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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sattelstütze für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug.
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Die im Radbereich mittlerweile etablierten versenkbaren Teleskop-Sattelstützen nutzen teilweise eine elektrische Aktuierung für den Verriegelungs- beziehungsweise Blockademechanismus, um eine kabellose Bedienung zu ermöglichen. Für diese elektrische Aktuierung wird ein elektrischer Energiespeicher, zum Beispiel in Form einer Batterie oder eines Akkumulators, benötigt, um die Funktion zu ermöglichen. Der Einsatz eines elektrischen Energiespeichers bedingt eine begrenzte Betriebszeit. Durch regelmäßiges Wechseln beziehungsweise Laden des Energiespeichers muss der Betrieb abgesichert werden. Störend ist eine gegebenenfalls fehlende Verfügbarkeit aufgrund eines entladenen Energiespeichers. Dazu kommt die Notwendigkeit, den Energiespeicher von außen zugänglich und austauschbar anzuordnen.
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Aus
DE 10 2016 208 563 A1 ist eine Längenverstelleinheit zur Änderung der Länge eines Teleskopabschnittes, welcher ein Innenrohr und eine Außenrohr umfasst, bekannt. Die Längenverstelleinheit eignet sich zur Einstellung der Länge von teleskopischen Abschnitten an einem Fahrradgestell, beispielsweise um eine Sattelstütze in der Höhe zu verstellen oder um den wirksamen Federweg an einer Vorderradgabel zu verändern.
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Aus
EP 2 371 699 A1 ist eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Speichers für elektrische Energie in der Sattelstütze eines Fahrrads bekannt.
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Aus
KR 10 1 966 376 B1 ist ein Generator für ein Fahrrad bekannt, der in Sattelnähe angeordnet ist.
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Aus
DE 10 2019 219 932 A1 ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischer Energie für ein Fahrrad bekannt, welches ein piezoelektrisches Element aufweist.
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Aus
DE 10 2017 122 949 A1 ist eine Vorrichtung zur Rückgewinnung elektrischer Energie bei Leichtfahrzeugen mit einer Generatoreinheit bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte elektrisch aktuierbare Sattelstütze vorzuschlagen.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe eine Sattelstütze für ein Fahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 1, und ein Fahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 6 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Eine Sattelstütze für ein Fahrzeug weist ein Außenrohr, in welchem ein Innenrohr entlang einer Verschiebeachse verschieblich gelagert ist, auf. Die Sattelstütze weist eine Spule, welche innerhalb der Außenrohrs angeordnet ist, auf. Die Sattelstütze weist mehrere Permanentmagnete, welche innerhalb des Innenrohrs angeordnet sind, wobei die Permanentmagnete derart angeordnet sind, dass diese mit der Spule wechselwirken, auf. Die Sattelstütze weist einen Energiespeicher, welcher energiewirksam mit der Spule verbunden ist, auf. Die Sattelstütze weist einen Aktor, welcher energiewirksam mit dem Energiespeicher verbunden ist, wobei der Aktor dazu eingerichtet ist, eine Verschiebung des Innenrohrs entlang der Verschiebeachse zu aktuieren, auf.
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Unter „Fahrzeug“ sind hierbei sämtliche Arten Fahrzeugen zu verstehen, die einen Sattel aufweisen, auf welchem der Fahrzeugnutzer während der Fahrt sitzt. Vom Begriff „Fahrzeug“ sind somit beispielsweise umfasst: Fahrräder mit elektrischer Antriebseinrichtung wie E-Bikes, Pedelecs, S-Pedelecs, Cargobikes, Velomobile, aber auch Fahrräder ohne elektrische Antriebseinrichtung, sowie Kleinkrafträder oder ähnliches.
