УСТРОЙСТВО КЛАПАНА ДЛЯ КОЛЕСА С ЗАЩИТНЫМ КОЛПАЧКОМ
VALVE STRUCTURE FOR WHEEL WITH PROTECTIVE CAP

Настоящее изобретение относится к устройству клапана для колеса для регулировки действительного значения давления, по меньшей мере, в одной шине колеса транспортного средства по заданному значению давления в шине, с вращающимся совместно с колесом корпусом, содержащим входной разъём, предназначенный для подачи сжатого воздуха, для регулировки действительного значения давления в шине по заданному значению давления в шине, с разъёмом шины, соединённым с внутренним пространством шины и находящимся под действием действительного давления в шине, с выпускным трубопроводом, соединённым с атмосферой посредством его выпускного отверстия для выпуска находящегося во внутреннем пространстве шины воздуха в окружающую среду.
Область применения изобретения распространяется на автотранспортные средства, в частности, автомобили повышенной проходимости. Автотранспортные средства, которые эксплуатируются в совершенно различных дорожных условиях, таких, как шоссейные дороги, бездорожье, песок, или болото, требуют регулировки давления в шинах также во время движения в зависимости от меняющихся условий эксплуатации. При этом устройство применяется для регулировки действительного давления, по меньшей мере, в одной шине колеса оси транспортного средства по актуальному заданному значению давления в шине, в частности, во время движения, включая находящееся со стороны шасси центральное устройство, которое либо регулирует актуальное заданное значение давления в шине во вращающемся вместе с колесом или осью входным разъёмом корпуса пневматического устройства клапана для колеса, относящегося к оси или колесу, для того, чтобы отрегулировать действительное давление в шине по заданному значению давления в шине, либо удаляет воздух из этого входного разъёма, если действительное давление в шине соответствует заданному значению давления в шине.
Дополнительно такое устройство клапана для колеса в некоторых вариантах выполнения имеет, кроме того, выходящий наружу выпускной трубопровод для стравливания давления в шине в качестве дополнительной функции непосредственно на устройстве клапана. Стравливание давления, или выпуск воздуха из внутреннего пространства шины, также можно выполнять, подав управляющее давление на входной разъём. Заданное значение давления в шине в этом случае ниже действительного давления в шине. Воздух можно удалять исключительно через выпускной трубопровод, или дополнительно, или только через другое устройство.
Через открытое снаружи выпускное отверстие выпускного трубопровода, в частности, при движении по неукреплённой грунтовой дороге, а также по болоту или водному пространству с глубиной, например, до двух метров, материалы, такие, как жидкость или частицы, например, галька, пыль или другие материалы, могут попадать через выпускное отверстие в выпускной трубопровод и в находящееся за ним внутреннее пространство клапана и засорять их или повреждать их каким-либо другим образом.
Из документа WO 2013/038107 A1 известно устройство клапана для колеса, в котором выходящий наружу выпускной трубопровод соединён на внутренней стороне с камерой, которая ограничена в результате прилегания корпуса клапана к седлу клапана. При попадании частиц в эту камеру в герметичной установке затрудняется движение корпуса клапана по седлу клапана. Такие частицы могут беспрепятственно попадать через незакрытое выпускное отверстие выпускного трубопровода в камеру, если не обеспечен прямой выпуск воздуха.
Из документа US 2004/0020534 A1 известно устройство клапана для колеса, в котором в расположенной рядом с выпускным трубопроводом камере, помимо клапана с шарообразным или коническим штоком с соответствующим седлом, также имеется прижимная пружина, функция которой также может быть нарушена попавшими частицами, а также, например, попавшей и замёрзшей впоследствии водой. В описанном здесь устройстве также не предусмотрена защита для выпускного клапана, которая срабатывает при превышении давления в шине, т.е. потока воздуха, образовавшегося в результате его выпуска.
Из документа EP 0 511 135 A1 кроме того, известно устройство клапана для колеса, в котором, помимо пружины и штока, содержится также эластичная мембрана в камере, которая граничит с выходящим наружу выпускным трубопроводом. Здесь, помимо вызванного частицами механического воздействия, такого как износ, в частности перфорации, мембраны, следует учитывать также, например, образование слоя льда на мембране из-за попадания жидкости, в результате чего материал мембраны через длительное время также может стать хрупким или ломким.
