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Dokumentenidentifikation DE19530529A1 20.02.1997
Titel Überwachungsvorrichtung
Anmelder Sander, Peter, 64572 Büttelborn, DE
Erfinder Sander, Peter, 64572 Büttelborn, DE
Vertreter Blumbach, Kramer & Partner, 65193 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 19.08.1995
DE-Aktenzeichen 19530529
Offenlegungstag 20.02.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.02.1997
IPC-Hauptklasse G01L 19/12
IPC additional class // B60C 23/00  
Zusammenfassung Überwachungsvorrichtung für geschlossene Räume, insbesondere Fahrzeugräder. Druck und Temperatur werden elektrisch überwacht, und beim Überschreiten von Grenzwerten wird ein Alarmsignal drahtlos gesendet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsvorrichtung von physikalischen Größen, insbesondere Druck und Temperatur, bei der eine Überwachung der eigenen Stromversorgung stattfindet.

In der Technik besteht die Aufgabe, den Zustand von Gegenständen zu überwachen, beispielsweise um Gefahrensituationen zu vermeiden. Solche Überwachungsvorrichtungen sollen klein gebaut sein, sicher arbeiten und billig herzustellen sein.

Mit der Erfindung wird eine Überwachungsvorrichtung geschaffen, die sich insbesondere für die Überwachung des Druckes und der Temperatur in einem geschlossenen Raum eignet, wie dies zum Beispiel bei einem Fahrzeugrad gegeben ist. Es sind jedoch auch andere Anwendungsfälle möglich, ohne von dem Prinzip in der Erfindung abzuweichen.

Im einzelnen bildet die Überwachungsvorrichtung einen normalerweise geöffneten Stromkreis, der im Ereignisfalle geschlossen wird, wodurch eine Auswerteschaltung anspricht und einen drahtlosen Signalsender in Gang setzt, um ein Alarmsignal oder ein Meßsignal abzugeben. Je nach der Art der verwendeten Meßinstrumente können der Druck und die Temperatur oder auch andere physikalische Größen überwacht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben, die einen Schnitt durch eine eingebaute Überwachungsvorrichtung darstellt.

Die dargestellte Überwachungsvorrichtung ist in den Feigen 40 eines Fahrzeugrades eingeschraubt, und hierzu ist ein Integrationsblock 1 als Teil einer elektrisch leitenden Gehäuseanordnung vorgesehen. Der Integrationsblock kann auch durch die Wand des zu überwachenden Raumes gebildet werden, also durch die Felgenwand mit oder ohne eingeschweißte Wandplatte. Der Integrationsblock 1 weist eine Stufenbohrung mit Gewindeabschnitten 2 und 3 auf, die zur Aufnahme von Einschraubbauteilen 4, 5 und 6 der Gehäuseanordnung dienen. Die Gehäuseanordnung mit den Teilen 1, 4, 5, 6 umschließt einen Raum, in dem unter Zwischenfügung von Isolationskörpern eine Stromversorgungseinrichtung 7 und eine elektrisch leitende Druckmeßdose 8 untergebracht sind. Das Einschraubbauteil 4 ist ein Signalgebergehäuse und beherbergt eine Auswerteschaltung 9 sowie einen drahtlosen Signalsender 10 und besteht vorzugsweise aus Aluminium. Die Auswerteschaltung 9 ist vorzugsweise in Form einer gedruckten Schaltung ausgeführt, deren Substrat aus einer Glasfaser-Epoxi-Platte oder einer Polyimidfolie besteht, die an das Signalgebergehäuse 4 angeklebt ist, so daß von einem Abschnitt aus Aluminium-Glasfaser-Epoxi-Verbundwerkstoff gesprochen oder einem Aluminium-Polyimid-Verbundwerkstoff gesprochen werden kann, um einerseits die Stromleitung und Bauteilkühlung der Schaltung und andererseits die Hochfrequenzabstrahlung des Signalsenders zu gewährleisten.