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Die Sattelstütze weist, wie üblich, das Außenrohr und das Innenrohr auf. Das Innenrohr ist im Außenrohr derart gelagert, dass dieses entlang der geraden Verschiebeachse verschoben werden kann. Das Innenrohr kann in anderen Worten kolbenartig aus dem Außenrohr hinaus und in das Außenrohr hinein verschoben werden. Das Innenrohr ist in dem Außenrohr gefedert gelagert. Diese Federung kann beispielsweise mittels einer mechanischen Federung, mittels einer pneumatischen Federung oder mittels einer hydraulischen Federung ausgebildet sein.
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Das Innenrohr der Sattelstütze ist derart ausgebildet, dass auf diesem ein Sattel befestigt werden kann, wenn die Sattelstütze in einem Fahrzeug verwendet wird. Die Befestigung des Sattels auf der Sattelstütze erfolgt in handelsüblicher Art und Weise.
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Die Sattelstütze weist die Spule, welche innerhalb der Außenrohrs angeordnet ist, auf. Die Spule ist derart innerhalb des Außenrohrs angeordnet, dass das Innenrohr innerhalb der Spule geführt werden kann und sich entlang der Verschiebeachse verschieben kann. Selbstverständlich kann die Sattelstütze auch mehr als eine Spule aufweisen. Beispielsweise kann die Sattelstütze zwei oder drei Spulen aufweisen, die hintereinandergeschaltet sind.
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Die Sattelstütze weist zudem mehrere Permanentmagnete, welche innerhalb des Innenrohrs angeordnet sind, auf. Diese Permanentmagnete sind derart innerhalb des Innenrohrs angeordnet, dass diese mit der Spule wechselwirken. Die Permanentmagnete formen gemeinsam mit der Spule in anderen Worten eine Vorrichtung zur Energiebereitstellung aus. Vorzugsweise sind nur in demjenigen Bereich des Innenrohrs Permanentmagnete vorgesehen, der sich trotz Verschiebung des Innenrohrs stets innerhalb der Spule des Außenrohrs befindet. Alternativ dazu können die Permanentmagnete auch außerhalb dieses Bereichs angeordnet sein. Die Permanentmagnete sind vorzugsweise ringförmig ausgebildet. In radialer Richtung ausgehend von der Verschiebeachse ist die Anordnung somit folgendermaßen: Permanentmagnete, Rohrwand des Innenrohrs, Spule, Rohrwand des Außenrohrs.
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Bewegt sich nun das Innenrohr innerhalb des Außenrohrs aufgrund einer Kraft, die in Richtung der Verschiebeachse auf das Innenrohr wirkt, wird also Hubarbeit verrichtet, wird durch die Bewegung der Permanentmagnete innerhalb der Spule eine Spannung induziert und somit elektrische Energie bereitgestellt. Diese Kraft wird bei Verwendung der Sattelstütze in einem Fahrzeug durch das Gewicht des Nutzers, der auf dem Sattel sitzt und mit dem Fahrzeug fährt, verursacht. Die Kraft kann alternativ auch durch eine manuelle Bewegung des Sattels nach unten und oben (Pumpbewegung) aufgebracht werden. Durch das Einfedern der Sattelstütze während der Fahrt mit dem Fahrzeug wird die Hubarbeit wiederholt verrichtet.
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Die Sattelstütze weist zudem den elektrischen Energiespeicher auf, welcher energiewirksam mit der Spule verbunden ist. Der Energiespeicher ist vorzugsweise innerhalb des Außenrohrs angeordnet. Alternativ dazu kann der Energiespeicher außerhalb des Außenrohrs angeordnet sein. Außerdem alternativ dazu kann der Energiespeicher unterhalb des Verschiebebereichs des Innenrohrs angeordnet sein. Alternativ dazu kann der Energiespeicher ringförmig ausgebildet sein, so dass das Innenrohr innerhalb des Energiespeichers verschoben werden kann. Der Verschiebebereich des Innenrohrs bezeichnet hierbei denjenigen Bereich, in welchem das Innenrohr verschoben werden kann. Die Grenzen des Verschiebebereichs sind durch die Maximalausschiebung und die Minimalausschiebung des Innenrohrs festgelegt.
