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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wandelung von Energie eines
sich drehenden Rades und ein Kraftfahrzeugrad mit einer derartigen
Wandelungsvorrichtung.
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Obwohl
auf beliebige Räder
anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde
liegende Problematik in Bezug auf ein Kraftfahrzeugrad näher erläutert.
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Aktive
und passive Sicherheitssysteme im Kraftfahrzeugbereich spielen eine
immer größer werdende
Rolle bei der Fortentwicklung von Fahrzeugen. Die Erwartungen der
Kunden erfordern sowohl Leistungsfähigkeit und Komfort, gerichtet
auf eine zunehmende Sicherheit für
die Fahrzeuginsassen.
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Neben
den passiven und aktiven Sicherheitssystemen, wie Airbag, Aufprallschutz
und Gurtstraffer, gewinnt mehr und mehr die aktive Fahrsicherheit
mit ihren immer größer werdenden
Möglichkeiten
an Bedeutung. Ziel der Entwicklung ist dabei ein Kontrollsystem,
das die momentane Fahrsituation schnell erfasst und sofort in eine
etwaige kritische Lage aktiv eingreifen bzw. dem Fahrer ein entsprechendes
Signal für
eine manuelle Änderung
der Fahrsituation liefern kann.
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Beispielsweise
kann der Reifendruck überwacht
werden, wobei bei kritischen Werten des Reifendrucks das Kontrollsystem
dem Fahrer diesen Mangel anzeigen kann, welcher daraufhin die Möglichkeit
hat, entsprechend zu reagieren. Bei Systemen zur Reifendrucküberwachung
ist es notwendig, Sensoren im Reifeninneren zu integrieren, welche beispielsweise
den Druck, die Temperatur, Beschleunigungen und eventuell weite re
Messgrößen erfassen
und an beispielsweise die fahrzeugfeste zentrale Auswerteeinheit übermitteln.
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Für den sicheren
und auch ökonomischen Betrieb
eines Kraftfahrzeugs ist die Kenntnis bestimmter Kenngrößen der
Reifen von grundlegender Bedeutung. Insbesondere stellt ein platter
oder mit zu wenig Betriebsdruck beaufschlagter Radreifen bei den
Anforderungen an heutige Kraftfahrzeuge ein beachtliches Sicherheitsrisiko
dar. Dabei ermöglichen
es gerade die an und für
sich positiven Notlaufeigenschaften moderner Fahrzeugreifen einem
Kraftfahrzeugführer
nicht mehr ohne weiteres, einen Reifendefekt der vorstehend genannten
Art unmittelbar zu erkennen. So ist eine stabile Fahrt mit einem
platten Radreifen ohne wesentliche Komforteinbußen mit bis zu 80 km/h möglich, ohne
dass der Kraftfahrzeugführer
akustisch oder durch wesentlich geändertes Fahrverhalten auf diesen
Fehlerzustand aufmerksam werden könnte. Bei einer höheren Geschwindigkeit verhält sich
ein derartiger Radreifen dann schlagartig unkontrollierbar.
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Damit
kann sich ein Fahrzeug mit einem platten Radreifen bei einer Fahrt
durch eine Ortschaft zuverlässig
verhalten. Direkt nach der Auffahrt auf eine Autobahn gerät das Fahrzeug
dann jedoch bei höherer
Geschwindigkeit außer
Kontrolle des Fahrers, ohne dass ein Warnhinweis abgegeben worden
wäre.
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Weitere
Störungen
können
auch durch Unwuchten, fehlerhafte Einstellung von Sturz und Spur an
einem Rad oder aber durch Defekte einer internen Radreifenstruktur
auftreten. Auch diese Defekte können
schnell schwerwiegende Schäden
an dem Radreifen hervorrufen, insbesondere sind sie geeignet, das
Fahrzeug in einer Gefahrensituation außer Kontrolle geraten zu lassen,
beispielsweise bei einer Vollbremsung auf einer Autobahn bei hoher
Geschwindigkeit.