Das Signalgebergehäuse 4 ist als Schraubdeckel oder hohlgebohrte Schraube gestaltet, in derem Inneren, neben der Auswerteschaltung 9, noch ein hülsenförmiger Isolationskörper 11 und drei Batterien als Stromversorgung 7 untergebracht sind. Der negative Pol des Batteriestapels steht über einem Überbrückungskontakt 12 mit der Auswerteschaltung 9 in Verbindung, während der positive Pol über einen Kontaktstift 13 mit der Druckmeßdose 8 elektrisch verbunden ist.

Die Druckmeßdose 8 ist zwischen zwei Dichtungs- und Isolationsscheiben 14, 15 im Inneren eines Schraubeinsatzes montiert, der durch die Gehäuseteile 5, 6 gebildet wird, wobei das Gehäuseteil 6 entsprechend als Deckel in das Schraubgewinde 3 des Integrationsblockes 1 hineingeschraubt worden ist. Um den Außenumfang der Druckmeßdose 8 erstreckt sich ein Isolator 16, der flüssig oder fest sein kann. Der Schraubeinsatz 5, 6 besitzt eine Zugangs- oder Probenöffnung 17.

Die Druckmeßdose 8 stellt den einen Kontakt 8a eines Schalters dar, dessen anderen Kontakt 6a durch das Gehäuseteil 6 gebildet wird. Beim Fließen eines Stroms über diese Kontakte 8a/6a sowie einen Kontakt 4a am Deckel 4 und die Kontakte 12, 13 spricht die Auswerteschaltung 9 an und der zugeordnete drahtlose Sender 10 gibt ein Alarmsignal ab. Die Druckmeßdose 8 ist im vorliegenden Fall als eine Zylinderkolbeneinheit ausgebildet, die einen Führungszylinder 18, einen Kolben 19 und eine Gegendruckfeder 20 aufweist. Zwischen Führungszylinder 18 und Kolben 19 ist eine Meßdruckkammer 21 gelegen, in der die Feder 20, eine Ventilkugel 22 und eine Dichtungs- und Lagerscheibe 23 untergebracht sind. Der Ventilsitz für die Ventilkugel 22 ist an einer Madenschraube 24 angebracht, die eine Bohrung 25 zur Führung des Kontaktstiftes 13 aufweist und in einem entsprechenden Gewinde des Führungskörpers 18 verschraubbar ist, so daß der Ventilsitz passend eingestellt werden kann. Die Dichtungs- und Lagerscheibe 23 dient auch als Federwiderlager der Feder 20. Der Kolben 19 weist Bohrungen auf, die durch Madenschrauben 26 dichtend verschlossen werden, wobei man durch Verstellung der Madenschrauben 26 zu einer Kalibrierung der Größe der Meßdruckkammer 21 gelangen kann.

Zwischen den Isolationskörpern 11 und 14 sowie der Druckmeßdose 8 und den Gehäuseteilen 1, 4 befindet sich noch eine ringförmige Druckausgleichskammer 28, die über Spalte mit der Bohrung 25 der Madenschraube 24 in Verbindung steht, durch welche der Kontaktstift 13 hindurchreicht, der gleichzeitig der Betätigungsstift der Ventilkugel 22 ist. Eine zwischen Integrationsblock 1 und Signalgebergehäuse geklemmte Dichtung 29 sorgt für Abdichtung nach außen.

Die Dichtungs- und Isolationsscheibe 14 weist eine Aussparung auf, in der ein Temperaturwächter 30 angeordnet ist. Der Temperaturwächter 30 stellt einen Schalter dar, der einerseits an die elektrisch leitende Druckmeßdose 8 und andererseits an das elektrisch leitende Gehäuseteil 5 angeschlossen ist. Bei entsprechender Temperaturerhöhung spricht der Temperaturwächter 30 an und schaltet durch, so daß die Auswerteschaltung 9 beaufschlagt wird und der Signalgeber 10 ein Alarmsignal abstrahlt.