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„Energiewirksam verbunden“ heißt in diesem Zusammenhang, dass Energie von einer ersten Komponente, die die Energie bereitstellt, in eine zweite Komponente, die die Energie nutzt oder speichert, geleitet werden kann. Die Energiewirksame Verbindung kann entweder direkt erfolgen, ober über ein zwischengeschaltetes Bauelement. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung zwischen der Spule und dem elektrischen Energiespeicher über einen zwischengeschalteten Converter, vorzugsweise über einen AC/DC-Converter. Der Energiespeicher speichert somit die Energie, die durch das Zusammenwirken der Spule und der Permanentmagnete aufgrund der verrichteten Hubarbeit an dem Innenrohr der Sattelstütze bereitgestellt wird.
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Die Sattelstütze weist den Aktor, welcher energiewirksam mit dem Energiespeicher verbunden ist, auf. Der Aktor ist entweder direkt energiewirksam mit dem Energiespeicher verbunden oder über einen zwischengeschalteten Converter. Dieser weitere Converter ist vorzugsweise als AC/DC-Converter ausgeformt. Der Aktor nutzt somit die Energie, die durch den elektrischen Energiespeicher bereitgestellt wird.
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Der Aktor ist dazu eingerichtet, die Verschiebung des Innenrohrs entlang der Verschiebeachse zu aktuieren. Mittels des Aktors kann die Verschiebung des Innenrohrs aus dem Außenrohr hinaus und in das Außenrohr hinein aktuiert werden. Der Aktor wird mittels einer Steuereinrichtung angesteuert, die wiederum durch den Nutzer der Fahrzeugs angesteuert werden kann. Die Steuereinrichtung ist signalwirksam mit dem Aktor verbunden. „Signalwirksam verbunden“ bedeutet, dass ein Signalaustausch zwischen dem Aktor und der Steuereinrichtung erfolgen kann.
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Die Sattelstütze ist derart ausgeformt, dass diese während der Fahrt des Fahrzeugs bei Bedarf mittels des Aktors verstellt werden kann, also das Innenrohr ausgefahren und eingefahren werden kann. Zudem kann mittels des Aktors das Verschieben des Innenrohrs blockiert werden. Die Sattelstütze kann also in anderen Worten verriegelt werden.
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Vorteilhaft an der hier dargestellten Sattelstütze ist, dass diese autark von einer externen Energieversorgung ist. Ein Laden des elektrischen Energiespeichers mittels einer externen Energiequelle im Falle eines Akkumulators, oder ein Austauschen des elektrischen Energiespeichers im Falle einer Batterie entfällt. Zudem wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt, da sowohl der Energiespeicher als auch die Vorrichtung zur Energiebereitstellung, die ausgeformt ist mittels der Spule und der Permanentmagnete, in die Sattelstütze integriert sind. Des Weiteren muss der elektrische Energiespeicher nicht von außen zugänglich ausgestaltet sein.
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Nach einer weiterbildenden Ausführungsform ist die Spule über den Converter energiewirksam mit dem Energiespeicher verbunden. Der Converter ist als AC/DC-Converter ausgeformt. Mittels des Converters ist es möglich, den elektrischen Energiespeicher mit der durch die Vorrichtung zur Energiebereitstellung bereitgestellten Energie aufzuladen. Dies wurde bereits in der vorangehenden Beschreibung beschrieben.
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Nach einer weiterbildenden Ausführungsform ist der Aktor über einen weiteren Converter energiewirksam mit dem Energiespeicher verbunden. Der weitere Converter ist als AC/DC-Converter ausgeformt. Mittels des weiteren Converters ist es möglich, den Aktor mit der durch den elektrischen Energiespeicher bereitgestellten Energie zu versorgen. Dies wurde bereits in der vorangehenden Beschreibung beschrieben.
