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Die
Erfindung betrifft eine Modulbaugruppe zur Montage auf einer inneren
Oberfläche
eines Reifens und einen Reifen enthaltend eine Modulbaugruppe.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus
der Praxis ist es bekannt, Funktionsmodule, z. B. Elektronikmodule
auf einer Innenseite eines Reifens anzubringen um bestimmte Aufgaben
zu erfüllen,
beispielsweise den Reifendruck zu messen.
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Die
auf die Funktionsmodule wirkenden Fliehkräfte wirken einseitig auf den
Reifen und beeinflussen den Rundlauf des Reifens. Die Fliehkräfte steigen
mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Zum Beispiel erhöht sich
die Gewichtskraft eines Funktionsmoduls an einer Innenfläche eines
Reifens, die einer Lauffläche
abgewandt ist, bei einem beispielhaften Reifen der Dimension 205/60
R16 bei 250 km/h um das 1500-fache. D. h. ein 10 Gramm (g) schweres
Gewicht drückt
bei dieser Geschwindigkeit mit einer Kraft von 150 N auf den Reifen
nach außen.
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Das
Funktionsmodul selbst ist im Betrieb des Reifens Scherkräften, mechanischen
Schocks und Temperaturschwankungen ausgesetzt, welche die Zuverlässigkeit
des Funktionsmoduls beeinträchtigen
können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts
der oben aufgeführten
Nachteile von bekannten Reifenfunktionsmodulbaugruppen besteht ein
Bedürfnis,
einen oder mehrere der oben genannten Nachteile zu vermeiden oder
zumindest zu mildern.
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Diesem
Bedürfnis
wird durch die Gegenstände
der unabhängigen
Patentansprüche
Rechnung getragen. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Tests
haben ergeben, dass ein Gewicht der Modulbaugruppe von 12 Gramm
oder mehr von manchen Fahrern als störend empfunden wird. Mechanische
Schocks oder Temperaturschwankungen können die Langzeitstabilität des Funktionsmoduls
beeinträchtigen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird eine Modulbaugruppe
zur Montage auf einer inneren Oberfläche eines Reifens bereitgestellt,
wobei die Modulbaugruppe folgende Komponenten enthält: Ein
Funktionsmodul und einen Träger,
welcher das Funktionsmodul enthält
und auf der inneren Oberfläche
des Reifen befestigbar ist, wobei der Träger eine Vielzahl von Hohlräumen aufweist.
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Durch
die Vielzahl von Hohlräumen
kann das Gewicht der Modulbaugruppe reduziert werden. Dies reduziert
oder vermeidet störende
Einflüsse
auf den Rundlauf des Reifens. Ferner kann die Vielzahl von Hohlräumen das
Funktionsmodul vor mechanischen Schocks schützen und Temperaturschwankungen abmildern.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des zweiten Aspekts weist der Träger
ein Basismaterial auf und die Hohlräume sind mindestens teilweise
durch eine Vielzahl von Hohlelementen gebildet, die in dem Basismaterial
angeordnet sind. Die Hohlelemente sind gemäß einer weiteren Ausführungsform
Hohlkugeln. Obwohl Kugeln Vorteile hinsichtlich ihrer mechanischen
Stabilität
haben, können
die Hohlelemente gemäß weiteren
Ausführungsformen
auch jede andere Gestalt aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform
sind die Hohlkugeln aus Glas gebildet. Die Hohlelemente können mit
einem Gas gefüllt
oder auch evakuiert sein. Der Durchmesser der Hohlkugeln kann beispielsweise
einen Wert zwischen 10 Mikrometer und 500 Mikrometer annehmen. Es
versteht sich, dass der Durchmesser der Hohlkugeln Herstellungsschwankungen
unterworfen ist, so dass sich stets eine mehr oder weniger schmale
Verteilung von Hohlkugeldurchmessern in der Modulbaugruppe vorliegen
kann.
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Das
Basismaterial kann jedes für
den Anwendungszweck geeignete Material sein, beispielsweise Polyurethan.
Gemäß einer
Ausführungsform ist
das Basismaterial ungeschäumtes
Polyurethan.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
der Träger
ein geschäumtes
Material auf und die Hohlräume
mindestens teilweise durch das geschäumte Material gebildet sind.
