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Die
Erfindung geht insbesondere aus von einer Radüberwachungseinrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
dem Stand der Technik, insbesondere im Bereich der Radüberwachung
in Lastkraftwagen oder Lastkraftwagen-Trailern, sind Radüberwachungsvorrichtungen
bekannt, die eine Mess- und Auswerteinheit umfassen, die dazu ausgelegt
ist, im Bereich wenigstens einer Radmutter des Rads an dem Rad befestigt
zu sein. Solche Radüberwachungseinrichtungen
umfassen teilweise wenigstens einen Sensor zum Erfassen einer Kenngröße für einen
Zustand eines Radlagers. Auf den Zustand des Radlagers kann beispielsweise
durch das Erfassen einer Temperatur des Radlagers und durch das
Erfassen von Vibrationen während
der Fahrt geschlossen werden, wobei die Vibrationen ein charakteristisches
Frequenzspektrum haben. Gattungsgemäße Radüberwachungsvorrichtungen sind
im Vergleich zu Radüberwachungsvorrichtungen,
die nicht mit der Felge verbunden sind, besonders leicht und robust ausgestaltet,
um einerseits eine Unwucht des Rads durch das Gewicht der Radüberwachungsvorrichtung
zu vermeiden und um andererseits trotz der extremen Bedingungen,
denen die Radüberwachungsvorrichtung
im Betrieb ausgesetzt ist, eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
Durch das Anbringen de Radüberwachungsvorrichtung
im Bereich der Radmutter ist die Radüberwachungsvorrichtung leicht
zugänglich
und leicht montierbar.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Radüberwachungsvorrichtung
mit einem erweiterten Funktionenspektrum und einem verbesserten
Bedienkomfort bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Die
Erfindung geht insbesondere aus von einer Radüberwachungsvorrichtung mit
einer Mess- und Auswerteinheit, die dazu ausgelegt ist, im Bereich
wenigstens einer Radmutter oder -schraube des Rads an dem Rad befestigt
zu sein, und mit wenigstens einem Sensor zum Erfassen einer Kenngröße für einen
Zustand eines Radlagers.
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Um
eine gattungsgemäße Radüberwachungsvorrichtung
mit einer erweiterten Funktionalität auszustatten, wird nach einem
Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, zumindest einen Sensor zum Erfassen
eines Reifendrucks eines Reifens des Rads bereitzustellen. Durch
die Montage der Mess- und Auswerteinheit im Bereich der Radmutter
kann einerseits jederzeit eine leichte Zugänglichkeit der Mess- und Auswerteinheit
gewährleistet
werden und andererseits kann die Radmutter zum Herstellen einer
lösbaren
Verbindung genutzt werden, beispielsweise als Halte- oder Rastelement
oder zum Verschrauben der Mess- und Auswerteinheit mit einer Felge
des Rads, wobei im letzteren Fall ein Befestigungselement der Mess-
und Auswerteinheit oder die gesamte Mess- und Auswerteinheit beim
Verschrauben der Radmutter zwischen der Radmutter und der Felge
eingespannt werden kann.
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Die
Kenngröße für den Zustand
der Radlagers kann eine Temperatur sein, aus der auf erhöhte Reibkräfte im Radlager
geschlossen werden kann, oder alternativ eine Intensität von Vibrationen
in einem bestimmten Spektralbereich angeben. Durch die Integration
der Reifendrucküberwachung
in die gleiche Mess- und Auswerteinheit, die eine Radlagerüberwachung
durchführt,
können
im Vergleich zu Lösungen
mit zwei oder mehr getrennten Überwachungsvorrichtungen
Kosteneinsparungspotenziale realisiert werden. Dadurch das die gesamte
Messung und Auswertung an dem sich drehenden Teil des Rads ausgeführt wird,
kann eine konstruktiv aufwändige Übertragung
von Daten von einem sich drehenden Teil der Radnabe auf einen feststehenden
Teil der Radnabe vermieden werden.
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Ein
Energieverbrauch der Mess- und Auswerteinheit kann auf das Nötigste beschränkt werden,
wenn die Mess- und Auswerteinheit durch ein Abfragesignal aktivierbar
ist und im Übrigen
keine oder fast keine Energie verbraucht.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Mess- und Auswerteinheit
ein Mittel zum manuellen Auslösen
des Abfragesignals aufweisen. Das Mittel kann ein einfacher Schalter
sein, der beispielsweise auch als kapazitiver Sensor ausgebildet sein
kann. Der Schalter kann beispielsweise durch eine Abdeckung vor
einer versehentlichen Betätigung,
beispielsweise durch während
der Fahrt des Lastkraftwagens herum fliegende Steinchen, geschützt sein.
