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Vorrichtung zur Energiegewinnung aus der Reifendurchbiegung bei Fahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Energiegewinnung aus der Reifendurchbiegung
bei Fahrzeugen.
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Es ist nutzbringend, Energie aus einer bisher nicht erschlossenen
Quelle, nämlich der Reifendurchbiegung zu gewinnen und die so erzielte elektrische
Energie liefert dann viele brauchbare Informationen über den
Zustand
und die Arbeitsbedingungen des Reifens, z. B. ob der Reifen zu stark oder zu schwach
aufgeblasen, überhitzt usw. ist. Solche Informationen orientieren auch über die
Umdrehungsgeschwindigkeit des Reifens und sind auch für Gleitschutzmassnahmen dienlich.
Durch Bestimmen der Umdrehungsgeschwindigkeit der entsprechenden Fahrzeugräder lässt
sich auch ermitteln, ob sich das Fahrzeug im Gleitzustand befindet oder nicht.
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Es ist eine höchst wertvolle Entdeckung, elektrische Energie aus einer
bisher übersehenen Quelle, nämlich der Reifendurchbiegung, zu erzielen.
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In diesem Falle beruht die Vorrichtung auf einer Anordnung der elektron
magnetischen Bauteile der Vorrichtung und der Kupplung zwischen der elektromagnetischen
Vorrichtung und der sie betätigenden Einrichtung, nämlich Anbringung eines Teiles
am Rad und des anderen Teiles am Reihe fen, so dass beide Teile bei Durchbiegung
des Reifens beweglich sind.
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Die Erfindung schliesst auch den ihr eigentümlichen Vorteil ein, dass
sie eine in sich unabhängige Einheit bildet, die innerhalb eines Reifens in abgeschirmter
Lage angeordnet ist. Der erzeugte Strom bewirkt ein Signal, das durch äussere Zustände
unbeeinflussbar oder relativ unbeeinflussbar ist.
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Es ist ein Hauptziel der Erfindung, eine unabhängige, innerhalb eines
Reifens unterzubringende Einheit zu schaffen, die durch die normale
Durchbiegung
des Reifens betätigt wird und dadurch ein Signal bewirkt, das über den Reifenzustand
einschliesslich Füllungsgrad, Temperatur, Tragfähigkeit und dgl. Aufschluss gibt.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung,
welche die normale Durchbiegung des Reifens als Kraftquelle zur Erzeugung elektrischer
Energie für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen ausnützt, die sich auf Beleuchtung,
Erzeugung von Hochfrequenz c. (HF) Signalen, Schallwellen und dgl. erstrecken, aber
nicht hierauf beschränkt sind.
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Es ist ein allgemeines und Gesamtziel der Erfindung, nutzbare Energie
aus früher ungenutzten Quellen in der Weise zu gewinnen.
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Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen, und zwar zeigen: Fig. 1 eine
Schnittansicht eines Autoreifens, der in sich eingebaut das Betätigungsglied in
zwei Stellung enthält, von denen die in ausgew zogenen Linien wiedergegebene die
durch Bodenberührung voll eingedrückte bezeichnet und die in gestrichelten Linien
gezeichnete das Betätigungsglied veranschaulicht, nachdem der betreffende Reifenteil
sich ausser Berührung mit dem Boden befindet;
Fig. 2 zeigt in vergrössertem
Masstab eine Schnittansicht des Betätigungso gliedes; Fig. 3 ist ein Schnitt längs
der Linie 33 der Fig. 2; Fig. 4 (A) bis 4 (D) sind fortschreitende Stellungsbilder,
die zeigen, wie das Betätigungsglied den Stromerzeuger während des Aufo und Abwärts
hubes antreibt und Fig. 5 ist ein Blockschema, das anzeigt, wie die aus der elektromagneZ
tischen Vorrichtung entnommene Energie das Gleiten des Rades aufzeigt.
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Nach den Zeichnungen und besonders den Fig. 1 und 2 ist an einem Rad
10, bzw. an der Felge eine rohrförmige Muffe 12 befestigt. Die Muffe 12 ist am Rad
durch Schweissen oder eine andere mechanische Befestigungs weise bei 14 befestigt.
Während die Muffe sich mit dem Rad 10 dreht, ist sie radial fest. In der Muffe 12
hin- und herbeweglich ist ein Kolben 20 mit einem Schlitzteil 21 eingesetzt, der
seine Relativbewegung einem Zahnrad 22 mit einer Vielzahl von in regelmässigen Abständen
angel setzten Zähnen 24 überträgt. Der Kolben 20 ist in radialer Richtung hin und
herbeweglich, wie durch Doppelpfeil 25 angedeutet ist.
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Der Kolben 20 wird in lotrecht ausgezogener Stellung mittels einer
Feder 26 gehalten, die zwischen dem Ende 27 der Muffe 12 und der Schulter 28 des
Kolbens 20 zusammengedrückt wird. Der Kolben 20 trägt einen Kopf 30, der an die
Innenseite 32 des Reifens 13 stösst, so dass, wenn das zugeordnete Reifenteilstück
mit dem Boden in Berührung kommt, er einen "Fuss" 34 bildet und dadurch radial in
perspektivischer Sicht verkürzt wird. Der Kopf 30 wird dabei aufwärts bewegt, bis
der ihm zuge, ordnete Teil des Reifens ausser Bodenberührung kommt und durch die
Federwirkung (Elastizität) des Reifens und den Luftdruck im Innern 36 seine ursprüngliche
Form wieder annimmt.