Die Dichtungs- und Isolationsscheibe 14 weist eine weitere Aussparung auf, in welchem ein Spannungswächter 32 untergebracht ist, der ebenfalls einen Schalter darstellt, der einerseits mit der elektrisch leitenden Druckmeßdose 8 und andererseits mit dem Gehäuseteil 5 verbunden ist. Wenn die Spannung an dem Element 32 unter einen bestimmten Wert abfällt, spricht der Spannungswächter 32 an und wird stromleitend, was wiederum von der Auswerteschaltung 9 bemerkt wird, die eine Alarmabgabe veranlaßt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Befestigung der Überwachungsvorrichtung in einer Bohrung 41 der Felge 40, die vorteilhafterweise der Bohrung für das Radventil diametral gegenüberliegt, gesehen von der Radachse. Die Bohrung 41 kann als Stufenbohrung ausgebildet sein, und die Zeichnung zeigt zwei Einbaumöglichkeiten (oben, unten). Der Integrationsblock 1 weist einen Schaft 35 auf, der ein Gewinde 36 trägt und durch die Stufenbohrung 41hindurchgesteckt wird, wie oben in der Zeichnung dargestellt, um auf der Innenseite der Felge 40 mit einer Mutter 43 festgeschraubt zu werden. Wie ersichtlich, weist der Integrationsblock 1 einen Flansch 37 auf, an dessen Innenseite eine ringförmige Rille zur Aufnahme einer Dichtung 44 vorgesehen ist. In gleicher Weise kann die Mutter 43 eine Rille zur Aufnahme einer weiteren Dichtung 45 besitzen.

Statt einer glatten Stufenbohrung 41 kann auch eine mit einem Gewindeabschnitt 46 versehene Stufenbohrung 42 in der Felge 40 vorgesehen sein, wie auf der unteren Hälfte der Zeichnung angedeutet. In diesem Fall schraubt man den mit durchgehendem Gewinde 36 versehenen Schaft 35 des Integrationsblockes 1 in diese Gewindebohrung 46 hinein, wobei man sich eines nicht dargestellten Spezialschlüssels bedienen kann, der in Vertiefungen 38 des Integrationsblockes 1 eingreift, um die Schraubbewegung ausführen zu können. Zusätzlich kann noch die Kontermutter 43 aufgeschraubt werden, wenn man verhindern will, daß die Überwachungsvorrichtung von außen her vom Rad abgeschraubt werden kann.

Statt der dargestellten Schraubbefestigung kommen natürlich auch andere Befestigungsarten in Betracht, die zu einer abgedichteten Verbindung an der Felge führen.

Die Überwachungsvorrichtung wird wie folgt angewendet: Die Überwachungsvorrichtung wird ohne Stromversorgung 7 in einer Felde installiert. Danach wird der Reifen auf die Felge gezogen und das Rad wird mit dem vorgeschriebenen Luftdruck aufgefüllt. Das Signalgebergehäuse 4 stellt zusammen mit den Bauteilen 7, 9, 10 und 11 eine Metallverkapselung dar, die in die Schraubbohrung 2 eingeschraubt wird, bis der Dichtungsring 29 die Verschraubung abdichtet. Dabei stößt der Stift 13 die Ventilkugel 22 von ihrem Sitz, so daß das Ventil öffnet und die Druckausgleichskammer 28 mit der Meßdruckkammer 21 in Verbindung kommt. Dadurch erfolgt momentan eine Druckerniedrigung in der Meßdruckkammer 21, wodurch der Kolben 19 sicher von dem Gehäuseteil 6 abhebt, falls dies nicht bereits vorher, beim Füllen des Reifens geschehen ist. Damit ist der Schaltkreis unterbrochen und die Überwachungsvorrichtung gibt keinen unbeabsichtigten Alarm ab.

Wenn an dem Rad eine Beschädigung auftritt, die zu einem Abfall des Reifenluftdruckes führt, tritt an dem Kolben 19 ein Druckungleichgewicht auf, der dazu führt, daß der Kolben 19 in Anlage an das Gehäuseteil 6 gedrängt wird. Damit wird der Stromkreis geschlossen und die Auswerteschaltung 9 spricht an und löst einen Alarm aus.

