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Die Erfindung betrifft ein Betätigungselement, insbesondere einen Betätigungsbügel.
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Betätigungselemente, wie ein Betätigungsbügel oder Lenkbügel, für ein Fahrzeug, zum Beispiel für ein Fahrrad oder ein Motorrad, sind bekannt. Ein solches Betätigungselement kann einen elektrischen Schalter umfassen, der üblicherweise drahtgebunden mit einer Energieversorgungseinheit verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betätigungselement anzugeben, das eine verbesserte Energieversorgungseinheit für einen elektrischen Schalter umfasst. Des Weiteren ist ein Fahrzeug mit einem Betätigungselement mit verbesserter Energieversorgungseinheit anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Betätigungselement gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Fahrzeugs wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Betätigungselement umfasst mindestens einen Schalter zur entfernten Betätigung mindestens einer Komponente eines Fahrzeugs, wobei der Schalter mit einer Signalerfassungseinheit gekoppelt ist, die eingangsseitig mit einer autarken Energieversorgungseinheit und ausgangsseitig mit einer drahtlosen Sendeeinheit gekoppelt ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung einer autarken Energieversorgungseinheit für die Versorgung des Schalters und der Signalerfassungseinheit mit Energie eine aufwendige Verdrahtung vermieden ist.
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Unter einer autarken Energieversorgungseinheit wird insbesondere eine solche Einheit verstanden, die direkt oder indirekt elektrische Energie erzeugt (kurz auch „energy harvesting system“ genannt).
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In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Energieversorgungseinheit, der mindestens eine Schalter, die Signalerfassungseinheit und die Sendeeinheit am Betätigungselement selbst angeordnet und befestigt. Dies erlaubt eine kompakte Form.
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In einer möglichen Ausführungsform ist die Energieversorgungseinheit als eine drahtlose elektromagnetische Wellenenergie in Versorgungsenergie umwandelnde Einheit oder als eine drahtlose mechanische Vibrationen in Versorgungsenergie umwandelnde Einheit ausgebildet sein. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Energieversorgungseinheit mit einem piezoelektrischen Element verbunden oder gekoppelt sein.
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Auch kann die Energieversorgungseinheit eine Drehmagneteinrichtung umfassen, die die Bewegung des Betätigungselementes oder Teilen davon zur Energieerzeugung nutzt. Beispielsweise kann die Drehmagneteinrichtung oder magnetische Dreheinrichtung zumindest eine Spule oder Wicklung und mindestens einen rotierenden Permanentmagneten, angeordnet in der Nähe eines sich bewegenden Metallteil des Betätigungselements, umfassen, wobei die Drehung des Permanentmagneten aufgrund der Bewegung des nahegelegenen sich bewegenden Metallteils einen Wirbelstrom in der Spule bzw. Wicklung induziert und erzeugt.
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Beispielsweise können mechanische, insbesondere niederfrequente, Schwingungen des Betätigungselements und/oder von Teilen des Betätigungselements während einer Fahrt des Fahrzeugs genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen, um den Schalter zu betätigen und/oder diese in einer Speichereinheit zu speichern und damit diese Speichereinheit, zum Beispiel eine Batterie, aufzuladen. Hierbei ist beispielsweise die Energieversorgungseinheit mit einem Energiespeicher verbunden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Signalerfassungseinheit mittels der Sendeeinheit über eine Antenne mit einer Steuereinheit im Fahrzeug koppelbar ist.
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Des Weiteren ist insbesondere ein Fahrzeug, wie ein Fahrrad, ein Kraftfahrzeug oder ein Motorrad, vorgesehen, das mindestens ein Betätigungselement, wie oben beschrieben, umfasst.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1A, 1B, 2A und 2B schematisch verschiedene Ausführungsformen für ein Betätigungselement mit verschiedenartigen Energieversorgungseinheiten für einen Schalter.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1A, 1B zeigen schematisch eine mögliche Ausführungsform für ein Betätigungselement 1. Das Betätigungselement 1 ist beispielsweise ein Lenkbügel oder Lenker für ein Fahrzeug, beispielsweise für ein Fahrrad oder Motorrad, oder ein anderer geeigneter Betätigungshebel oder -bügel. Das Betätigungselement 1 umfasst eine Stange 1.1 und eine integrierte Fernbedieneinheit 1.2.
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Die Fernbedieneinheit 1.2 umfasst beispielsweise mindestens einen Schalter 1.3 zur entfernten Betätigung mindestens einer Komponente 2 eines Fahrzeugs. Die Komponente 2 ist beispielsweise ein Steuergerät, eine Signalverarbeitungseinheit oder ein ähnliches Gerät, das das empfangene Schaltsignal SS verarbeitet.
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Im Ausführungsbeispiel ist der Schalter 1.3 als ein Multifunktionsschalter mit mehreren Schaltstellungen Sl bis S3 ausgestaltet. Alternativ können auch mehrere separate Schalter 1.3 am Betätigungselement 1 angeordnet und befestigt sein.