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Nach einer weiterbildenden Ausführungsform ist der Energiespeicher innerhalb des Außenrohrs angeordnet. In einer ersten Variante ist der Energiespeicher unterhalb des Verschiebebereichs des Innenrohrs angeordnet. Der Energiespeicher kann beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein, so dass dieser in das Außenrohr eingepasst werden kann. Selbstverständlich ist auch eine quaderförmige, würfelförmige oder sonstige Ausformung möglich. In einer zweiten Variante ist der elektrische Energiespeicher ringförmig ausgebildet, so dass das Innenrohr innerhalb des Energiespeichers verschoben werden kann. Dadurch ist es möglich, den Energiespeicher im Verschiebebereich des Innenrohrs anzuordnen.
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Nach einer weiterbildenden Ausführungsform ist der Energiespeicher mittels eines Akkumulators oder mittels Superkondensatoren ausgeformt. Der elektrische Energiespeicher kann beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulator, als Natrium-Ionen-Akkumulator, als Aluminium-Ionen-Akkumulator oder als anderer geeigneter Akkumulator ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der elektrische Energiespeicher mittels mehrerer, miteinander verschalteter Superkondensatoren ausgebildet sein.
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Ein Fahrzeug weist eine Sattelstütze auf, die wie in der vorherigen Beschreibung beschrieben ausgeformt ist. Das Fahrzeug kann beispielsweise ausgeformt sein als Fahrrad mit elektrischer Antriebseinrichtung wie ein E-Bike, Pedelec, S-Pedelec, Cargobike, Velomobil, aber auch als Fahrrad ohne elektrische Antriebseinrichtung, sowie als Kleinkraftrad oder ähnliches.
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Das Fahrzeug weist einen Sattel auf, der auf dem Innenrohr der Sattelstütze befestigt ist. Auf dem Sattel sitzt der Nutzer des Fahrzeugs während der Fahrt.
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Durch die auf den Sattel aufgebrachte Gewichtskraft des Fahrzeugnutzers wird während der Fahrt des Fahrzeugs Hubarbeit verrichtet, da das Innenrohr während der Fahrt wiederholt einfedert. Dadurch bewegt sich das Innenrohr im Außenrohr auf und ab, so dass auch die Permanentmagnete in der Spule auf und ab bewegt werden. Dadurch wird in der Spule eine Spannung induziert und somit Energie bereitgestellt, die im elektrischen Energiespeicher gespeichert werden kann.
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Zusätzlich kann die Hubarbeit manuell verrichtet werden, indem der Nutzer am Sattel und somit an der Sattelstütze eine Pumpbewegung durchführt. Dadurch bewegt sich das Innenrohr im Außenrohr ebenfalls auf und ab, so dass auch die Permanentmagnete in der Spule auf und ab bewegt werden. Dadurch wird in der Spule eine Spannung induziert und somit Energie bereitgestellt, die im elektrischen Energiespeicher gespeichert werden kann. Diese alternative Betätigung ist vorteilhaft, wenn der elektrische Energiespeicher beispielsweise wegen einer längerfristigen Standzeit entladen ist. Dadurch ist es möglich den elektrischen Energiespeicher auf einfache Art und Weise zumindest teilweise zu laden, so dass genug Energie zur Verfügung ist, um den Aktor der Sattelstütze zumindest einmalig zu betätigen und somit die Sattelstütze einzustellen.
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Anhand der im Folgenden erläuterten Figuren wird ein Ausführungsbeispiel und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Sattelstütze nach einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung der Sattelstütze für das Fahrzeug nach dem Ausführungsbeispiel aus 1.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit einer Sattelstütze 2 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeugs 1 ist hier beispielhaft als Fahrrad ausgebildet und stark vereinfacht dargestellt.
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Das Fahrzeug 1 weist die Sattelstütze 2 auf. Auf der Sattelstütze 2, genauer auf dem Innenrohr der Sattelstütze 2, ist ein Sattel 8 befestigt. Die Sattelstütze 2 wird in 2 detailliert dargestellt.