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Gemäß dem Stand
der Technik sind reifenmontierte Elektroniken, z.B. zur Überwachung
des Reifendrucks mittels Sensoreinrichtungen, der Fahrbahnbeschaffenheit
oder der Radbeladung in dem Reifen vorgesehen. Die reifenmontierten
Elektroniken benötigen
elektrische Energie zur Ausübung
ihrer Funktionen.
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Alle
Bauteile können
in ein Reifeninformationssystem als Teil eines umfassenderen Fahrerassistenzsystems
einmünden.
Es wird dabei die Entwicklung von zwei grundsätzlich verschiedenen Ansätzen von
Reifeninformationssystemen verfolgt: batteriegestützte und
batterielose Systeme. Aufgrund der extremen Einsatzbedingungen eines Radreifens
hat sich eine Signalübertragung
per Funk bzw. elektromagnetischer Welle gegenüber elektromechanischen Übertragungswegen
generell durchgesetzt.
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Batteriegestützte Systeme
haben den Vorteil, dass die Energieversorgung sowohl für die Messungen
der Reifenparameter, wie z.B. Druck, als auch für eine anschließende Funkübertragung
der Informationen zum Fahrzeug durch eine Batterie erfolgt. Eine
hierzu benötigte
Fahrzeug-Architektur weist einen geringen zusätzlichen Umfang auf: Es genügen vier
Reifenelektroniken und ein zentraler Funkempfänger mit einer anschließenden Signalverarbeitung.
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Die
Nachteile batteriegestützter
Reifeninformationssysteme sind jedoch gravierend: Eine im Innern
eines Radreifens vorgesehene Batterie bildet zusätzlich eine Unwucht, die mit
entsprechendem Aufwand ausgeglichen werden muss. Zudem weisen Radreifen
insbesondere bei Lastkraftwagen sehr hohe Standzeiten auf, d.h.
diese Reifen sind extrem langlebig und dementsprechend lang im Einsatz.
So muss eine Batterie eine extreme Lebensdauer haben, um die gewünschte Funktionalität über die
gesamte Laufzeit sicherstellen zu können. Neben der hohen Lebensdauer
muss eine solche Batterie zudem in einem weiten Temperaturbereich
zuverlässig einsetzbar
sein. Eine Ausgangsspannung herkömmlicher
Batterien würde
zwischen den Werten bei winterlichem Einsatz und denen eines Langzeiteinsatzes bei
hochsommerlichen Außentemperaturen
ganz erheblich schwanken. Diese und weitere Anforderung führen derzeit
zu teuren und entsprechend voluminösen Ausführungsformen.
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Es
sind daher in der Vergangenheit bereits verschiedene batterielose
Systeme vorgeschlagen worden, die auf den folgenden Funktionsprinzipien beruhen:
- a) Die Reifenelektronik wird durch ein elektromagnetisches
Feld mit Energie versorgt, die sowohl zur Messung der Reifenparameter,
als auch zur Informationsübertragung
genutzt wird. In der Regel erfordert dieser Ansatz vier dezentral
angeordnete Antennen, die im Bereich der Radkästen montiert sind, um eine
ausreichende Feldstärke zur
Verfügung
zu stellen. Im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen batteriegestützten Systemen
bedeutet dies einen erheblichen Zusatzaufwand in und an einem jeweiligen
Fahrzeug.
- b) Kinetische Energie, die bei der Bewegung der Reifenelektronik
im Reifen zur Verfügung
steht, wird zum Beispiel mit Hilfe eines Piezogenerators oder mit
Hilfe eines mechanischen Generators zur Versorgung der Elektronik
genutzt, ähnlich
z.B. einer sogenannten Automatikuhr.
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Im
allgemeinen haben batterielose Systeme gegenüber batteriegestützten Systemen
den Vorteil einer quasi unbegrenzten Lebenszeit und einer systembedingten
Wartungsfreiheit. Sie werden daher als Ausgangspunkt einer erfindungsgemäßen Weiterbildung
gewählt.
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Der
Vorteil eines Ansatzes nach b) liegt ferner darin, dass im Betrieb
stets genügend
viel Energie und damit Sendeleistung zur Verfügung gestellt wird, um die
Reifeninformationen zu einem zentralen Empfänger zu senden. Damit reicht
ein zentraler Funkempfänger
in einem Fahrzeug aus, wie dies auch bei den batteriegestützten Systemen
der Fall ist.