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Der Schalter 1.3 ist mit einer Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 gekoppelt.
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Die Fernbedieneinheit 1.2 mit dem Schalter 1.3 und die Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 sind an der Stange 1.1 angeordnet und befestigt. Insbesondere sind die Fernbedieneinheit 1.2 und damit der Schalter 1.3 und die Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 form-, stoff- und/oder kraftschlüssig an der Stange 1.1 befestigt, beispielsweise geschraubt, gesteckt, gerastet und/oder geklebt.
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Zur drahtlosen Übertragung von Schaltsignalen SS des Schalters 1.3 an die Komponente 2 im Fahrzeug oder umgekehrt sind eine erste Antenne 3 und eine zweite Antenne 4 angeordnet. Dabei ist die erste Antenne 3 beispielsweise am Betätigungselement 1 im Bereich der Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 am Betätigungselement 1 angeordnet. Die zweite Antenne 4 ist im Bereich der Komponente 2 am Betätigungselement 1 angeordnet. Alternativ kann die zweite Antenne 4 auch im Fahrzeug an der Komponente 2 oder an einer anderen geeigneten Stelle im Fahrzeug angeordnet sein.
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Die Antennen 3, 4 sind als Sende- und Empfangsantennen, insbesondere Nanoantennen mit einem Frequenzbereich beispielsweise von 30 kHz bis 300 kHz (Niederfrequenzbereich), von 300 kHz bis 3 MHz (Mittelwellenbereich) oder in einem Bereich von 3 MHz bis 300 MHz (Ultrakurzwellenbereich) oder im UHF-Bereich von 300 MHz bis 3 GHz oder bis 5 GHz, ausgebildet. Überraschenderweise arbeiten die Antennen 3, 4 im UHF-Bereich von 850 MHz bis 970 MHz und 2,4 GHz-Band besonders vorteilhaft. Dabei kann mittels der zweiten Antenne 4 ein Steuersignal SE über die erste Antenne 3 an den Schalter 1.3 zur fernen Betätigung des Schalters 1.3 gesendet werden. Umgekehrt kann bei ausgeführter Betätigung oder einer manuellen Betätigung des Schalters 1.3 ein Schaltsignal SS, das die Schaltstellung Sl bis S3 repräsentiert, an die Komponente 2 von der ersten Antenne 3 an die zweite Antenne 4 gesendet werden.
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1B zeigt die Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 im Detail.
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Der Schalter 1.3 ist mittels einer Drahtverbindung 5 mit der Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4, insbesondere mit einer Signalerfassungseinheit 6 verbunden. Die Signalerfassungseinheit 6 ist beispielsweise eine elektronische Einheit, insbesondere eine integrierte Schaltung.
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Die Signalerfassungseinheit 6 ist ausgebildet, den Schaltzustand Sl bis S3 des Schalters 1.3 zu lesen und das diesen Schaltzustand Sl bis S3 repräsentierende Schaltsignal SS zu übertragen. Hierzu ist die Signalerfassungseinheit 6 mit einer Übertragungseinheit 7 verbunden, die ausgangsseitig mit der ersten Antenne 3 verbunden ist. Dabei wird das Schaltsignal SS an die Komponente 2 oder eine andere Einheit im Fahrzeug übertragen und dort mittels der zweiten Antenne 4 empfangen und an die Komponente 2 übertragen.
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Die Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zum Empfangen der Schaltsignale SS des Schalters 1.3 an der Komponente 2 und/oder zum Senden von Steuersignalen SE an den Schalter 1.3 von der Komponente 2 die bei der Signalübertragung in elektromagnetischen Wellen vorhandene Energie E zur Energieversorgung des Schalters 1.3 oder anderer Sensoren genutzt wird.
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Dazu umfasst die Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 eine Energieversorgungseinheit 8 (auch Energy Harvesting System genannt). Die von der zweiten Antenne 4 ausgesendeten elektromagnetischen Wellen werden dabei über die erste Antenne 3 direkt der Energieversorgungseinheit 8 über eine Leitung L1 zugeführt.
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Die Energieversorgungseinheit 8 ist am Betätigungselement 1 angeordnet und befestigt. Die Energieversorgungseinheit 8 ist derart ausgebildet, dass diese die empfangenen elektromagnetischen Wellen in elektrische Energie E, beispielsweise mittels Induktion, umwandelt. Diese elektrische Energie E wird dann direkt zur elektrischen Versorgung der Einheiten der Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 verwendet. Beispielsweise wird die elektrische Energie E über eine weitere Leitung L2 zur elektrischen Versorgung der Sendeeinheit 7, der Signalerfassungseinheit 6 und des Schalters 1.3 verwendet.
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Optional kann die erzeugte elektrische Energie E in einem Energiespeicher 9, beispielsweise in einer Batterie, gespeichert werden. Hierdurch kann im Falle eines Fehlers oder Ausfalls der Energieversorgung durch die Energieversorgungseinheit 8 der Sensor oder Schalter 1.3 mit Energie E über eine Kopplung des Energiespeichers 9 über Leitungen L3 und L2 versorgt werden.