В связи с этим задача данного изобретения заключается в том, чтобы усовершенствовать устройство клапана для колеса, которое обеспечивает выпуск воздуха во время движения, в отношении его эксплуатационной надёжности, в частности, при движении по бездорожью.
Поставленная задача решена посредством устройства клапана, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения раскрыты предпочтительные варианты выполнения изобретения.
В основе изобретения лежит тот факт, что водонепроницаемый защитный колпачок для выпускного отверстия, герметично закрывающий выпускное отверстие выпускного трубопровода, имеет, по меньшей мере, один пропускающий воздух гидрофобный элемент для удаления воздуха с внешней поверхностью, граничащей с окружающей средой, и с внутренней поверхностью, соединённой потоком с выпускным трубопроводом, для защиты от попадания твёрдых и жидких материалов из окружающей среды.
При этом элемент для удаления воздуха предпочтительно состоит, по меньшей мере, частично из полимера, предпочтительно PTFE (политетрафторэтилена). Пористый материал PTFE обладает такими свойствами, что воздух и другие газы могут относительно беспрепятственно проходить через этот материал, в то время как жидкости, в частности, вода, в зависимости от диаметра пор пористого PTFE, например, уже при толщине материала в миллиметровом диапазоне могут удерживаться при давлении жидкости, например, свыше 1 бар. Статическое давление из-за погружения в воду на глубину, например, в диапазоне возможных двух метров при езде по бездорожью, составляет значительно менее 0,2 бар. Во время удерживания твёрдых, жидких и газообразных материалов пористый PTFE в то же время обычно проявляет, таким образом, в частности, очень хорошие водоотталкивающие свойства в сочетании с высокой пропускной способностью для воздуха. В результате закрывания выпускного отверстия выпускного трубопровода защитным колпачком с пористым PTFE обеспечивается любое движение материала из и, в частности, в выпускном трубопроводе благодаря такому защитному колпачку и, тем самым, благодаря его единственной пропускающей материал детали, которая в свою очередь выполнена таким образом, что твёрдые частицы и жидкости удерживаются, но функция устройства клапана для колеса в значительной степени не нарушается, пока воздух выпускается наружу во время движения.
2
Предпочтительно, чтобы площадь поперечного сечения элемента для удаления воздуха относительно вертикально проходящего потока воздуха составляла от 4 см² до 16 см², более предпочтительно от 6 см² до 14 см², особенно предпочтительно от 8 см² до 12 см². При площади в диапазоне, например, от 8 см² до 12 см через пористый PTFE можно, например, выпустить воздух из шины, имеющей объём 450 литров, с давлением в шине 9 бар, в течение 5 минут до давления ниже 1 бар, а шину, имеющую объём 1.300 литров, с давлением в шине 1,6 бар, выпустить воздух из шины в течение 3 минут до 0,6 бар. Также могут быть предпочтительны другие внутренние поверхности, которые, например, соответствуют размеру шин и /или давлению в шине для данного типоразмера шины.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, по меньшей мере, один элемент для удаления воздуха выполнен в виде шайбы, в частности, в виде круговой шайбы. Поскольку выпускное отверстие выпускного трубопровода обычно имеет в сечении также форму круга, здесь особенно просто, посредством установки элемента для удаления воздуха, герметично установленного непосредственно или, например, через уплотнительное кольцо, уплотнить выпускное отверстие на корпусе, окружающем это выпускное отверстие.
Предпочтительно, для того, чтобы предотвратить отсоединение от корпуса элемента для удаления воздуха, прежде всего при больших потоках воздуха и, тем самым, при большом значении давления во время стравливания воздуха из шин, предлагается, чтобы защитный колпачок для выпускного отверстия содержал рамку, которая прочно крепится на корпусе и которая обрамляет элемент для удаления воздуха на внутренней стороне, таким образом, со стороны корпуса, по меньшей мере, косвенно, через уплотнительное кольцо или непосредственно на установке. Прочное соединение рамки с корпусом может быть при этом разборным, например, может быть выполнено на винтах, или также неразборным, например, выполненным с помощью сварки, или с помощью клея, или может быть изготовлено из материала, например, методом литья под давлением.
