-Empfängers 30 über den inneren Kern 300 des Kabels 301 dem Sensorkabel 23 zugeführt, wobei dieses Kabel 23 diese Strahlung über seinen inneren Kern 235 der Glasfaserreihe 331 in der öffnung 232 des Sensors 21 zuführt. Die von den Glasfaserenden der Reihen 331 ausgehende Strahlung wird durch die geneigte Fläche 224 in Richtung auf den dreiecksförmigen Schlitz 219 in der Maske 218 reflektiert. Der durch den Schlitz 219 hindurchgehende Teil der Strahlung wird durch die geneigte Fläche nach unten reflektiert in Richtung auf die Enden der Glasfaserreihe 232, die in der öffnung 231 angeordnet ist. Änderungen im Reifendruck bewirken, .daß die Stange 216 und damit die Maske 218 vertikal bewegt werden .

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Bei einem Anwachsen des Reifendrucks wird die Maske nach unten bewegt , während bei einer Abnahme des Drucks sich die Maske nach oben bewegt. Wird die Maske 218 bewegt, dann verändert sich der Anteil der Länge der Reihe 331 , der über den Schlitz 219 sichtbar ist. Steigt der Reifendruck an, dann wird ein größerer Teil der Länge der Glasfaserreihe 331 sichtbar.

Eine Änderung des Reifendrucks bewirkt somit eine .Veränderung des Anteils der Strahlung, der durch die Maske 218 hindurchgeht und auf das Glasfaserbündel 233 auftrifft. Diese Strahlung wird dem rückseitigen Ende des Kabels 23 längs des äußeren Faserkranzes 236 zugeführt und von dort dem vorderseitigen Ende des Kabels 301 in der Empfängereinheit 30. Von dort gelangt sie über das Faserbündel 303 auf den Detektor 32. Infolge des koaxialen Aufbaus der Faserbündel 235 und 236 und des identischen Aufbaus der Bündel 300 und 302 ist es möglich, Signale ohne Unterbrechung zwischen der rotierende Felge 2 und der stationären Achse 3 auszutauschen .

Der gewählte Aufbau mit einem dreiecksförmigen Schlitz in der Maske ermöglicht eine Übermittlung der Größe des Reifendrucks. Der Aufbau beschränkt sich also nicht darauf, lediglich ein Warnsignal zu erzeugen, wenn der Reifendruck zu groß oder zu niedrig ist. Da im vorliegenden Fall zur Übermittlung der Signale zwischen dem sich drehenden Rad und seiner stationären Lagerung keine Induktivspulen Anwendung finden, ist die vorliegende Vorrichtung wesentlich leichter als die vorstehend genannte. Dies ist von besonderer Bedeutung bei Flugzeugen mit einer Vielzahl von Rädern,

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von denen jedes eine Reifendruckmeßvorrichtung benötigt Durch die Vermeidung elektromagnetischer Felder werden auch elektrische Interferenzen innerhalb des Systems und zu anderen Systemen vermieden. Es ist jederzeit möglich, das System so stabil aufzubauen, daß es den Vibrationen und Kräften, die bei einem Flugzeug während des Landens und Startens auftreten, widersteht.

Bei dem vorbeschriebenen System sind verschiedene Modifikationen möglich. Der Aufbau des Drucksensors kann anders gewählt werden, ebenso wie dessen optische Abtastung. Beispielsweise ist es jederzeit möglich, einander überlappende Strichmuster zu verwenden, welche Moire-Streifen ergeben, wobei dann die Verschiebung des auf den Druck ansprechenden Teils gemessen wird durch die Veränderung der Moire-Streifen. Die Sender-Empfängereinheit, die auf der Achse angeordnet ist, braucht nicht notwendiger weise über elektrische Leitungen mit dem Gerät 50 verbunden sein. Es ist beispielsweise auch möglich, optische Signale über Glasfaserkabel zu übertragen.

Eine alternative Sender-Empfängereinheit 500 ist in Fig. 5 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in Abänderung desAusführungsbeispiels nach Fig. 3 der Halbleiterlaseremitter 501 direkt vor dem rückseitigen Ende 25 des inneren Kerns 235 des Kabels 23 angeordnet, wodurch der innere Kern 300 in Wegfall kommt. Das Glasfaserkabel 502 der Einheit 500 ist optisch mit dem Detektor 503 und dem äußeren Ring 236 des Kabels 23 gekoppelt . Hierbei ist das vorderseitige Ende des Kabels 502 als Ring um den Emitter 501 angeordnet. Diese Sender-Empfängereinheit 500 weist auch eine Vorrichtung auf, die einen Kode erzeugt, der dem Reifen

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bzw. Rad zugeordnet ist. Dieser Reifenkodeaufnehmer besteht aus einem Emitter 511 und einem Detektor 512, welche in Verbindung mit einer Balkenkodierung 513 verwendet werden, welche auf der Abdeckplatte 24 außerhalb des rückseitigen Endes des Kabels 23 aufgedruckt ist. Wird das Rad in Drehung versetzt, dann werden infolge der Reflektion an der Kodierung 513 Signale erzeugt, die der Identifikation des Rads dienen. Jedem Rad ist hierbei eine andere Kodierung zugeordnet. Auf diese Weise kann auch die Drehzahl eines Rads gemessen werden.