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Mit anderen Worten: Das Betätigungselement 1 umfasst eine Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4, die eine autarke Energieversorgungseinheit 8 aufweist, um die Einheiten der Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 direkt mit elektrischer Energie E zu versorgen. Die Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 des Betätigungselements 1 kann somit drahtlos und durch die integrierte Energieversorgungseinheit 8 und den optionalen Energiespeicher 9 völlig autark arbeiten.
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Der Schaltzustand Sl bis S3 des Schalters 1.3 oder eines anderen Sensors kann beispielsweise mittels einer bekannten Technologie, wie zum Beispiel mittels RFID-Technik, oder direkt, beispielsweise mittels einer Drahtverbindung, von der Signalerfassungseinheit 6 erfasst werden.
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Anstelle eines Schalters 1.3 kann ein anderer Sensor, beispielsweise ein optischer Sensor, ein kapazitiver Sensor, ein Widerstandssensor oder ein lichtempfindlicher Sensor oder ein physiologische Parameter erfassender Sensor, wie beispielsweise ein Herzschlagsensor, vorgesehen sein.
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Die Signalerfassungseinheit 6 kann zusätzlich derart konfiguriert sein, dass diese bedarfsweise, ereignisgesteuert oder permanent aktiviert ist. Beispielsweise kann die Signalerfassungseinheit 6 nur für einen bestimmten Zeitraum aktiviert werden, danach arbeitet die Signalerfassungseinheit 6 in einem Ruhemode und benötigt wenig oder gar keine Energie E. Nach Ablauf des vorgegebenen Zeitraums wird dann die Signalerfassungseinheit 6 aktiviert und in den Betriebsmode geschaltet und entsprechend mit mehr Energie E versorgt, um die Schaltzustände Sl bis S3 des Schalters 1.3 zu erfassen.
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Alternativ kann, beispielsweise ereignisgesteuert, nach Übertragung eines Steuersignals SE von der Komponente 2 an die Energieversorgungs- und Signalerfassungseinheit 1.4 zum Schalten des Schalters 1.3 die Signalerfassungseinheit 6 automatisch vom Ruhemode in den Betriebsmode umgeschaltet werden und nach erfolgter Umschaltung des Schalters 1.3 und Übertragung des den neuen Schaltzustand Sl bis S3 repräsentierenden Schaltsignals SS zurück an die Komponente 2 wieder automatisch in den Ruhemode geschaltet werden.
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Für den Anwendungsfall bei einem elektrischen Fahrrad ist das Betätigungselement 1 beispielsweise ein Lenker und die Komponente 2 ein elektrischer Antrieb des Fahrrads oder eine Steuereinheit des elektrischen Antriebs.
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2A bis 2B zeigen eine weitere alternative Ausführungsform für ein Betätigungselement 1 mit einer alternativen autarken Energieversorgungseinheit 8. Die Energieversorgungseinheit 8 umfasst ein piezoelektrisches Element 13.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Signalerfassungseinheit 6 versorgungsseitig direkt über die Leitung L2 mit der Energieversorgungseinheit 8 und diese eingangsseitig direkt über die Leitung L4 mit dem piezoelektrischen Element 13 verbunden. Signalseitig ist die Signalerfassungseinheit 6 direkt mit der Sendeeinheit 7 über die Leitung L1 verbunden. Die Schaltsignale SS und die Steuersignale SE werden dabei entsprechend über die Antennen 3 und 4 gesendet und empfangen, wie oben zum Ausführungsbeispiel nach 1A bis 1B beschrieben.
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Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich in der Energieversorgung von den vorherigen Ausführungsbeispielen.
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Die Energieversorgungseinheit 8 umfasst dabei ein oder mehrere piezoelektrische/s Element/e 13, die bzw. das direkt am Betätigungselement 1, insbesondere auf der Stange 1.1, angeordnet und befestigt sind.
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Das oder die piezoelektrische/n Element/e 13 ist bzw. sind derart ausgebildet, dass diese mechanische Vibrationen mittels der Energieversorgungseinheit 8 in Energie E zur Versorgung der Signalerfassungseinheit 6, des Schalters 1.3 und der Übertragungseinheit 7 umwandelt. Hierzu ist oder sind das oder die piezoelektrische/n Element/e 13 um das Betätigungselement 1, insbesondere die Stange 1.1 herum, angeordnet. Bei Betätigung des Schalters 1.3 werden daraus resultierende mechanische Vibrationen mittels des piezoelektrischen Elements 13 und der Energieversorgungseinheit 8 in Energie E umgewandelt.
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Die Energie E kann optional im Energiespeicher 9 gespeichert werden.
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Der Signalaustausch zwischen Signalerfassungseinheit 6 und Komponente 2 erfolgt analog zum Ausführungsbeispiel nach 1A bis 1B.
