CH715358A2 - Handgriffeinheit für ein Fahrrad, welche mit Hilfe eines thermoelektrischen Generators aus der Körperwärme eines Fahrradfahrers elektrische Energie gewinnt. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Handgriffeinheit für ein Fahrrad, welche durch einen oder mehrere integrierte thermoelektrische Generatoren (33) aus dem Temperaturunterschied zwischen der Hand des Fahrradfahrers und der Handgriffeinheit elektrische Energie gewinnt.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft Fahrradkomponenten, bei welchen mit Hilfe von einem oder mehreren thermoelektrischen Generatoren aus dem Temperaturunterschied zwischen der Körperwärme eines Fahrradfahrers und der Fahrradkomponente bzw. dem daran gebundenen Fahrrad elektrische Energie zurrt Betreiben von elektrischen Verbrauchern, wie eingebetteten Systemen (Hardware zur Überwachungs-Steuerungs- oder Regelfunktion oder eine andere Form der Daten bzw. Signalverarbeitung) und Hardware zur Funk-Kommunikation oder Messung gewonnen wird.

Stand der Technik

[0002] Aus dem Stand der Technik werden Ansteuerungs-, Bedien-, Überwachungs- und Regeleinrichtungen von elektronischen, elektrischen, elektromechanischen oder elektrohydraulischen Komponenten von Fahrräder oder elektronischen und elektrischen Geräten, welche zeitweise oder permanent am Fahrrad angebracht werden können, entweder mit Hilfe von Batterien, Akkumulatoren oder Dynamos betrieben. Die genannten Energiequellen haben gewichtige Nachteile. Durch den Stromverbraucher oder selbst durch die Lagerung der Batterien oder Akkumulatoren werden die Batterien oder Akkumulatoren entleert, liefern nach einer gewissen Zeit nicht mehr genügend elektrischen Strom und müssen ausgetauscht oder aufgeladen werden. Um einen Ausfall des Stromverbrauchers zu verhindern, muss der Ladezustand der Batterie oder des Akkumulators genau überwacht werden. Eventuell muss eine Ersatzbatterie oder Ersatzakkumulator mitgeführt werden. Das Mitführen von Ersatzbatterie oder Ersatzakkumulator kann umständlich sein oder vergessen werden. Ausserdem kann bei sehr niedrige Aussentemperaturen die Batterie oder der Akkumulator unerwartet schnell entladen werden und zu einem Ausfall des Stromverbrauchers führen. Dynamos haben den Nachteil, dass die elektrische Energie immer aus Energie gewonnen wird, welche vom Fahrradfahrer als störend empfunden wird. Zur Gewinnung der elektrischen Energie muss zusätzliche Muskelkraft aufgewendet werden oder eine deutliche Reduktion der Fahrradfahrtgeschwindigkeit in Kauf genommen werden.

[0003] Durch die vermehrte Verwendung von drahtlos kommunizierenden elektronischen, elektrischen, elektromechanischen oder elektrohydraulischen Komponenten von Fahrräder oder elektronischen und elektrischen Geräten, welche zeitweise oder permanent am Fahrrad angebracht werden können, kommen immer mehrere Batterien und/oder Akkumulator und/oder Dynamos zum Einsatz. Die drahtlose Kommunikation hat gegenüber der drahtgebundenen Kommunikation den Vorteil, dass keine Kabel am oder im Rahmen geführt werden müssen, was umständlich oder ästhetisch unschön ist. Der Nachteil der drahtlosen Kommunikation ist, dass mehrere Batterien oder Akkumulatoren bezüglich Ladezustand überwacht werden müssen. Ausserdem kann das Austauschen von Batterien bei gut gedichteten Systemen schwierig und zeitraubend sein.