Для усовершенствования изобретения предусматривается, что в защитном колпачке для выпускного отверстия вставлена или интегрирована решётка, которая фиксируется посредством защитного колпачка для выпускного отверстия, по меньшей мере, от силового воздействия воздуха, выходящего из выпускного трубопровода, и прилегает к элементу для удаления воздуха по поверхности, так что вызванные большим значением давления деформации элемента для удаления воздуха предупреждаются посредством опирающего действия на решётку. Решётка может быть выполнена, например, в виде единого целого вместе с рамкой или, например, отдельно прилегать к ней.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения предусматривается, что элемент для удаления воздуха выполнен в виде цилиндра, в частности, в форме полого кругового цилиндра, и предпочтительно стоит вертикально на выпускном отверстии и закрывает его с помощью края. Такая форма, в частности, например, в отличие от плоской шайбы, обрамлённой по краю, меньше подвержена механическим деформациям в результате того, что изнутри равномерно действует большое давление. В таком варианте выполнения, таким образом, не требуется, если также возможно, создавать дополнительную опору для элемента для удаления воздуха посредством механически стабильного устройства, такого как решётка.
Предпочтительным является то, что защитный колпачок для выпускного отверстия содержит, помимо элемента для удаления воздуха цилиндрической формы, установленную на нём водонепроницаемую крышку, которая герметично уплотняет выпускное отверстие вместе с элементом для удаления воздуха.
Для повышения стабильности и герметичности, кроме того, предлагается вставить элемент для удаления воздуха по обоим аксиальным концам в обрамляющие, соответствующие форме его краёв, элементы, которые, например, могут быть выполнены из выемок с уплотнительными кольцами. Такие обрамляющие элементы могут быть предусмотрены, например, в крышке и непосредственно в корпусе или в рамке, закреплённой на корпусе.
Кроме того, это изобретение улучшается посредством того, что предусмотрено соединительное устройство, которое прочно фиксирует механически крышку на корпусе, так что защитный колпачок для выпускного отверстия может выдерживать большие нагрузки давлением, и не ограничено, например, прочностью на разрыв элемента для удаления воздуха или его крепления.
Согласно упомянутому здесь улучшающему мероприятию, предлагается, чтобы крышка имела выемку, в которую можно устанавливать соединительное устройство, которое, в свою очередь, крепится анкерами в зажимном элементе соединительного устройства на корпусе таким образом, чтобы это соединительное устройство, например, винт с потайной головкой, можно было устанавливать через выемку, например, через конически сужающееся к корпусу отверстие, снаружи в зажимной элемент соединительного устройства, например, в резьбовое отверстие, и можно было крепить анкерными креплениями и также снова отсоединять. При этом преимущественно, если, помимо возможности вмешательства пользователя, снаружи также имелась возможность создавать давление на крышку в направлении корпуса посредством соединительного элемента с регулируемой силой, которая, например, больше, чем направленная от корпуса сила, возникающая при выпуске воздуха с целью повышения стабильности защитного колпачка для выпускного отверстия.
Кроме того, улучшающие изобретение мероприятия представлены далее более подробно вместе с описанием двух предпочтительных примеров выполнения изобретения со ссылкой на чертежи. На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 - схема устройства для регулировки давления в шине во время движения,
фиг. 2 - схематичное поперечное сечение через устройство клапана с элементом для удаления воздуха в форме шайбы, и
фиг. 3 - схематичное поперечное сечение через устройство клапана с элементом для удаления воздуха в форме цилиндра.
На фиг. 1 представлена конструкция устройства, с помощью которого можно регулировать давление в шине 27 транспортного средства даже во время движения, например, чтобы приспособиться к условиям меняющегося бездорожья. Источник сжатого воздуха 25 соединён через пневматический клапан 26 со статичным разъёмом поворотного соединения 28, вращающийся разъём которого соединён с входным разъёмом 3 устройства клапана 1 для колеса. Оно вращается вместе с шиной 27 и соединено с внутренним пространством шины 5 как механически с помощью обода, так и пневматически через разъём шины 5. Кроме того, устройство клапана для колеса 1 имеет выпускной трубопровод 6, который соединяется с окружающей средой 7 через элемент для удаления воздуха 9 для того, чтобы выпускать воздух из шины 27.
Согласно фиг. 2, предложенное в изобретении устройство клапана 1 имеет корпус 2, который установлен на не показанном ободе шины. На входном разъёме 3 посредством источника сжатого воздуха 25 и пневматического клапана 26 предварительно задаётся заданное давление в шине, которое подаётся через разъём шины 5 во внутреннее пространство шины через не показанный здесь механизм 4, который реализуется в уровне техники различным образом. Также через входной разъём 3 подаётся управляющее давление для того, чтобы выпустить воздух из шины 27 через механизм 4. Кроме того, на устройстве клапана для колеса 1 предусмотрен выпускной трубопровод 6 с выпускным отверстием 8, через которое воздух из внутреннего пространства шины может выходить в окружающую среду 7.