Beispielsweise kann das Funktionsmodul in das geschäumte Material
eingebettet sein. Gemäß einer
Ausführungsform umgibt
das geschäumte
Material das Funktionsmodul vollständig. Dies gewährleistet
einen effektiven Schutz vor mechanischen Stößen, die beispielsweise auftreten
können,
wenn mit dem Reifen Kanten oder Vertiefungen, wie beispielsweise
Dehnungsfugen an Brücken, überfahren
werden. Durch die Hohlräume in
dem geschäumten
Material wird gemäß einer
Ausführungsform
ferner die Wärmeleitfähigkeit
der Umgebung des Funktionsmoduls reduziert. Auf diese Weise werden
Temperaturschwankungen nur verzögert
und möglicherweise
abgeschwächt
an das Funktionsmodul weitergegeben. Das geschäumte Material ist durch die
Holräume
kompressibel. Dies reduziert die Spitzen der Scherspannungen an
den elektronischen Bauteilen, infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
der elektronischen Baugruppe und es Vergusses. Brüche an den
Lötstellen infolge
häufiger
Temperaturzyklen können
dadurch vermieden werden.
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Obwohl
die Merkmale der Ausführungsformen
allgemein beliebig kombinierbar sind sofern dies nicht technisch
ausgeschlossen ist, sollte hier darauf hingewiesen werden, dass
das geschäumte
Material mit den Hohlelementen kombinierbar ist. Beispielsweise
kann das Funktionsmodul mit einer Schicht von geschäumtem Material
(z. B. in Form einer Schutzschicht) umgeben sein und das geschäumte Material
kann von ungeschäumtem
Basismaterial/Vergussmaterial umgeben bzw. in dieses eingebettet
sein. Insbesondere das ungeschäumte
Basismaterial kann Hohlelemente enthalten, oder, gemäß einer
anderen Ausführungsform,
frei von Hohlelementen sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
enthält
der Träger
Fasern zur Verstärkung
des Trägers. Faserverstärkungen
zur Verbesserung von mechanischen Eigenschaften von Materialien
sind bekannt. Jedoch ergibt gemäß einer
Ausführungsform
die Kombination von Fasern mit Hohlelementen in einem Verbundmaterial überraschenderweise
eine sehr leichte wie auch mechanisch stabile Modulbaugruppe. Gemäß einer
Ausführungsform
kann so gegenüber
einem reinen Basismaterial sowohl das Gewicht reduziert, als auch
die Festigkeit des Verbundmaterials, z. B. die Resistenz gegenüber Wechselbeanspruchung,
erhöht
werden. Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Fasern Glasfasern. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform
sind die Fasern Kohlefasern. Gemäß anderen
Ausführungsformen
sind die Fasern aus Metall, Kunststoff oder Keramik gebildet. Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Fasern in dem Basismaterial angeordnet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
der Träger
ein Gehäuse
auf und die Vielzahl von Hohlräumen
und das Funktionsmodul sind in dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann
gemäß einer
Ausführungsform
beispielsweise die mechanische Stabilität der Modulbaugruppe insgesamt erhöhen. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
das Gehäuse
als Gußform
vorgesehen sein, in welche ein Basismaterial, welches evtl. Hohlelemente
aufweist, um das in dem Gehäuse
befindliche Funktionsmodul gegossen wird. Gemäß einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Gehäuse
einen Teil der fertigen Modulbaugruppe bildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
das Funktionsmodul beispielsweise in einer externen Form mit dem
Basismaterial umspritzt werden, wobei die externe Form nach der
Verfestigung des Basismaterials entfernt und möglicherweise wiederverwendet
wird. Auch in diesen Ausführungsformen
kann das Basismaterial Hohlräume,
beispielsweise in Form von geschäumtem
Material oder in Form von Hohlelementen aufweisen. Ferner kann das
Basismaterial wie vorstehen beschrieben Fasern aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
enthält
der Träger
eine Energiequelle zum Bereitstellen von Energie für einen
Betrieb des Funktionsmoduls. Die Energiequelle kann beispielsweise
eine Batterie sein. Die Energiequelle kann in der Modulbaugruppe analog
zu dem Funktionsmodul gemäß einer
oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angeordnet sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann, z. B. bei kleinen Stückzahlen,
vorgesehen sein, dass die Modulbaugruppe gemäß dem ersten Aspekt oder einer
Ausführungsform
hiervon als separates Teil gefertigt und vertrieben wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird die Modulbaugruppe gemäß dem ersten
Aspekt oder einer Ausführungsform
hiervon als in einem Reifen montierte Modulbaugruppe vertrieben.