Wenn das Radlager oder der Bremszylinder infolge einer Beschädigung (oder aus anderen Gründen) heißläuft, erhöht sich die Temperatur in der Felgenwand 40 und in dem daran angebrachten äußeren Gehäuse 1, 5 der Überwachungsvorrichtung, so daß dies schließlich auch der Temperaturwächter 30 zu spüren bekommt. Dieser spricht bei der vorgesehenen Gefahrentemperatur an und schaltet durch, so daß die an Plus angeschlossene Druckmeßdose 8 elektrisch mit der an Minus angeschlossenen Gehäuseanordnung 1, 4 in Verbindung kommt und der Stromkreislauf geschlossen wird, der die Auswerteschaltung 9 anspringen läßt, so daß Alarm gegeben wird.

Die Überwachungsvorrichtung ist infolge des Spannungswächters 32 in der Lage, eine Grundvoraussetzung ihrer korrekten Funktionsfähigkeit selbst zu überwachen, nämlich beim Absinken der Betriebsspannung unterhalb eines vorgegebenen Wertes Alarm zu geben. Wenn der Spannungswächter 32 einen entsprechenden Abfall der Betriebsspannung feststellt, schaltet er auf durchlässig und der Stromkreis über die Auswerteschaltung 9 wird geschlossen und dadurch Alarm gegeben.

In Abweichung von der dargestellten Ausführungsform kann der Isolationskörper 11 gehäuseartig und in der Bohrung des Signalgebergehäuses 4 verschieblich angeordnet sein, um die Batterien 7 leckfrei verkapselt aufzunehmen. Der Deckel und der Boden dieses Kapselgehäuses weisen integrierte Stromdurchführungsstellen auf, an denen die Kontakte 12, 13 anliegen. Das Kapselgehäuse verhindert die Ausbreitung von Elektrolytflüssigkeit der Zellen 7, wenn diese lecken sollten und damit die Beschädigung des Überwachungsgerätes durch diese häufig aggressive Elektrolytflüssigkeit.

Die Druckmeßdose 8 muß nicht als Kolbenzylindereinheit ausgebildet sein, es kann auch ein geschlossener Metallbalg mit einer Membran als Schaltelement verwendet werden.

Wenn die Druckmeßdose 8 mit ihrem Kontakt 8a sicher vom Kontakt 6a beim Füllen des Reifens abhebt, kann man auch eine vereinfachte Konstruktion der Druckmeßdose ohne die Entlüftung in die Druckausgleichskammer 28 wählen, wodurch die Konstruktion der Überwachungsvorrichtung weiter vereinfacht wird.

Die Überwachungsvorrichtung kann auch in anderer Umgebung als in einem Fahrzeugrad angewendet werden, nämlich wo sich die Kräfteverhältnisse in luftleeren, luft- oder gasgefüllten oder fluidgefüllten Räumen ändern. Damit können Gas-, Öl- sowie andere flüssige Zusammensetzungen überwacht werden, bei denen sich die Druckverhältnisse und/oder die Temperatur verändern mit entsprechenden Rückwirkungen auf die Kräfteverhältnisse. Die Signalauslösung kann bei Erreichen eines maximalen Temperaturpegels erfolgen oder wenn sich der Über- bzw. der Unterdruck in geschlossenen Räumen gegenüber Sollwertvorgaben verändert hat. Es wird darauf hingewiesen, daß die Schalterbetätigung bei der Druckmeßdose auch in umgekehrter Richtung erfolgen kann, wenn beispielsweise zwischen Kolben 19 und Gehäuseteil 6 ein Schalter angeordnet wird, der sich schließt, wenn der Kolben 19(oder eine Membran) sich von dem Gehäuseteil 6 wegbewegt.