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Im
Stand der Technik findet sich speziell der Ansatz eines batterielosen
Konzeptes, wobei die notwendige elektrische Energie berührungslos übertragen
oder mittels eines Wandlerelementes für eine Umwandlung von mechanischer
Energie in elektrische Energie generiert. Diese Energie wird batterielos
u.a. aus der Wandelung mechanischer Verformungsenergie des Reifens
aus der Balkarbeit, den Vibrationen, den Reifenschwingungen, oder
dergleichen in elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden. Als Wandelungselemente
werden beispielsweise piezoelektrische Elemente verwendet, wie oben
bereits erläutert.
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Zur
Energieversorgung der rad- oder reifenbasierten Elektronik können auch
Wandlerelemente eingesetzt werden, welche auf einem mechanischen Schwingkreis
basierend mechanische Energie in elektrische Energie, beispielsweise
elektrische Ladungstrennung, umwandeln. Dabei weisen derartige Wandlerelemente
eine durch ihre Bauart bestimmte, feste Resonanzfrequenz auf.
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An
diesem Ansatz gemäß dem Stand
der Technik hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass mechanische Schwingungen in einem Rad bzw. einem Reifen selten
periodisch auftreten. In der Regel handelt es sich um statistische
einzelne Schwingungsereignisse mit einem entsprechend breitbandigen
Frequenzspektrum. Wegen der Breite des Spektrums ist eine effiziente
Energieausnutzung daher nicht realisierbar.
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Dieses
Problem wird im Stand der Technik dadurch gelöst, dass die Schwingungsenergie
eines Schwingungskörpers
aufgrund der Gravitation relativ zu einer rad- oder reifenmontierten
Elektronik während
des Abrollens des Rades umgewandelt wird.
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Nachteilig
an diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache herausgestellt, dass
sich mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit die Raddrehzahl und
somit die Frequenz der Gravitationsschwingung erhöht. Somit
kann durch ein Wandlerelement mit einer festen Resonanzfrequenz
gemäß dem Stand
der Technik bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten keine
optimale Energieumwandlung erfolgen, da sich die Schwingungsfrequenzen
in einem breiten Spektrum um die Resonanzfrequenz des Wandlerelements
herum befinden.
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Die
Druckschrift U.S. 5,741,966 beschreibt ein Verfahren und ein System
zur Aufzeichnung eines Parameters eines Kraftfahrzeugrades. Das
System umfasst eine Sensoreinrichtung, welche in dem Reifen angeordnet
ist, um ein den Parameter des Rads kennzeichnendes Signal zu erzeugen
und an eine Auswerteeinheit zu übersenden.
Die dafür
notwendige elektrische Energie wird mittels eines Energiewandlers
erzeugt, welcher allerdings eine feste Resonanzfrequenz aufweist.
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Somit
ist an diesem Ansatz die Tatsache nachteilig, dass das angebotene
Energiespektrum in einem mehr oder weniger schmalbandigen Bereich um
diese feste Resonanzfrequenz des Wandlerelements genutzt wird. Dabei
steigt mit der Dämpfung die
Breite des nutzbaren Bereiches an. Der Wirkungsgrad der Energieumwandlung
allerdings sinkt mit der Dämpfung
dagegen ab. Da für
eine Anwendung ein bestimmter Dämpfungsgrad
fest eingestellt wird, ist das System nicht an unterschiedliche
Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. Raddrehzahlen einstellbar.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Wandelung von Energie eines sich dre henden Rades zu schaffen,
mittels der ein besserer Wirkungsgrad bei der Umwandlung von mechanischer
Schwingungsenergie in elektrische Energie bei Drehung eines Rades mit
unterschiedlichen Raddrehzahlen erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie durch das Kraftfahrzeugrad mit den Merkmalen des Anspruchs 14
gelöst.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
dass die Wandelungsvorrichtung ein auf einem mechanischen Schwingkreis basierendes
Wandlerelement für
eine Wandelung der mechanischen Gravitationsenergie des sich drehenden
Rades in elektrische Energie aufweist, wobei die Resonanzfrequenz
des Wandlerelements veränderbar
ist. Ferner weist die Vorrichtung eine Einstelleinrichtung auf,
welche automatisch die Resonanzfrequenz des Wandlerelementes in
Abhängigkeit
der Raddrehzahl des Rades geeignet einstellt.