Demgemäß betrifft
eine Ausführungsform
des zweiten Aspekts einen Reifen, welcher eine Modulbaugruppe nach
dem ersten Aspekt oder einer Ausführungsform hiervon enthält.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des zweiten Aspekts umfasst ein Reifen eine innere Oberfläche, welche
einen Reifeninnenraum definiert, wobei die Modulbaugruppe auf der
inneren Oberfläche
des Reifens angeordnet ist. Die innere Oberfläche ist gemäß einer Ausführungsform
eine einer Lauffläche des
Reifens abgewandte innere Oberfläche
des Reifens. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
kann die Modulbaugruppe auf einer inneren Oberfläche einer Seitenwand des Reifens
angeordnet sein. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird die innere Oberfläche,
auf welcher die Modulbaugruppe angeordnet ist, von einer Innenschicht
(inner Liner) gebildet, welche eine Diffusion von Luft aus dem Reifen verhindert.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird ein Verfahren bereitgestellt,
welches das Herstellen einer Modulbaugruppe gemäß dem ersten Aspekt oder einer
Ausführungsform
hiervon umfasst und welches ferner das anschließende Montieren der Modulbaugruppe
in einem Reifen umfasst. Gemäß einer
Ausführungsform umfasst
das Montieren der Modulbaugruppe in dem Reifen ein Kleben oder Vulkanisieren.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird ein Verfahren bereitgestellt,
welches das Herstellen einer Modulbaugruppe gemäß dem ersten Aspekt oder einer
Ausführungsform
davon in einem Reifen umfasst. Beispielsweise kann gemäß einer
Ausführungsform
das Umspritzen des Funktionsmoduls in dem Reifen erfolgen, wobei das
Spritzmaterial (z. B. Basismaterial) direkt über das Funktionsmodul und
auf die innere Oberfläche des
Reifens aufgebracht wird.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich
als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung einer Modulbaugruppe gemäß anschaulichen Ausführungsformen
der hierin offenbarten Gegenstände.
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2 zeigt
eine Schnittdarstellung einer weiteren Modulbaugruppe gemäß anschaulichen Ausführungsformen
der hierin offenbarten Gegenstände.
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3 zeigt
eine Schnittdarstellung einer nochmals weiteren Modulbaugruppe gemäß anschaulichen
Ausführungsformen
der hierin offenbarten Gegenstände.
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4 zeigt
eine Schnittdarstellung einer nochmals weiteren Modulbaugruppe gemäß anschaulichen
Ausführungsformen
der hierin offenbarten Gegenstände.
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5 zeigt
eine Schnittdarstellung eines Reifens gemäß anschaulichen Ausführungsformen der
hierin offenbarten Gegenstände.
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Detaillierte Beschreibung
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Es
wird angemerkt, dass in verschiedenen Figuren ähnliche oder identische Elemente
oder Komponenten mit Bezugszahlen versehen sind, die sich nur in
der ersten Ziffer unterscheiden oder einen nachgestellten Buchstaben
aufweisen. Solche Merkmale bzw. Komponenten, die mit den entsprechenden
Merkmalen bzw. Komponenten in einer anderen Figur gleich oder zumindest
funktionsgleich sind, werden nur bei ihrem ersten Auftreten in dem
nachfolgenden Text detailliert beschrieben und die Beschreibung
wird bei nachfolgendem Auftreten dieser Merkmale und Komponenten
(bzw. der entsprechenden Bezugszahlen) nicht wiederholt.
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1 zeigt
in Schnittdarstellung eine Modulbaugruppe 100 gemäß anschaulichen
Ausführungsformen
der hierin offenbarten Gegenstände.
Die Modulbaugruppe ist zur Montage auf einer inneren Oberfläche eines
Reifens vorgesehen und enthält
ein Funktionsmodul 102, beispielsweise ein Elektronikmodul
oder ein Sensormodul. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform
ist das Funktionsmodul 102 ein Modul zum Messen eines Reifendrucks.
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Es
versteht sich, dass die Modulbaugruppe auch zwei oder mehr Funktionsmodule
aufweisen kann, wobei nachfolgen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Funktionsmodul
dargestellt und beschrieben ist. Die Schraffuren in 1 sind
lediglich aus Gründen
der Übersichtlichkeit
gewählt
und sind kein Hinweis auf eine innere Struktur von z. B. dem Funktionsmodul 102.