Darstellung der Erfindung

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörige Fahrradkomponenten zu schaffen, weiche zur Gewinnung der elektrischen Energie den Temperaturunterschied zwischen der Körperwärme eines Fahrradfahrers und der Fahrradkomponente, bzw. dem daran gebundenen Fahrrad nutzen. Dies wird mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren erzielt, welche in, an oder um die Fahrradkomponenten angebracht oder eingearbeitet werden. Die auf diese Weise gewonnene elektrische Energie muss nicht durch zusätzliches Pedalieren aufgebracht werden oder führt nicht zu einer Verlangsamung der Fahrradfahrtgeschwindigkeit. Die Wärmeenergie des Körpers des Fahrradfahrers steht immer zur Verfügung, daher steht die daraus gewonnene elektrische Energie immer zur Verfügung und die Ansteuerungs-, Bedien-, Überwachungs- und Regeleinrichtungen von elektronischen, elektrischen, elektromechanischen oder elektrohydraulischen Komponenten von Fahrräder oder elektronischen und elektrischen Geräten, welche zeitweise oder permanent am Fahrrad angebracht werden können, kann andauernd betrieben werden. Auch sind solche batterie- oder akkumulatorlos betriebenen Fahrradkomponenten einfach in der Wartung und weniger störanfällig, weil keine Batterie gewechselt werden muss und kein Batteriefach abgedichtet bzw. Lademöglichkeit für den Akkumulator geschaffen werden muss. Speziell im Outdoor Bereich ist dies gegenüber von Batterie oder Akkumulator betriebenen Ansteuerungs-, Bedien-, Überwachungs- und Regeleinrichtungen von elektronischen, elektrischen, elektromechanischen oder elektrohydraulischen Komponenten von Fahrräder oder elektronischen und elektrischen Geräten, welche zeitweise oder permanent am Fahrrad angebracht werden können, ein grosser Vorteil, auch weil Batterien öder Akkumulatoren fachgerecht entsorgt werden müssen. Dieser ökologische Vorteil von batterie- und akkumulatorlosen Fahrradkomponenten ist ebenfalls hoch zu Gewichten.

[0005] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung wird die Energie mit einem oder mehreren thermoelektrischen Generatoren erzeugt, welche in, an oder um die Fahrradkomponenten angebracht oder eingearbeitet werden, welche direkt mit dem Fahrradfahrer in Kontakt stehen oder leicht mit einem Körperteil des Fahrradfahrers berührt werden können um die Körperwärme nutzbar zu machen. Die thermoelektrischen Generatoren können somit in viele Komponenten des Fahrrads eingefügt oder angebracht werden. Fahrradkomponenten können zum Beispiel sein: Handgriffeinheiten, Fahrradsattel, Fahrradlenker, Fahrradpedalen, Rahmen oder Vorbau. Dem Fachmann sind noch weitere Komponenten oder Teile des Fahrrades bekannt.

[0006] In einer bevorzugen Variante werden die thermoelektrischen Generatoren an Fahrradkomponenten oder Fahrradteilen angebracht oder eingearbeitet, welche beim Fahren des Fahrrads in direktem und permanentem Kontakt mit dem Körper des Fahrradfahrers stehen. Solche Fahrradkomponenten sind Handgriffeinheit, Sattel und Pedalen.

[0007] Thermoelektrische Generatoren könnten auch in Fahrradzubehörteile wie Kleider oder Schuhe integriert werden.

[0008] In einer besonders bevorzugten Variante werden die thermoelektrischen Generatoren in die Handgriffeinheit eines Fahrrads integriert oder angebracht. Die Hand umfasst die Handgriffeinheit permanent und fest. Die Wärmeübertragung ist daher besonders gut.

[0009] Dem Fachmann ist bekannt, dass die thermoelektrischen Generatoren auch in andere Handgriffeinheiten von Sportgeräten integriert werden können. Solche Handgriffeinheiten können sich zum Beispiel an Skistöcken, Nordic Walking Stöcken, Golfschläger, Tennisschläger oder Badmintonschläger befinden. All jene Sportgeräte, welche mit festem Handgriff umschlossen werden, eignen sich besonders gut zur Energiegewinnung mit thermoelektrischen Generatoren.

[0010] Besonders bevorzugt werden die thermoelektrischen Generatoren in Sportartikel des Outdoor Bereichs angebracht oder eingearbeitet. Im Outdoor Bereich wird die begrenzte Lebensdauer von Batterien oder das Laden von Akkumulatoren als besonders einschränkend wahrgenommen.

[0011] Die erfindungsmässig ausgeführten Fahrradkomponenten lassen sich bevorzugt mit Ansteuerungseinrichtung bzw. Betätigungseinheiten für elektronische, elektrische, elektromechanische oder elektrohydraulische Komponenten von Fahrrädern oder elektronischen und elektrischen Geräten, welche zeitweise oder permanent am Fahrrad angebracht werden können, kombinieren welche in DE 11 2015 001 058 (A5) veröffentlicht und beschrieben sind.

[0012] Die eingesetzten thermoelektrischen Generatoren können planar oder gekrümmt sein. Die Form der thermoelektrischen Generatoren kann jeglicher Natur sein. Es gut die Fläche zwischen Körper bzw. Körperteil, welche in Kontakt mit der Fahrradkomponente bzw. dem thermoelektrischen Generator steht oder stehen wird, zu optimieren, sodass die Wärmeübertragung am grössten ist.