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Das Fahrzeug 1 weist zudem eine Steuereinrichtung 13 auf, mittels welcher ein Nutzer des Fahrzeugs 1 den Aktor der Sattelstütze 2 betätigen kann. Der Aktor ist mit der Steuereinrichtung 13 signalwirksam verbunden. Die Steuereinrichtung 13 weist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) auf.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Sattelstütze 2 für das Fahrzeug nach dem Ausführungsbeispiel aus 1. Die Sattelstütze 2 weist ein Innenrohr 10 und ein Außenrohr 11 auf. Auf dem Innenrohr 10 ist der Sattel 8 befestigt.
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Das Innenrohr 10 ist mittels Lagern 4 in dem Außenrohr 11 verschieblich gelagert, so dass das Innenrohr 10 entlang einer Verschiebeachse A auf und ab verschoben werden kann. Das Innenrohr 10 ist zudem gefedert, so dass dieses aus- und einfedern kann. Die Federung ist zur besseren Übersicht nicht dargestellt. Die Federung kann beispielsweise mechanisch, pneumatisch oder auch hydraulisch ausgebildet sein.
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Innerhalb des Innenrohrs 10 sind mehrere Permanentmagnete 6 angeordnet. Innerhalb des Außenrohrs 11 ist eine Spule 5 angeordnet. Die Permanentmagnete 6 sind derart angeordnet, dass diese mit der Spule 5 wechselwirken können. Die Permanentmagnete 6 formen gemeinsam mit der Spule 5 eine Vorrichtung zur Energiebereitstellung aus.
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Innerhalb des Außenrohrs 11 und unterhalb des Verschiebebereichs des Innenrohrs 10 ist ein elektrischer Energiespeicher 3 angeordnet. Der elektrische Energiespeicher 3 ist über einen Converter 12 energiewirksam mit der Spule 5 verbunden. Über Leitungen 9 wird die von der Spule 5 bereitgestellte Energie in den elektrischen Energiespeicher 3 geleitet und dieser wird geladen. Die Energie wird im elektrischen Energiespeicher 3 gespeichert.
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Innerhalb des Innenrohrs 10 ist ein Aktor 7 angeordnet. Dieser dient dazu, die Verschiebebewegung des Innenrohrs 10 entlang der Verschiebeachse A zu aktuieren. Der Aktor 7 ist über einen weiteren Converter 12 energiewirksam mit dem elektrische Energiespeicher 3 verbunden. Über Leitungen 9 wird der Aktor 7 mit elektrischer Energie versorgt, die durch den Energiespeicher 3 zur Verfügung gestellt wird. Der Aktor 7 ist signalwirksam mit der Steuereinrichtung 13 verbunden, so dass der Aktor 7 mittels der Steuereinrichtung 13 angesteuert werden kann.
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Auf den Sattel 8 wirkt eine Kraft F. Diese Kraft F ist eine Gewichtskraft, die durch den Nutzer des Fahrzeugs auf den Sattel 8 aufgebracht wird, wenn dieser während der Fahrt des Fahrzeugs auf dem Sattel 8 sitzt. Während der Fahrt des Fahrzeugs wird aufgrund des wiederholten Einfederns des Innenrohrs 10 aufgrund der Kraft F Hubarbeit verrichtet. Durch die Auf- und Ab-Bewegung des Innenrohrs 10 im Außenrohr 11 werden die Permanentmagnete 6 innerhalb der Spule 5 bewegt. Dadurch wird eine Spannung induziert und Energie bereitgestellt. Diese Energie wird über den Converter 12 in den elektrischen Energiespeicher 3 geleitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Sattelstütze
- 3
- Energiespeicher
- 4
- Lager
- 5
- Spule
- 6
- Permanentmagnete
- 7
- Aktor
- 8
- Sattel
- 9
- Leitung
- 10
- Innenrohr
- 11
- Außenrohr
- 12
- Converter
- 13
- Steuereinrichtung
- A
- Verschiebeachse
- F
- Kraft