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Damit
weist die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik den
Vorteil auf, dass eine automatische Abstimmung der Resonanzfrequenz
des Wandlerelementes auf die Frequenz der Raddrehzahl bzw. der Gravitationsschwingung
gewährleistet
wird. Dadurch wird ein hoher Grad der Energieumwandlung erreicht
und eine effiziente Ausnutzung der bereitgestellten Energien geschaffen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der weiteren Unteransprüche
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung weist das Wandlerelement einen Schwingbalken
auf, an dessen freien, ersten Ende eine Schwungmasse angeordnet
ist. Vorzugsweise ist der Schwingbalken mit seinem dem ersten Ende
gegenüberliegenden zweiten
Ende in einer Führungseinrichtung
gleitend verschiebbar gelagert. Vorteilhaft ist eine Rückstelleinrich tung,
beispielsweise eine Rückstellfeder,
mit der Führungseinrichtung
und dem zweiten Ende des Schwingbalkens für eine Verschiebung desselben
relativ zur Führungseinrichtung
gekoppelt. Somit kann eine Fliehkraftmasse, auf welche die Zentrifugalkraft bei
Drehung des Rades wirkt, durch eine Kraftumlenkung, beispielsweise
mittels einer Umlenkrolle und eines Zugseils, eine Kraft auf den
Schwingbalken für eine
Veränderung
der freien Länge
des freien, ersten Endes des Schwingbalkens ausüben. Somit wird automatisch
bei einer erhöhten
Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. bei einer erhöhten Raddrehzahl aufgrund der
größeren Zentrifugalkraft
eine erhöhte
Kraft auf die Fliehkraftmasse ausgeübt, wodurch der Schwingbalken
durch diese vergrößerte Kraft
weiter in die Führungseinrichtung
derart gezogen wird, dass die Länge
des freien, ersten Endes des Schwingbalkens für eine geeignete automatische
Einstellung der Resonanzfrequenz des Wandlerelementes verkürzt wird.
Bei einer Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Raddrehzahl
gilt das oben Gesagte analog in umgekehrter Weise. Der Schwingbalken
befindet sich vorzugsweise in einem dynamischen Gleichgewicht zwischen
der rückstellenden
Kraft der Rückstelleinrichtung
und der auslenkenden Zentrifugalkraft der Fliehkraftmasse.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist das Wandlerelement einen Schwingbalken auf, welcher an einem
ersten Ende fest gelagert ist und welcher an dem gegenüberliegenden
zweiten Ende mit einer Fliehkraftmasse derart gekoppelt ist, dass
eine Erhöhung
der Zentrifugalkraft bei erhöhter
Raddrehzahl eine erhöhte
axiale Vorspannung des Schwingbalkens für eine automatische geeignete
Einstellung der Resonanzfrequenz des Schwingbalken bewirkt, und
umgekehrt. Auf die Fliehkraftmasse wirkt vorzugsweise die Zentrifugalkraft
bei Drehung des Rades, wobei die Fliehkraftmasse durch Kraftumlenkung,
beispielsweise mittels einer Umlenkrolle und eines Zugseils, eine
Kraft auf den Schwingbalken für
eine Veränderung
der Vorspannung des Schwingbalkens ausübt.
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Vorzugsweise
ist die Vorrichtung am Grund einer Felge eines Kraftfahrzeugrades
angeordnet. Vorteilhaft ist die Vorrichtung derart ausgerichtet, dass
der Schwingbalken parallel zur Bodenfläche und senkrecht zur Rollrichtung
des Rades angeordnet ist und quer zur Rollrichtung des Rades schwingt. Somit
kann bei Drehung des Rades die durch die Gravitation entstehende
Schwingung des Schwingbalkens für
eine Generierung einer elektrischen Energie erzeugt werden. Ferner
ist die Fliehkraftmasse vorzugsweise derart positioniert, dass sie
die Schwingbewegung des Wandlerelementes nicht stört. Das
Wandlerelement wandelt beispielsweise die mechanische Schwingungsenergie
mittels dem Induktionsprinzip, dem Piezoeffekt, etc. in elektrische Energie
um. Es ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass die dazu notwendigen Materialien
bzw. Vorrichtungen zusätzlich
an geeigneten Stellen vorgesehen werden.