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Die
Modulbaugruppe 100 enthält
einen Träger 104,
welcher das Funktionsmodul 102 enthält und auf der inneren Oberfläche des
Reifen befestigbar ist. Der Träger 104 weist
ein Gehäuse 106 auf, welches
beispielsweise aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff gebildet sein
kann. In dem Gehäuse 106 ist
das Funktionsmodul 102 angeordnet. Das Funktionsmodul 102 ist
von einer geschäumten Schicht 108 umgeben,
die aufgrund von in ihr enthaltenden Vielzahl von Hohlräumen (nicht
dargestellt) kompressibel ist. Gemäß einer in 1 dargestellten Ausführungsform
ist die geschäumte
Schicht 108 elastisch kompressibel und daher geeignet,
Stöße mindestens
teilweise zu absorbieren. Das mit der Schicht 108 umgebene
Funktionsmodul 102 ist in einem Basismaterial 110,
beispielsweise ungeschäumtem
Polyurethan, eingebettet. In dem Basismaterial ist eine Vielzahl
von Hohlräumen 112 angeordnet, wobei
die Hohlräume 112 gemäß einer
in 1 dargestellten Ausführungsform durch Glashohlkugeln gebildet
sind, von denen in 1 einige mit 114 gekennzeichnet
sind. Die Größe, d. h.
der Durchmesser der Hohlkugeln kann beispielsweise zwischen 10 Mikrometern
und 500 Mikrometern liegen. Gemäß anderer
Ausführungsformen
kann die Größe der Hohlkugeln
größer als
500 Mikrometer oder kleiner als 10 Mikrometer sein. Es versteht
sich, dass die Anzahl und die Größe der in 1 dargestellten
Hohlkugeln nicht maßstabsgetreu
ist, sondern lediglich der Erläuterung
dienen. Der Träger 104 umfasst
somit in 1 das Gehäuse 106, das geschäumte Material 108,
das Basismaterial 110 und die Hohlkugeln 114.
Das Basismaterial mit den hierin enthaltenden Füllstoffen (Hohlelementen, Fasern,
etc.) wird hierin als Vergussmaterial bezeichnet. Der Gewichtsanteil
des Vergussmaterials an dem Gesamtgewicht der Modulbaugruppe beträgt typischerweise
20% bis 40%, beispielsweise 30%.
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Gemäß einer
in 1 dargestellten Ausführungsform enthält die Modulbaugruppe 100 eine
Batterie 116, welche bezüglich ihrer Anordnung in der Modulbaugruppe
analog zu dem Funktionsmodul 102 ausgebildet ist, d. h.
auch die Batterie 116 ist mit einer geschäumten Schicht 108 umgeben
und in dem Basisma terial 110 bzw. in dem Vergussmaterial
eingebettet. Es versteht sich, dass die Batterie 116 und die
Modulbaugruppe 102 geeignet betriebsmäßig verbunden sind (in 1 nicht
dargestellt).
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
beträgt
das Gewicht für
eine Modulbaugruppe eines intelligenten Transport Systems (ITS-Modul) 12,1
Gramm, wobei hierin 4,3 Gramm Polyurethan enthalten sind. Die Dichte
des Polyurethans beträgt 1,2
Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm3). Durch
Mischung dieses Polyurethan-Basismaterials mit einem Anteil von
30% bis 40% hohler Glaskugeln der Dichte 0,2 Gramm pro Kubikzentimeter
reduziert sich die Vergussmassendichte auf ca. 0,9 Gramm pro Kubikzentimeter.
Die Gewichtseinsparung beträgt
für die beispielhafte
Modulbaugruppe somit 1,08 Gramm und das Gesamtgewicht der Modulbaugruppe
liegt dann bei nur noch ca. 11 Gramm.
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2 zeigt
schematisch eine Schnittdarstellung einer Modulbaugruppe 200 gemäß anschaulicher
Ausführungsformen.
Abweichend von 1 ist in 2 ein Funktionsmodul 202 und
eine Energiequelle 216 nicht von einer geschäumten Schicht
umgeben, sondern sind direkt in ein Basismaterial 210 eingebettet,
welches Hohlelemente 214 enthält. Das Basismaterial 210 ist
in einem Gehäuse 206 angeordnet.
Abweichend von 1 weist das Gehäuse 206 in 2 Fasern
zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften auf, von denen einige
in 2 mit 218 gekennzeichnet sind. Um das
Mehrgewicht der Fasern 218 zu kompensieren, sind gemäß einer weiteren
Ausführungsform,
beispielsweise analog zu den Hohlelementen 214, Hohlelemente/Hohlkörper 214a in
dem Gehäuse 206 eingebracht.
Gemäß anderer
Ausführungsformen
enthält
das Gehäuse 206 keine
Hohlelemente.
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3 zeigt
schematisch eine Schnittdarstellung einer Modulbaugruppe 300 gemäß anschaulicher
Ausführungsformen.
Abweichend von 1 und 2 ist der
Träger 304 Hohlelementfrei.