[0013] Bevorzugt werden quadratische oder rechteckige thermoelektrische Generatoren verwendet und um die Energiegewinnung zu erhöhen werden mehrere thermoelektrischen Generatoren in Serie angelegt.

[0014] Gemäss einer ersten bevorzugten Ausgestaltung für eine Handgriffeinheit werden der thermoelektrische Generator oder mehrere thermoelektrische Generatoren auf einer Hülse angebracht, welche auf einen Fahrradlenker geschoben und fixiert wird. Die Hülse kann einen Innendurchmesser von 10 mm bis 50 mm haben. Bevorzugt werden Hülsen mit einem Innendurchmesser von 20 mm bis 35 mm und besonders bevorzugt werden Hülsen mit einem Innendurchmesser von 22.2 mm bis 22.5 mm verwendet. Ebenfalls lässt sich in oder an der Hülse eine Leiterplatte platzieren, welche einen Booster, ein Energiemanagementsystem, elektrische Verbraucher (z.B. CPU, Messsysteme, Funk-Kommunikationseinheit), Akkumulator oder Superkondensator und eine Antenne beinhalten können. Ausserdem kann die Leiterplatte Näherungsschalter enthalten, welche durch betätigen eines Betätigungselement ein der Betätigung repräsentierendes elektrisches Signal ermöglichen. Die Hülse ist bevorzugt mit einem wärmeleitfähigen Gummi ummantelt.

[0015] Gemäss einer ersten Variante der ersten Ausgestaltung kann die Leiterplatte auch in einem Hohlraum am Lenkerende platziert werden um geschützt zu sein und eine möglichst ergonomische Ausformung der Handgriffeinheit zu ermöglichen. Die Kabel werden dann entlang der Hülse zur Leiterplatte geführt.

[0016] Gemäss einer zweiten Variante der ersten Ausgestaltung kann die mit Näherungsschalter bestückte Leiterplatte auch in der manuell bedienbaren Betätigungseinheit platziert sein, welche ein der Betätigung repräsentierendes elektrisches Signal ermöglicht.

[0017] Die erste bevorzugte Ausgestaltung für die Handgriffeinheit, welche an oder in einem Fahrradlenker angebracht werden kann, richtet sich an Fahrradlenker mit einem meist runden Aussendurchmesser und einem am Ende des Fahrradlenkers befindlichen geraden Teilstücks von 10 mm bis 150 mm. Solche Fahrradlenker werden meist an Citybikes, Mountainbikes Fitnessbik.es, Commuterbikes, Urbanbikes, Triathlonbikes oder Fahrräder des Alltags verbaut. Mit Fahrradlenker soll in dieser Kategorie von Lenkertyp auch Lenkeradapter oder Lenkeraufsätze erfasst werden, welche auf den eigentlichen Fahrradlenker aufgeschraubt oder angeklemmt werden, zur Vermehrung der Griffmöglichkeiten oder zur Ermöglichung spezieller Positionen.

[0018] Gemäss einer zweiten Ausgestaltung für die Handgriffeinheit können die thermoelektrischen Generatoren auch direkt in einem Fahrradlenker einlaminiert werden. Bei dieser Ausgestaltung würde die Handgriffeinheit wegfallen oder aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff bestehen.

[0019] Gemäss einer dritten Ausgestaltung für die Handgriffeinheit können ein oder mehrere thermoelektrische Generatoren auch in eine Handgriffeinheit integriert oder angebracht werden, welche anschliessend an ein gekrümmtes Teilstück, einen Bogen, eines Lenkers angeschraubt oder angeklemmt werden. Solche Lenker mit einem Bogen werden oft als Rennradlenker bezeichnet und auch an Rennräder verbaut.

[0020] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden die thermoelektrischen Generatoren auch in die Satteldecke oder Sattelgestelle von Fahrradsätteln integriert oder angebracht.

[0021] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0022] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigt: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Darstellung eines Lenkers mit zwei Handgriffeinheiten und zwei Betätigungselementen; <tb>Fig. 2<SEP>eine schematische Darstellung einer Handgriffeinheit mit Betätigungselement; <tb>Fig. 3<SEP>Teile der Handgriffeinheit in der Art einer Explosionsdarstellung, bestehend aus hülsenartigem Haltungselement, thermoelektrischen Generatoren und einer auf dem Haltungselement sitzenden Leiterplatte und zusätzlich ein Betätigungselement; <tb>Fig. 4<SEP>eine schematische Schnittdarstellung des hülsenartigen Haltungselements mit zwei thermoelektrischen Generatoren; <tb>Fig. 5<SEP>Teile der Handgriffeinheit in der Art einer Explosionsdarstellung, bestehend aus hülsenartigem Haltungselement, thermoelektrischen Generatoren und einer im Lenkerinnenraum aufzunehmenden Leiterplatte und zusätzlich ein Betätigungselement; <tb>Fig. 6<SEP>eine schematische Darstellung einer Elektronikeinheit.Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0023] Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenkers mit zwei Handgriffeinheiten und zwei Betätigungselementen.