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Die
Vorrichtung ist vorzugsweise mit einer elektronischen Radeinheit
für eine
Versorgung derselben mit der generierten elektrischen Energie elektrisch
gekoppelt. Somit wird ein energieautarkes System geschaffen, welches
aus der bei einer Raddrehung vorherrschenden mechanischen Energie
die zum Betrieb der elektronischen Radeinheit notwendige elektrische
Energie generiert und der elektronischen Radeinheit zuführt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen
dabei:
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1 eine
graphische Darstellung der Leistungsdichte mechanischer Schwingungen
in einem Rad bei einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit;
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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4 eine
Schnittansicht eines Rades mit montierter erfindungsgemäßer Vorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente,
sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen
worden.
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1 illustriert
eine graphische Darstellung der Leistungsdichte mechanischer Schwingungen
in einem Rad, aufgetragen über
der Frequenz f. Die Daten wurden beispielsweise mittels Telemetrie
bei einer Fahrt eines Kraftfahrzeuges auf einer ebenen Fahrbahn
mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 30 km/h aufgenommen.
Dies entspricht in etwa einer Radfrequenz von 4,2 Hz. Wie in 1 ersichtlich
ist, wird das Spektrum von einem Peak bei ca. 4 Hz, gerade der Frequenz
der Raddrehung bei der angegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa
30 km/h, dominiert. Daraus kann abgeleitet werden, dass in dem relativen
Wechsel der Gravitationskraft, bezogen auf ein rotierendes Wandlerelement,
deutlich mehr Energie steckt als in dem gesamten Restspektrum. Somit
ist es wünschenswert,
ein Wandlerelement zu verwenden, welches gerade bei dem Peak der
Energiedichte, d.h. in etwa bei der jeweils vorherrschenden Radfrequenz,
eine Resonanzfrequenz aufweist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
weist ein Wandlerelement 2 auf, welches beispielsweise
einen Schwingbalken 3 umfasst, wobei an einem freien, ersten
Ende eine Schwungmasse 4 ange bracht ist. Ferner besteht
das Wandlerelement 2 aus einer Führungseinrichtung 5, welche
den Schwingbalken 3 vorzugsweise gleitend verschiebbar
derart lagert, dass der aus der Führungseinrichtung 5 hervorstehender
Abschnitt des Schwingbalkens 3 mit der freien Länge 1 bei
Anregung durch eine Schwingung der Schwungmasse 4 zu einer
mechanischen Schwingung angeregt wird. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
kann die Führungseinrichtung 5 gleichzeitig
die Funktion eines Spannungsabnehmers besitzen.
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Eine
Rückstelleinrichtung 6,
beispielsweise eine Rückstellfeder 6,
ist mit der Führungseinrichtung 5 und
einem zweiten, dem ersten freien Ende gegenüberliegenden Ende des Schwingbalkens 3 derart gekoppelt,
dass ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der rückstellenden
Kraft der Rückstelleinrichtung 6 und
einer etwaigen den Schwingbalken 3 in Längsrichtung auslenkenden Kraft
in der Führungseinrichtung 5 gelagert
ist, wie in 2 ersichtlich ist.
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Mit
dem zweiten Ende des Schwingbalkens 3, d.h. dem mit der
Rückstelleinrichtung 6 gekoppelten
Ende des Schwingbalkens 3, ist vorzugsweise über eine
Umlenkrolle 7 und ein Zugseil 11 eine Fliehkraftmasse 8 gekoppelt,
welche in einer Führungseinrichtung 9 bewegbar
gelagert ist.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 und 4 die
Wirkungsweise der Wandelungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung näher
erläutert. 4 illustriert
eine Schnittansicht eines Rades 12 mit einem auf einer
Felge 13 montierten Reifen 15. Vorzugsweise ist
die Wandelungsvorrichtung 1 an dem Grund 14 der
Felge 13 des Rades 12 derart fest montiert, dass
der Schwingbalken 3 parallel zur Bodenfläche und
senkrecht zur Rollrichtung des Rades angeordnet ist und quer zur
Rollrichtung des Rades schwingt, wie in 4 in Verbindung
mit 2 dargestellt ist.