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Alternativ
oder ergänzend
zu dem Mittel zum manuellen Auslösen
des Abfragesignals kann die Mess- und Auswerteinheit eine Empfängeranordnung
zum drahtlosen Empfangen des Abfragesignals aufweisen. Das Abfragesignal,
das auch als „Wake-Up-Puls" bzw. Aufweckimpuls
ausgestaltet sein kann, kann beispielsweise ein elektromagnetisches Signal
sein, dessen Frequenz eine Resonanzfrequenz eines Schwingkreises
in der Mess- und Auswerteinheit ist. Das Abfragesignal kann ausgelöst werden,
wenn eine Amplitude der Spannungsschwingungen an dem Schwingkreis
einen Schwellenwert überschreitet.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Mess- und Auswerteinheit ein Signalausgabemittel zum Ausgeben eines Messwerts
umfasst, wobei das Signalausgabemittel durch ein Abfragesignal aktivierbar
ist. Das Signalausgabemittel kann beispielsweise als Transmitter zum
Ausgeben eines den Messwert enthaltenden Funksignals oder als Klartext-Anzeigeeinheit,
beispielsweise als 7-Segment-Anzeige, als LCD-Anzeige oder auch
als Touchscreen ausgebildet sein und ggf. mit einem abklappbaren
Deckel zum Schutz der Anzeigeeinheit ausgestattet sein. Durch eine
mittelbare oder unmittelbare Integration eines der Sensoren in den
Schwingkreis kann zudem die Resonanzfrequenz abhängig von dem Messergebnis gestaltet werden.
Die Resonanzfrequenz kodiert dann das Messergebnis, welches dadurch
in einer einfachen Weise durch eine Messung der Resonanzfrequenz von
außen
auslesbar ist. Die Mess- und Auswerteinheit kann dadurch vollkommen
passiv, d. h. ohne eigene Energieversorgung, gestaltet werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Mess- und Auswerteinheit dazu ausgelegt
ist, eine zum Aktivieren der Mess- und Auswerteinheit und des Signalausgabemittels
benötigte
Energie aus dem Abfragesignal zu gewinnen. Die Energie kann in einem Schwingkreis
zwischengespeichert werden und einen Mikroprozessor mit einem darauf
implementierten Auswertalgorithmus aktivieren. Das Resultat des Auswertalgorithmus
kann kodiert und unter Verwendung der aus dem Abfragesignal gewonnenen
Energie versandt werden.
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Wenn
ein Sensor zum Erfassen des Reifendrucks über einen Druckschlauch mit
einem Innenraum des Reifens verbunden ist, kann einerseits eine thermische
Entkopplung des Sensors von der Temperatur des Reifenmantels und
andererseits eine unmittelbare Messung gewährleistetet werden.
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Alternativ
dazu kann der Sensor zum Erfassen des Reifendrucks im Bereich des
Reifens angeordnet sein und über
eine Signalleitung bzw. einen einfachen Draht mit der Mess- und
Auswerteinheit verbunden sein. Mit besonderem Vorteil ist dabei
der Sensor zum Erfassen des Reifendrucks im Bereich eines Ventils
des Reifens angeordnet. Dadurch können handelsübliche Räder mit
einer erfindungsgemäßen Reifenüberwachungsvorrichtung
ausgestattet werden.
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Wenn
die Mess- und Auswerteinheit dazu ausgelegt ist, zwischen zwei Radmuttern
des Rads befestigt zu sein, kann ein Verschwenken der Mess- und
Auswerteinheit durch eine Drehung um die Achse einer Radmutter vermieden
werden, so dass ein sicherer Halt auch bei großen Fliehkräften in radialer Richtung gewährleistet
werden kann.