Im vorbeschriebenen Ausf lihrungsbei spiel wird der Druck gemessen durch die Amplitude der dem Detektor zugeführten Strahlung, d.h. in Analogform. Oftmals ist jedoch eine Messung in Digitalform erwünscht. Diese kann auf einfache Weise realisiert werden. Bei einem Digitalsystem werden die einzelnen Fasern im äußeren Ring 236 in der gleichen Reihenfolge angeordnet, wie sie in der Faserreihe 332 angeordnet sind. Bevorzugt weist der äußere rotierende Glasfaserring 236 ein freies Segment 238 ohne Glasfaserenden auf. Dieser Aufbau ist in Fig. 6 gezeigt. Bei einem hohen Druck leiten dann alle Fasern des äußeren Rings Licht. Im äußeren Glasfaserring 302 des Kabels 301 dagegen ist nur eine einzige Glasfaser erforderlich. Alle anderen Glasfasern können dort entfallen. Der digitale Ausgang ergibt sich bei dieser Faser , in dem diese Faser diejenige Anzahl der Fasern erfasst, welche in der Reihe 332 durch den Schlitz 219 hindurch bestrahlt werden. Jede lichtführende Glasfaser im Ring 236 führt dann zu einem Lichtimpuls der einzigen Faser im Ring 302 , wobei dann die Anzahl der Impulse ein Maß für den Reifendruck ist. Dies bedingt allerdings,

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daß sich das Glasfaserkabel 25 gegenüber dem Glasfaserkabel 301 dreht. Wird gewünscht, den Reifendruck auch bei sich nicht drehendem Rad zu messen, dann ist es notwendig, eine gleiche Anzahl von Fasern im äußeren Ring 302 des Kabels 301 vorzusehen wie im äußeren Ring 236 des Kabels 25. In einem solchen Fall ist dann jede Glasfaser des Kabels 301 mit einem eigenen Detektor verbunden, wodurch dann die Ausgänge der verschiedenen Detektoren eine Bestimmung des Reifendrucks möglich machen, durch Bestimmung derjenigen Anzahl von Glasfasern im Bündel 233, die Licht führen, das vom Ende 331 über den Schlitz zum Ende 332 gelangt.

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Claims (10)

1. Rolf Charner

   Patentanwalt

   Rehlingenstraße 8 · Postfach 260

   D-8900 Augsburg 31
   Telefon 0821/36015+36016

   Telex 53 3 275

   Postscheckkonto: München Nr. 1547 89-801 Anm.: Sm ΐ t h s Industries Public Limited Con

   8781/145 Augsburg, den 9. März 1984

   Ansprüche

   (!.ßeifenluftdruckmeßvorrichtung mit einem mit dem Rad sich drehenden Drucksensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21) optische Ausgangssignale , welche vom Reifendruck abhängig sind, erzeugt, die über eine mit dem Reifen sich drehende Lichtleitstrecke (23) einer Stelle zugeführt werden, die im wesentlichen koaxial zum Reifen ist, an dieser Stelle ein stationärer Lichtempfänger (30) angeordnet ist und die Signale des Lichtempfängers (30) einer vom Reifen entfernten Stelle des den Reifen tragenden Fahrzeugs zugeführt werden.
2. 2. Reifenluftdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitstrecke aus einem Glasfaserkabel (23) besteht.
3. 3. Reifenluftdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaserkabel (23) zwei Faserbündel (235, 236) aufweist, welche im Bereich des stationären Lichtempfängers (30) enden, wobei das eine Bündel (235) einen Kern und das andere Bündel

   (236) diesen Kern umgibt, diese Bündel (235, 236) Licht in entgegengesetzter Richtung leiten und ein Lichtsender mit einem der Faserbündel (235, 236) zusammen wirkt, über welches Bündel Licht dem Sensor (21) zugeführt wird.

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4. 4. Reifenluftdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfanger (30) einen Lichtsender aufweist, dessen Licht dem Sensor (21) zugeführt wird, der dieses Licht druckabhängig modifi ziert.
5. 5. Reifenluftdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzei chnet ,daß der Lichtempfänger (30) ein Glasfaserkabel (301) aufweist, dessen Ende mit dem Ende der Lichtleitstrecke (23) fluchtet und daß das Glasfaserkabel (301) die optischen Ausgangssignale der sich drehenden Lichtleitstrecke (23) einem Lichtdetektor (32) zuführt.
6. 6. Reifenluftdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche

   1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der optischen Ausgangssignale vom Sensor (21) sich mit Druckänderungen ändert.
7. 7. Reifenluftdruckmeßvorrichtung.nach einem der Ansprüche

   1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21) eine Anordnung (331) lichtemittierender Elemente aufweist, die an einer Seite einer Maske (218) angeordnet sind welche sich in Abhängigkeit des Reifendrucks bewegt, daß die Lichtleitstrecke (23) an der gegenüberliegenden Seite der Maske angeordnet ist und daß die Bewegung der Maske (218) die Lichtmenge bestimmt, welche von der Anordnung (331) zur Lichtleitstrecke (23) gelangt.
8. 8. Reifenluftdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitstrecke (23) ein Glasfaserkabel ist, dessen einzelne Fasern jeweils mit einem der lichtemittierenden Elemente

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   verbunden sind und daß weitere Fasern des Glasfaserkabels die Lichtstrahlung von den durch die Maske (218) nicht abgedeckten lichtemittierenden Elementen erfassen und dem Lichtempfänger (30) zuführen.
9. 9. Reifenluftdruckmeßvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (21) einen Druckbalg (213) aufwiest, der mit einer Seite mit dem Reifeninneren in Verbindung steht und dessen andere Seite mit der Maske (218) verbunden ist.
10. 10. Reifenluftdruckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet ,daß der Lichtempfänger (30) auch eine Anzeige der Reifendrehzahl liefert.

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