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In 4 befindet
sich die Wandelungsvorrichtung 1 im dargestellten Zeitmoment
an der obersten Position des Rades 12. Bei einem Umlauf
des Rades 12 erfährt
der Schwingbalken 3 in seinem Koordinatensystem einen kompletten
Umlauf der Richtung der Gravitationskraft aufgrund der Wirkung der Gravitationskraft
auf die Schwungmasse 4 bei einem derartigen Umlauf. Diese
Kraft führt
eine Schwingung des Schwingbalkens 3 mit der Frequenz der
Raddrehzahl aus. Erhöht
sich die Raddrehzahl bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit, so muss für eine optimale Energieumwandlung
die Resonanzfrequenz der Wandelungsvorrichtung 1 entsprechend
der augenblicklich vorherrschenden Raddrehzahl nachgeführt werden.
Dies wird dadurch erreicht, dass die der Raddrehzahl entsprechende
Zentrifugalkraft auf die Fliehkraftmasse 8 wirkt, wodurch
diese in der Führungseinrichtung 9 entsprechend
in radialer Richtung bewegt wird. Aufgrund der radialen Bewegung
der Fliehkraftmasse 8 wird bei einer erhöhten Raddrehzahl
die Fliehkraftmasse 8 in Richtung des vertikalen Pfeils
ausgelenkt, wodurch aufgrund der Umlenkung dieser Bewegungsenergie
mittels des Zugseils 11 und der Umlenkrolle 7 der
mit der Fliehkraftmasse 8 gekoppelte Schwingbalken 3 eine
Auslenkung in Richtung der in 2 dargestellten
linken Seite erfährt.
Diese Verschiebung in der Führungseinrichtung 5 bewirkt
eine Verkürzung
des aus der Führungseinrichtung 5 herausragenden
Abschnitts des Schwingbalkens 3 mit angebrachter Schwungmasse 4,
d.h. der freien Schwinglänge 1,
wodurch sich die Resonanzfrequenz des Schwingbalkens 3 entsprechend
erhöht.
Dadurch wird die Resonanzfrequenz des Wandlerelementes 2 automatisch
entsprechend der augenblicklich vorherrschenden Raddrehzahl nachgeführt, so
dass eine optimale Ausnutzung der Energieumwandlung gewährleistet
ist. Auf analoge Weise nimmt die Zentrifugalkraft bei abnehmender Raddrehzahl
entsprechend ab und verlängert
die freie Länge 1 des
Schwingbalkens 3, wodurch sich die Eigenfrequenz des Wandlerelementes
entsprechend verringert. Somit ist das Wandlerelement 2 automatisch
auf die Raddrehzahl resonant abgestimmt.
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Die
Rückstelleinrichtung 6 dient
der Einstellung eines dynamischen Gleichgewichts des Schwingbalkens 3 zwischen
der rückstellenden
Kraft der Rückstelleinrichtung 6 und
der auslenkenden Zentrifugalkraft. Die jeweiligen Massen, Federkonstanten
und weiteren Abmessungen der einzelnen Elemente sind in geeigneter
Weise aufeinander abzustellen.
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Wie
für einen
Fachmann offensichtlich ist, kann die Schwingbewegung des Schwingbalkens 3 beispielsweise
durch das Induktionsprinzip in elektrische Energie umgewandelt werden.
Die dafür
notwendigen, zusätzlichen
und hinlänglich
bekannten Bauteile sind der Vorrichtung 1 in 2 entsprechend
hinzuzufügen.
Alternativ oder zusätzlich
kann die mechanische Energie durch den Piezoeffekt in elektrische
Energie umgewandelt werden. Hierbei besteht das Wandlerelement 2 vorzugsweise
aus einer Trägerschicht,
auf der eine piezoelektrische Wandlerschicht vorgesehen ist.