Выпускное отверстие 8 этого выпускного трубопровода 6 закрывается элементом для удаления воздуха 9, который изготовлен из пористого PTFE и который прилегает к корпусу 2 через уплотнительный элемент в форме уплотнительного кольца 10. С противоположной от корпуса стороны 2 элемента для удаления воздуха располагается решётка 11, которая в данном примере выполнения прилегает к корпусу 2, отделённому также заподлицо элементом для удаления воздуха 9. Решётка 11 и, тем самым, также элемент для удаления воздуха 9, зажата рамкой 12, которая прочно закреплена на корпусе 2 с помощью обозначенных винтовых соединений 13a, 13b через решётку 11. Конструкция из уплотнительного кольца 10, элемента для удаления воздуха 9, решётки 11, рамки 12 и винтовых соединений 13a, 13b образуют защитный колпачок для выпускного отверстия 22.
Если теперь из внутреннего пространства шины через разъём шины 5 и выпускной трубопровод 6 удаляется воздух, то этот воздух проходит через элемент для удаления воздуха 9, не деформируя его механически, в результате стабилизирующего действия решётки 11. Попадание жидкого или твёрдого материала в выпускной трубопровод 6 эффективно предотвращается с помощью элемента для удаления воздуха 9 в сочетании с уплотнительным кольцом 10. Заменить элемент для удаления воздуха 9 снаружи можно без проблем, отвинтив винтовые соединения 13.
На фиг. 3 показан другой пример выполнения предложенного в изобретении устройства клапана 1 с имеющим аналогичную конструкцию корпусом 2 с входным разъёмом и разъёмом шины 3, 5, а также выпускным трубопроводом 6. Защита внутреннего, не показанного подробно механизма 4 для регулировки действительного давления в шине обеспечивается здесь посредством защитного колпачка для выпускного отверстия 22, содержащего полый цилиндрический элемент для удаления воздуха 9 из пористого PTFE в сочетании с изготовленной, например, из пластмассы или металлического сплава крышкой 14.
Кольцевой край со стороны корпуса полого цилиндрического элемента для удаления воздуха 9 вставлен в обрамляющий элемент 15a, выполненный в корпусе 2, и прилегает к уплотнительному кольцу 16a. Расположенный с противоположной стороны от корпуса край элемента для удаления воздуха 9 вставлен в обрамляющий элемент 15b, выполненный в крышке 14 и прилегает к другому уплотнительному кольцу 16b. Для фиксации крышки 14 также, например, при сильных потоках воздуха из выпускного отверстия 8 выпускного трубопровода 6, крышка 14 фиксируется с помощью соединительного устройства 17 в виде винта с потайной головкой. Такое соединительное устройство 17 ввинчивается в выемку 18, которая выполнена в крышке 14 в виде сужающегося к корпусу 2 конуса, и в зажимной элемент соединительного устройства 19, выполненный в форме штифта 20 с резьбовым отверстием 21, которое неподвижно соединено с корпусом. Дополнительное уплотнительное кольцо 16c между крышкой 14 и зажимным элементом соединительного устройства 19 обеспечивает защиту выпускного отверстия 8 и выпускного трубопровода 6, и, в частности, внутреннего, не показанного подробно механизма 4, от попадания жидкостей или частиц из окружающей среды.
Изобретение не ограничивается приведёнными выше примерами выполнения. Более того, возможны также выполнения, раскрытые далее в пунктах формулы изобретения, в пределах правовой охраны. Таким образом, например, возможно, чтобы рамка в первом примере выполнения, или крышка во втором примере выполнения, была неразборной, например, соединялась с корпусом посредством сварки. Также возможно, чтобы в крышке также имелся, по меньшей мере, один элемент для удаления воздуха с целью увеличения эффективного поперечного сечения для удаления воздуха и, тем самым, сокращения длительности операции выпуска воздуха. Кроме того, вместо соединительного устройства в форме винта также можно использовать соединительное устройство, например, с защёлкой. Также устройство клапана для колеса, в частности, элемент для удаления воздуха, может быть выполнено иначе, чем в виде круговой шайбы или полого цилиндра с круглым поперечным сечением, например, в виде шайбы в форме многоугольника или, например, полого прямоугольного параллелепипеда.