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Die
Befestigung an den Radmuttern kann sicher und schnell erfolgen,
ohne dass der Halt der Radmuttern beeinträchtigt wird, wenn die Mess-
und Auswerteinheit wenigstens eine Befestigungslasche zum Befestigen
der Mess- und Auswerteinheit
an der Felge des Rads umfasst. Die Befestigungslasche kann derart
ausgebildet sein, dass sie zwischen der Radmutter und der Felge
des Rads verspannt werden kann.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Mess- und Auswerteinheit wenigstens
ein Mittel zum gewinnen von elektrischer Energie aus einer thermischen Energie und/oder
Bewegungsenergie des Rads aufweist. Dadurch kann auf Batterien oder
eine andersartige Energieversorgung verzichtet werden. Das Mittel
kann beispielsweise eine Thermospannung nutzen, die einerseits durch
hohe Temperaturen in einem ersten Bereich des Rads, beispielsweise
im Bereich des Radlagers oder im Bereich von Bremsscheiben, und
andererseits durch geringere Temperaturen in einem luftgekühlten Bereich
des Rads angetrieben wird.
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Ferner
schlägt
die Erfindung vor die Radüberwachungsvorrichtung
mit einem Lesegerät
zum Auslesen einer Reifenüberwachungsvorrichtung
von dem oben beschriebenen Typ auszustatten, das insbesondere das
Aktivierungssignal erzeugen kann. In einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung umfasst ein Radüberwachungssystem
mehrere Mess- und Auswerteinheiten, die jeweils zur Anordnung an
einem Reifen vorgesehen sind, so dass alle Reifen eines Lastkraftwagen
mitsamt Trailer überwacht
werden können,
und ein Lesegerät
zum sequentiellen oder gleichzeitigen Auslesen aller Mess- und Auswerteinheiten
des Reifenüberwachungssystems,
wobei ein Lese- und Anzeigegerät
dann auch im Cockpit angeordnet oder dort integriert sein kann.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
Rad mit einer Radüberwachungsvorrichtung
nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung und
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2 ein
Rad mit einer Radüberwachungsvorrichtung,
die neben einer Mess- und Auswerteinheit auch ein Lesegerät umfasst,
nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt
eine Radüberwachungsvorrichtung
zur Überwachung
eines Rads 10 eines Lastkraftwagens oder eines Lastkraftwagen-Trailers.
Die Radüberwachungsvorrichtung
hat eine als integrierter Schaltkreis ausgebildete Mess- und Auswerteinheit 12,
die dazu ausgelegt ist, zwischen zwei Radmuttern 14 des
Rads 10 an dem Rad 10 befestigt zu sein. Die Radüberwachungsvorrichtung
weist zudem mehrere Sensoren 16, 18, 20 zum
Erfassen einer Kenngröße für einen
Zustand eines Radlagers 22, zum Erfassen eines Reifendrucks
und verschiedener Temperaturen, beispielsweise einer Temperatur
des Radlagers 22, einer Temperatur von Bremsscheiben und
einer Temperatur eines Reifenmantels, auf.
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Die
Sensoren 20 zum Erfassen der Temperatur sind optional an
verschiedenen Montagepositionen montierbar, so dass die Messung
verschiedener Temperaturen möglich
ist. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist nur ein Temperatursensor an einem Außenring des Radlagers 22 angeordnet.
Die Mess- und Auswerteinheit 12 umfasst einen oder mehrere
Eingänge
für Signalleitungen
von Temperatursensoren 20 oder anderen Sensoren, um welche
die Radüberwachungsvorrichtung
optional erweiterbar ist. Dadurch kann die Mess- und Auswerteinheit 12 beispielsweise
die Signale von zwei oder mehr Temperatursensoren 20 verarbeiten,
die an verschiedenen Punkten des Rads 10 mit verschiedenen
charakteristischen Temperaturen angeordnet werden können.
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Die
Kenngröße für einen
Zustand der Radlagers 22 ist eine Amplitude von Vibrationen
der Rads 10 in einem mittleren Frequenzbereich, der von
unten durch die niederfrequenten Variationen der Beschleunigung
der Mess- und Auswerteinheit 12, die durch Geschwindigkeitsänderungen
des Lastkraftwagens und die damit einher gehenden Änderungen der
Rotationsbeschleunigung der Mess- und Auswerteinheit 12 bedingt
sind, und oben durch hochfrequente Vibrationen, wie die beispielsweise
durch ein Reifenprofil oder Kies auf einer Fahrbahn entstehen, beschränkt ist.
Die Vibrationen werden durch einen Beschleunigungssensor 18 erfasst.