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Vorteilhaft
ist die Vorrichtung 1 mit einer elektronischen Radeinheit
(nicht dargestellt) elektrisch verbunden, welche ebenfalls in dem
Rad 12 montiert ist und beispielsweise eine Sensoreinrichtung
zum Messen von Reifenzustandsgrößen, wie
beispielsweise des Reifendrucks, der Reifentemperatur, oder dergleichen,
eine Sendeeinheit zum Senden der gemessenen Reifenzustandsgrößen an eine
zentrale Auswerteeinheit, oder dergleichen aufweist. Die zum Betrieb
der elektronischen Radeinheit notwendige elektrische Energie wird
demnach von der Wandelungsvorrichtung 1 geliefert.
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3 illustriert
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wandelungsvorrichtung 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 2 umfasst
die Wandelungsvorrichtung 1 einen Schwingbalken 3, welcher
mit einem ersten Ende über
beispielsweise einen Spannungsabnehmer 10 fest gelagert
ist. Das gegenüberliegende
zweite Ende des Schwingbalkens 3 ist über beispielsweise ein Zug seil 11 über eine
Umlenkrolle 7 mit einer Fliehkraftmasse 8 gekoppelt.
Die Fliehkraftmasse 8 ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel
in einer Führungseinrichtung 9 bewegbar
geführt.
Die Zentrifugalkraft wirkt bei einer Radumdrehung analog zum ersten
Ausführungsbeispiel
auf die Fliehkraftmasse 8, welche wiederum nach einer Umlenkung
durch die Umlenkrolle 7 bei einer Erhöhung der Raddrehzahl und somit
einer Erhöhung
der Zentrifugalkraft die Vorspannung bzw. die Zugkraft auf den Schwingbalken 3 durch
das Zugseil 11 erhöht.
Somit wird analog zu einer Gitarrenseite die Eigenfrequenz bzw.
die Resonanzfrequenz des Schwingbalkens 3 erhöht und an
die erhöhte
Raddrehzahl automatisch resonant nachgeführt. In analoger Weise verringert
eine geringere Raddrehzahl und eine geringer vorherrschende Zentrifugalkraft
die Vorspannung des Schwingbalkens 3 durch die Fliehkraftmasse 8,
so dass die Resonanzfrequenz entsprechend der verringerten Raddrehzahl
herabgesetzt und somit automatisch resonant nachgeführt wird.
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Ein
Vorteil des zweiten Ausführungsbeispiels besteht
darin, dass lediglich eine geringfügige mechanische Bewegung als
Antwort auf eine Veränderung
der Zentrifugalkraft notwendig ist.
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Eine
Anbringung der Vorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
erfolgt analog zum ersten Ausführungsbeispiel
vorzugsweise an dem Grund 14 der Felge 13 des
Rades 12, wie in 4 ersichtlich
ist. Die Vorrichtung 1 ist vorzugsweise wiederum derart
ausgerichtet, dass der Schwingbalken 3 parallel zur Bodenfläche und
senkrecht zur Rollrichtung des Rades 12 angeordnet ist
und quer zur Rollrichtung des Rades 12 schwingt.
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Analog
zum ersten Ausführungsbeispiel
erfolgt eine Umwandlung der mechanischen Energie mittels des Induktionsprinzips
und/oder des Piezoeffektes in elektrische Energie. Bezüglich dieses
Aspektes sowie weiterer analoger Aspekte des zweiten Ausführungsbeispiels
wird auf die Ausführungen
des ersten Ausführungsbeispiels
verwiesen.
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Vorzugsweise
ist der Schwingbalken 3 bezüglich der Fliehkraftmasse 8 derart
positioniert, dass keine Störung
der Schwingbewegung des Schwingbalkens 3 durch die Fliehkraftmasse 8 erfolgt.
Die Vorrichtung 1 gemäß den 2 und 3 kann
sich vorzugsweise in einem Gehäuse
befinden, welches an dem Grund 14 der Felge 13 durch
Befestigungsmittel befestigbar ist, wie in 4 ersichtlich ist.