[0024] Bei den zwei Handgriffeinheiten 1 handelt es sich um Handgriffeinheiten wie sie bevorzugt an gerade Lenker 10 montiert werden, welche wiederum an Mountainbikes angebracht werden. Die thermoelektrischen Generatoren befinden sich unter den hülsenartigen Griffgummielementen 11 und sind nicht sichtbar. An den Hangriffeinheiten 1 anschliessend liegen die Betätigungselemente 12. Der Lenker 10 ist durch den Vorbau 14 mit dem Gabelschaft einer Fährradgabel verbunden.

[0025] Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Handgriffeinheit mit Betätigungselement auf der rechten Seite des Lenkers vom Fahrrad fahrenden Fahrer ausgesehen angebracht.

[0026] Die hülsenartige Handgriffeinheit 1 ist mit zwei Klemmringen 25 und 26 am Lenker 10 festgeklemmt. Das hülsenartige Griffgummielement 11 sorgt für einen sicheren Halt der Hände. Das Betätigungselement 12 ist in Umfangsrichtung verschwenkbar und ermöglicht das Signal, welches elektronische, elektrische, elektromechanische oder elektrohydraulische Komponenten von Fahrrädern oder elektronischen und elektrischen Geräten, welche zeitweise oder permanent am Fahrrad angebracht werden können, steuert, regelt, überwacht oder bedient. Am Betätigungselement 12 ist ein Bedienhebel 27 ausgebildet, welcher es dem Daumen erlaubt, das Betätigungselement 12 sicher in einen oberen und unteren Anschlag zu verdrehen. Der Bedienhebel 27 kann auch anders ausgestaltet sein, um eine sichere und bequeme Verdrehung des Betätigungselements 12 zu ermöglichen.

[0027] Die Fig. 3 zeigt Teile der Handgriffeinheit bestehend aus einem hülsenartigen Haltungselement, thermoelektrischen Generatoren, einer auf dem Haltungselement sitzenden Leiterplatte und zusätzlich ein Betätigungselement.

[0028] Das Haltungselement 31 hat einen leicht grösseren Innendurchmesser als der Aussendurchmesser eines Lenkers und kann deshalb auf einen Lenker aufgeschoben werden. Das Haltungselement 31 hat an seinen Enden jeweils zwei Fortsätze, welche passgenau in die Klemmringe 25 und 26 passen. Mit den Schrauben 32 werden die Klemmringe und damit auch das damit verbundene Haltungselement 31 verdrehsicher am Lenker festgeklemmt. Am Haltungselement 31 sind die zwei thermoelektrischen Generatoren 33 angebracht, wobei nur ein thermoelektrischer Generator 33 sichtbar ist. Der zweite thermoelektrische Generator 33 liegt gegenüber. Ebenfalls sind am Haltungselement 31 die Leiterplatte 34 und eine Halterung 35, in welchem zwei Reed Schalter eingebunden sind, angebracht. Die Leiterplatte 34 enthält die Elektronikeinheit mit Energiemanagementsystem, Booster, Funk-Kommunikationsschaltung und Antenne. Die Reed Schalter in der Halterung 35, die Leiterplatte 34 und die thermoelektrischen Generatoren 33 sind miteinander durch elektrische Kabel verbunden. Im Betätigungselement 12 ist ein Sensormagnet 36 angebracht, welcher bei Verdrehung des Betätigungselements 12 den entsprechenden am Anschlagspunkt liegenden Reed Schalter schliesst und damit das Signal gibt. Gegenüber vom Sensormagnet 36 ist ein Haltemagnet 37 im Betätigungselement 12 eingearbeitet, welcher von einem zweiten Haltemagnet 37, welcher im Klemmring 26 eingearbeitet ist, angezogen wird und damit das Betätigungselement 12 in einer Grundstellung fixiert.

[0029] Die Fig. 4 zeigt das Haltungselement mit den thermoelektrischen Generatoren im Querschnitt.

[0030] Der Querschnitt stammt aus der Mitte des Haltungselements 31. Die zwei thermoelektrischen Generatoren 33 sind gegenüber angeordnet und mit dem Haltungselement 31 verbunden.