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Ferner
umfasst die Reifenüberwachungsvorrichtung
nach dem Ausführungsbeispiel
einen Sensor 16 zum Erfassen eines Reifendrucks eines Reifens 24 des
Rads 10, der über
einen Druckschlauch 26 mit einem Innenraum des Reifens 24 verbunden ist.
Der Druckschlauch 26 kann auf ein Ventil 28 des Reifens 24 aufgesteckt
werden und ist an seinem Ende mit einem Stift zum Öffnen des
Ventils 28 ausgestattet, so dass sich beim Abziehen oder
Abschrauben des Druckschlauchs 26 der Stift von einem Rückschlagmechanismus
des Ventils 28 löst und
das Ventil 28 sich schließen kann.
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Die
Mess- und Auswerteinheit 12 umfasst ein als Schalter, beispielsweise
als Schiebeschalter, ausgebildetes Mittel 30 zum manuellen
Auslösen
eines Abfragesignals, durch welches die Mess- und Auswerteinheit 12 aktivierbar
ist. In einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung der Erfindung
wird durch das Mittel 30 ein Stromkreis mit einer Batterie
geschlossen und ein Mikroprozessor der Mess- und Auswerteinheit 12 wird
eingeschaltet. Der Mikroprozessor greift die Messwerte der verschiedenen
Sensoren 16, 18, 20 ab und stellt sie
in einem als Klartextanzeige ausgebildeten Signalausgabemittel 32 dar.
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Das
Signalausgabemittel 32 zum Ausgeben eines Messwerts ist
damit ebenfalls durch das Abfragesignal aktivierbar. Das Signalausgabemittel 32 kann
in verschiedenen Ausführungsbeispielen
beispielsweise als Transmitter zum Ausgeben eines den Messwert enthaltenden
Funksignals oder als Klartext-Anzeigeeinheit,
beispielsweise als 7-Segment-Anzeige, als LCD-Anzeige oder auch
als Touchscreen, ausgebildet sein. Die Mess- und Auswerteinheit 12 ist
mit einem hier nicht explizit dargestellten abklappbaren Deckel
zum Schutz der Anzeigeeinheit ausgestattet. Ferner kann der Deckel
das Mittel 30 zum manuellen Auslösen eines Abfragesignals bilden,
so dass die Mess- und Auswerteinheit 12 automatisch aktiviert
wird, wenn der Deckel aufgeklappt wird.
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Die
Mess- und Auswerteinheit 12 umfasst eine elektronische
Baugruppe, die auf einer hier nicht explizit dargestellten Metallplatte
montiert ist. Seitliche Enden der Metallplatte bilden Befestigungslaschen 34, 36 zum
Befestigen der Mess- und Auswerteinheit 12 an der Felge 38 des
Rads 10, wobei die Befestigungslaschen 34, 36 durch
das Vorsehen von Löchern
mit einem geeigneten Abstand und Durchmesser dazu ausgelegt sind,
zwischen der Radmutter 14 und der Felge 38 des
Rads 10 verspannt zu sein.
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Die
gesamte Mess- und Auswerteinheit 12 ist in einem chemikalien-
und temperaturresistenten Kunststoffgehäuse angeordnet, in welches
die Metallplatte eingegossen ist. Der Beschleunigungssensor 18 ist
unmittelbar und fest mit der Metallplatte verbunden, so dass der
Beschleunigungssensor 18 zum Erfassen der von dem Radlager 22 erzeugten
Vibrationen über
die Metallplatte und die Radmuttern 14 insgesamt spielfrei
mit der Felge 38 verbunden ist. Die Signale des Beschleunigungssensors 18 werden durch
einen Hochpassfilter bearbeitet, der die durch die Rotationsbeschleunigung
bedingten Komponenten des Sensorsignals herausfiltert, und anschließend durch
einen Tiefpassfilter bearbeitet, der hochfrequente Vibrationen durch
das Reifenprofil und durch Schotter bzw. Kies aus dem Signal eliminiert.