Anspruch[de]
  1. 1. Überwachungsvorrichtung von physikalischen Größen, insbesondere Druck und Temperatur, mit folgenden Merkmalen:

    eine Gehäuseanordnung (1-6) ist elektrisch leitend und zur Aufnahme der Überwachungsvorrichtung ausgebildet und weist eine Probenöffnung (17) zu einem zu überwachenden Raum hin auf;

    im Inneren der Gehäuseanordnung (1-6) sind, elektrisch von dieser isoliert, eine Stromversorgungseinrichtung (7) und eine Druckmeßdose (8) untergebracht, die zwischen zwei Kontaktstellen (13, 8a) elektrisch leitend ausgebildet ist;

    die Gehäuseanordnung umfaßt ein Signalgebergehäuse (4), das eine Auswerteschaltung (9) mit drahtlosem Signalsender (10) und die Stromversorgungseinrichtung (7) aufnimmt;

    die Stromversorgungseinrichtung (7) weist zwei Pole auf, von denen der eine Pol elektrisch mit der Druckmeßdose (8) und der andere Pol mit der Auswerteschaltung (9) verbunden sind;

    die Auswerteschaltung (9) spricht auf Stromdurchgang beim Schließen des durch Druckmeßdose und Gehäuseanordnung gebildeten Schalters (6a, 8a) an und betätigt den drahtlosen Signalsender (10).
  2. 2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolation zwischen Gehäuseanordnung (1-6) und Druckmeßdose (8) von einem Temperaturwächterbauteil (30) unterbrochen wird, das beim Erreichen einer voreingegebenen Temperatur auf Stromdurchlaß schaltet, so daß die Auswerteschaltung (9) anspricht.
  3. 3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolation zwischen Gehäuseanordnung (1-6) und Druckmeßdose (8) von einem Spannungswächterbauteil (32) unterbrochen wird, das beim Absinken der anliegenden Spannung unter einen vorgegebenen Wert anspricht und auf Stromdurchlaß schaltet.
  4. 4. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßdose (8) als Zylinderkolbeneinheit ausgebildet ist und eine Gegendruckfeder (20) umfaßt, welche den Kolben (19) in Richtung der einen elektrischen Kontaktstelle (6a) der Gehäuseanordnung (1-6) zu drängen versucht.
  5. 5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkolbeneinheit ein Ventil (13, 22) umfaßt, welches zwischen einer Meßdruckkammer (21) und einer Ausgleichskammer (28) angeordnet ist und einen Ventilbetätigungsstift (13) aufweist, der mit seinem ersten Ende an dem einen Pol (+) der Stromversorgungseinrichtung (7) anliegt und an seinem zweiten Ende das Ventilelement (22) trägt, das einen Kanal (25) zwischen der Meßdruckkammer (21) und der Ausgleichskammer (28) abdichtet bzw. freigibt.
  6. 6. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilelement (22) eine Dichtungs-Lagerscheibe (23) angebracht ist, die in Schließrichtung unter Federdruck steht.
  7. 7. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (19) mit einer Einrichtung (26) zur Kalibrierung der Größe der Meßdruckkammer (21) versehen ist.
  8. 8. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung (7) aus einem Stapel Batterien besteht.
  9. 9. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung (7) ein verschiebbares Kapselgehäuse mit Boden und Deckel umfaßt, die mit Stromdurchführungsstellen versehen sind.
  10. 10. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalgebergehäuse (4) einen Abschnitt aus Verbundwerkstoff enthält, um einerseits die Stromleitung und Bauteilkühlung der Auswerteschaltung (9) und andererseits die Hochfrequenzabstrahlung des Signalsenders (10) zu gewährleisten.
  11. 11. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff aus Aluminium-Fiberglas-Epoxi besteht.
  12. 12. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff aus Aluminium-Polyimid besteht.
  13. 13. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseanordnung als Einschraubbauteil zum Einbau in den zu überwachenden Gegenstand ausgebildet ist.
  14. 14. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseanordnung (1-6) ineinander schraubbare Teile (1, 4, 5, 6) aufweist, die zur Halterung aktiver Teile (7, 8, 30, 32) ausgebildet und angeordnet sind.






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