[0031] Die Fig. 5 zeigt Teile der Handgriffeinheit in der Art einer Explosionsdarstellung bestehend aus dem hülsenartigem Haltungselement, thermoelektrischen Generatoren und einer im Lenkerinnraum aufzunehmende Leiterplatte und zusätzlich ein Betätigungselement.

[0032] Die Fig. 5 ist eine Variante der Ausführungsform beschrieben in der Fig. 4 . Es werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 4 , jeweils um 100 vermehrt, und es werden jeweils nur die Unterschiede gegenüber der vorangehend schon beschriebenen Ausführungsform beschrieben bzw. Besonderheiten erläutert.

[0033] Die Leiterplatte 134 ist nicht mehr mit dem Haltungselement 131 verbunden, sondern mit dem Klemmring 125. Die Leiterplatte 134 hat eine kleinere Breite als der Innendurchmesser eines Lenkers und ist so mit dem Klemmring 125 verbunden, dass sich die Leiterplatte 134 bei aufgeschobenen Klemmring 125 im Lenkerinnenraum befindet. Die Leiterplatte 134 ist via Kabelkanal 160 mit den thermoelektrischen Generatoren 133 und der Halterung 135 bzw. den Reed Schaltern in der Halterung 135 elektrisch verbunden.

[0034] Die Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektronikeinheit.

[0035] Die Elektronikeinheit umfasst ein oder mehrere thermoelektrische Generatoren 233, einen Booster 300, das Energiemanagementsystem 301, Verbraucher 302 und Energiespeicher 303. Der Booster 300 kann unipolar sein und nur positive oder negative Temperaturdifferenzen umwandeln oder bipolar sein und positive und negative Temperaturdifferenzen umwandeln. Verbraucher 302 können sein: CPU plus Messsystem plus Funk-Kommunikationseinheit (oder Kombinationen, welche für ihre Funktion elektrische Energie verbrauchen). In einer besonders bevorzugten Variante für ein Funk-Kommunikationssystem wird Bluetooth Low-Energy verwendet. Es können aber auch andere Funk-Kommunikationssysteme verwendet werden. Ein Prozessor führt die entsprechenden Anwendungen aus. Auf der anderen Seite kann ein Empfänger ein Smartphone oder ein Gateway sein, welches in der Lage ist, die Signale zu empfangen, die von dem eingebetteten System auf dem Fahrrad gesendet werden und die entsprechende Anwendung laufen zu lassen. In einer bevorzugten Variante werden auch Energiespeicher 303 eingesetzt, wobei der Energiespeicher 303 ein Akkumulator 304 oder ein Superkondensator 305 sein kann.

Claims (8)

1. Handgriffeinheit (1) für ein Fahrrad, dadurch gekennzeichnet, dass in der Handgriffeinheit (1) ein thermoelektrischer Generator (33, 133, 233) integriert ist, welcher durch den Temperaturunterschied zwischen der Hand eines Fahrradfahrers und der Handgriffeinheit (1) elektrische Energie gewinnt.

2. Handgriffeinheit (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (33, 133, 233) in einem hülsenartigen Haltungselement (31, 131) integriert ist, welches über ein Lenkerrohr geschoben werden kann, wobei der Innendurchmesser des hülsenartigen Haltungselements (31, 131) zwischen 10 mm bis 50 mm, vorzugsweise zwischen 20 mm bis 35 mm, insbesondere zwischen 22,2 mm bis 22,5 mm ist.

3. Handgriffeinheit (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (33, 133, 233) tangential zum Aussendurchmesser eines Fahrradlenker angeordnet ist, wobei vom Tangentialpunkt eine Strecke zwischen 5 mm bis 25 mm, vorzugsweise zwischen 11 mm bis 15 mm, bis zum Mittelpunkt des Fahrradlenkerrohrs liegt.

4. Handgriffeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (33, 133, 233) parallel zum Fahrradlenker ausgerichtet ist,

5. Handgriffeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Generator (33, 133, 233) in einem Umkreis mit einem Radius von 5 mm bis 30 mm um einen Fahrradlenkerrohr angeordnet ist.

6. Handgriffeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere thermoelektrische Generatoren (33, 133, 233) zur Energiegewinnung eingesetzt werden.

7. Handgriffeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein thermoelektrischer Generator (33, 133, 233) gekrümmt ist.

8. Handgriffeinheit (1) nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (33, 133, 233) kreisförmig ist und einen Innendurchmesser aufweist, welcher grösser ist als der Aussendurchmesser des Fahrradlenkerrohrs und über den Fahrradlenker gestülpt werden kann.