Vielmehr ist in einem Gehäuse 306 ein
Funktionsmodul 302 und eine Energiequelle 316 angeordnet
und von einem geschäumten
Material 308 umgeben. Das geschäumte Material 308 enthält eine
Vielzahl von Hohlräumen,
die in 3 der Übersichtlichkeit
wegen jedoch nicht dargestellt sind.
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Während die
Funktionsmodule 102, 202, 302 in den
Modulbaugruppen 100, 200, 300 mit Abstand von
der Energiequelle 116, 216, 316 angeordnet sind,
können
gemäß anderer
Ausführungsformen
die Modulbaugruppe und die Energiequelle aneinander befestigt sein.
Gemäß anderer
Ausführungsformen kann
die Energiequelle extern von der Modulbaugruppe angeordnet sein.
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4 zeigt
schematisch eine Modulbaugruppe 400 gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der hierin offenbarten Gegenstände.
Gemäß einer
Ausführungsform
sind ein Funktionsmodul 402 und eine Energiequelle 416 auf
einer Leiterplatte 420 angeordnet. Das Funktionsmodul 402,
die Energiequelle 416 und die Leiterplatte 420 sind
gemäß einer Ausführungsform
von einem Basismaterial 410 umspritzt, welches eine Vielzahl
von Hohlräumen
aufweist, von denen in 4 einige mit 412 bezeichnet sind.
Gemäß einer
weiteren, in 4 dargestellten, Ausführungsform
sind die Hohlräume 412 durch Hohlelemente 414 gebildet.
Das Umspritzen kann beispielsweise in einer externen Form erfolgen
(in 4 nicht dargestellt), die nach dem Verfestigen des
Basismaterials 410 entfernt wird. Die Modulbaugruppe 400 weist
kein separates Gehäuse
auf, d. h. die erforderliche Festigkeit der Modulbaugruppe 400 wird
durch ein geeignetes Basismaterial 410, beispielsweise
ungeschäumtes
Polyurethan, geliefert. Es versteht sich, dass auch in einer Konfiguration, wie
sie in 4 dargestellt ist, das Basismaterial durch Fasern
verstärkt
sein kann.
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5 zeigt
einen Reifen 550 gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der hierin offenbarten Gegenstände.
Der Reifen 550 weist einer Reifenkörper 552 mit einer
Lauffläche 554 auf.
Auf einer der Lauffläche 554 abgewandten
inneren Oberfläche 556 ist
eine Modulbaugruppe 500 angeordnet.
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Die
Modulbaugruppe 500 ist gemäß anschaulicher Ausführungsformen
ausgebildet und umfasst einen Träger 504 mit
einem Gehäuse 506,
einem Basismaterial 510 und in dem Basismaterial angeordneten
Hohlelementen 514. Ein Funktionsmodul 502 und
eine Energiequelle 516 sind in das Basismaterial 510 eingebettet.
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Die
Modulbaugruppe ist gemäß einer
Ausführungsform
mittels einer Anbindungssubstanz 558, beispielsweise Gummi,
an die innere Oberfläche 556 des
Reifens angebunden. Das Anbinden kann beispielsweise Kleben, Vulkanisieren,
etc. umfassen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen
lediglich eine beschränkte
Auswahl an möglichen
Ausführungsvarianten
der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner
Ausführungsformen
in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann
mit den hier expliziten Ausführungsvarianten
eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich
offenbart anzusehen sind. Ferner sollte erwähnt werden, dass Begriffe wie „ein” oder „eines” eine Mehrzahl
nicht ausschließen. Begriffe
wie „enthaltend” oder „aufweisend” schließen weitere
Merkmale oder Verfahrensschritte nicht aus.
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Zusammenfassend bleibt festzustellen:
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Eine
Modulbaugruppe zur Montage auf einer inneren Oberfläche eines
Reifens umfasst ein Funktionsmodul und einen Träger, welcher das Funktionsmodul
enthält.
Der Träger
weist eine Vielzahl von Hohlräumen
auf, die beispielsweise durch Hohlelemente oder ein geschäumtes Material
gebildet sein können.
Die Hohlelemente können
in einer Vergussmasse enthalten sein. Das geschäumte Material kann als Schutzschicht
um das Funktionsmodul herum gebildet sein. Der Träger ist
auf der inneren Oberfläche
des Reifen befestigbar bzw. hierfür vorgesehen. Durch die Vielzahl
von Hohlräumen
wird das Gewicht der Modulbaugruppe reduziert und das Funktionsmodul
vor mechanischen Stößen und
Temperaturschwankungen geschützt.