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2 zeigt
eine alternative Ausgestaltung der Erfindung. Die folgende Beschreibung
beschränkt
sich im Wesentlichen auf Unterschiede zu dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel,
wobei im Hinblick auf gleich bleibende Merkmale auf die Beschreibung
zu 1 verwiesen wird. Ähnliche oder gleich wirkende
Merkmale der beiden Ausführungsbeispiele
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im
Unterschied zu der in 1 dargestellten Mess- und Auswerteinheit 12 weist
die die Mess- und Auswerteinheit 12 nach 2 eine
Empfängeranordnung 40 zum
drahtlosen Empfangen des Abfragesignals auf. Ein Display an der
Mess- und Auswerteinheit 12 kann entfallen, kann jedoch
auch ergänzend zum
Ablesen der Messdaten bereitgestellt werden.
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Das
Reifenüberwachungssystem
umfasst ein Lesegerät 42 zum
Auslesen der Reifenüberwachungsvorrichtung
bzw. zum Auslesen der Messdaten der Mess- und Auswerteinheit 12.
Das Lesegerät 42 umfasst
einen Sender zum Erzeugen und drahtlosen Übermitteln des Abfragesignals
und einen Empfänger
zum Empfangen der Messdaten von der Mess- und Auswerteinheit 12.
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Das
Abfragesignal ist eine elektromagnetische Welle, insbesondere im
kHz- bis GHz-Bereich, und
die Mess- und Auswerteinheit 12 ist durch die Integration
von RFID-Technologie dazu ausgelegt ist, eine zum Aktivieren der
Mess- und Auswerteinheit 12 und des Signalausgabemittels 32 benötigte Energie aus
dem Abfragesignal zu gewinnen. Das Signalausgabemittel 32 umfasst
in diesem Ausführungsbeispiel
einen Transmitter zum Übertragen
der Messwerte von der Mess- und Auswerteinheit 12 auf das Lesegerät 42.
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Eine
Reichweite des Senders des Lesegeräts 42 beträgt nur wenige
Meter, so dass ein Fahrer eines die Radüberwachungsvorrichtung umfassenden
Last kraftwagens gezielt die Messdaten der an einem bestimmten Reifen 24 angeordneten
Mess- und Auswerteinheit 12 abfragen kann und mit dem Lesegerät 42 bei
einem Kontrollgang den Zustand jedes Reifens 24 und jedes
Radlagers 22 abfragen kann. Das Lesegerät 42 umfasst ein Display 44,
auf welchem der Status des Lagers (beispielsweise OK oder NOT OK),
der Reifendruck und eine oder mehrere von den Temperatursensoren 20 erfasste
Temperaturen dargestellt werden können.
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In
alternativen Ausgestaltungen der Erfindung ist die Mess- und Auswerteinheit 12 mit
wenigstens einem, in 2 gestrichelt dargestellten
Mittel 46 zum Gewinnen von elektrischer Energie aus einer thermischen
Energie und/oder Bewegungsenergie des Rads 10 ausgestattet.
Das Mittel 46 kann beispielsweise in einem Kreisprozess
Energie aus Temperaturdifferenzen zwischen heißen und kalten Bereichen des
Rads 10 gewinnen oder eine durch die Temperaturdifferenzen
erzeugte Thermospannung ausnutzen. Ferner ist es denkbar, eine dynamoelektrische
Anordnung vorzusehen, die Energie aus der Kreisbeschleunigung der
Mess- und Auswerteinheit 12 während der Fahrt des Lastkraftwagens
gewinnt. Dadurch kann eine autarke Energieversorgung gewährleistet
werden. Die Energie kann zur Pufferung in einem Akkumulator zwischengespeichert
werden. Ein Batteriewechsel kann entfallen.
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In
einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausgestaltung der Erfindung
ist der Sensor zum Erfassen des Reifendrucks im Bereich des Reifens 24, und
zwar im Bereich eines Ventils 28 des Reifens 24, angeordnet,
und über
eine Signalleitung mit der Mess- und Auswerteinheit 12 verbunden.
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- 10
- Rad
- 12
- Mess-
und Auswerteinheit
- 14
- Radmutter
- 16
- Sensor
- 18
- Beschleunigungssensor
- 20
- Temperatursensor
- 22
- Radlager
- 24
- Reifen
- 26
- Druckschlauch
- 28
- Ventil
- 30
- Mittel
- 32
- Signalausgabemittel
- 34
- Befestigungslasche
- 36
- Befestigungslasche
- 38
- Felge
- 40
- Empfängeranordnung
- 42
- Lesegerät
- 44
- Display
- 46
- Mittel