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Wenn sich der Kolben 20 aufwärts bewegt (Fig. 4(B),. legt sich ein
Nockenstift 50, der vom Anschlag 52 innerhalb der Öffnung 54 festgehalt ten wird,
an einen der Zähne 24 und bewegt sich dabei von der Stellung rechts in Fig. 4 (A)
in die in Fig. 4 (C) gezeichnete Stellung. Am oberen Ende des Kolbenhubes(Fig. 4
(C))legt sich das Ende 56 des Nockenstiftes an eine feststehende Nockenfläche 58,
wodurch der Nockenstift nach innen gedrückt wird.
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Nachdem der Kolben 20 in voIle Höhe angehoben wurde, kehrt er seinen
Lauf um und wird dabei von Fig. 4 (C) nach Fig. 4 (D) und Fig. 4 (A) (wo die Bahn
begann) mittels einer Feder 26 bewegt, wenn das Reifens
stück ausser
Bodenbrührung gelangt. Das Ende 56 des Stiftes 50 bewegt sich am Zahn 24 während
des Abwärtshubes vorbei, bis das Ende 62 an die Nockenfläche 62 in der Muffe 12
anschlägt, wodurch das Ende 58 nochmals nach aussen zur Wiederanlage an den darauffolgenden
Zahn 24 während der nächsten Aufwärtsbewegung des Kolbens 20 bewegt wird.
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Während des Abwärtshubes betätigt der Stift 50' das Zahnrad, da die
Anordnung der Nockenflächen 58' und 62' umgekehrt wird, wodurch der Stift 50'gegen
das Zahnrad vorgeschoben wird, wenn es sich abwärts bewegt (Fig. 4 (D)), und während
des Aufwärtshubes pRig. 4(B))wieder eingezogen wird.
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Der Zweck dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht darin,
eine Drehung des Generatorzahnrades 22 mit einem kleinen Hub des Kolbens 20 zu erreichen.
Zu bemerken ist, dass der Reifen sich mit grosser Geschwindigkeit dreht und erforderlich
ist eine ausreichende Antriebskraft für den Generator, ohne dabei eine zerstörend
wirkende Hublänge für den Kolben 20 nach sich zu ziehen. Der Kolben 20 wird in einer
zylindrischen Lagerfläche 64 am Ende der Muffe 12 geführt, die genügend lang vorgesehen
ist, um eine lineare Hin und Herbewegung zu bewirken, wie durch den Doppelpfeil
25 angedeutet ist.
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Der max. Aufwärtshub des Kolbens 20 wird durch einen ringförmigen
Anschlag
begrenzt, der in einem Stück mit dem Ende 30 ausgebildet ist und sich gegen die
Fläche 27 am Ende der Muffe 12 legt.
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Während jeder Hinw und Herbewegung des Kolbens 20 bewegen sich die
Stifte 62 ein und aus, wobei sie sich an einen der Zähne 24 legen und dem Zahnrad
22 eine Drehkraft erteilen. Wenn sich das Zahnrad 22 dreht, wird auch eine Welle
70 in Drehung versetzt, die mit dem Anker 72 verbunden ist. Der Anker 72 schneidet
Kraftlinien der umgehenden Spule 74 und eine Reihe von Bürsten 76, die durch Federn
78 gegen einen Kommutator 80 gedrückt werden, speisen einen elektrischen Stromkreis
mit elektrischer Energie für den gedachten nützlichen Zweck. Die Enden 81 der Welle
70 sind auf Wälzlagern 84 gelagert, wie in Fig. 3 wieder gegeben ist.
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Nach Fig. 5 erzeugt jede der Vorrichtungen ein HE oder anderes Signal
nal. Mit 18 sind Sender bezeichnet, die jedem der Fahrzeugräder zuge.
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ordnet sind und ein Signal, das ein Mass für die Umdrehungsgeschwindigw
keit des zugeordneten Rades bildet, über einen zugehörigen Leiter 148 in Richtung
des Pfeiles 150 auf eine Vergleichseinrichtung 152. Die ~Vergleichseinrichtung,
bzw. der Komparator stellt fest, welches der Räder mit einer geringeren relativen
Geschwindigkeit umläuft und über.
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trägt dieses Signal über den Leiter 154 auf einen Bremswächter 156
mit hydraulischen Verbindungen 158, 160, 162 und 164 zu einem jeden
der
Fahrzeugräder zugeordneten Bremsen 166. Falls nun irgendeines der dem Emitter 142
zugeordneten Räder gesperrt wird, dann weist dies auf Gleiten des Fahrzeuges, worauf
die Bremskraft aufgehoben wird, so dass das Rad oder die Räder sich wieder mit voller
Geschwindigkeit drehen können.
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Somit kann jede Vorrichtung ein Signal erzeugen, das nicht nur über
den Zustand des Reifens, sondern auch über die Umdrehungsgeschwindigkeit Aufschluss
gibt.
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Zur Lehre der Erfindung gehört auch die Verwendung eines Ausganges~
signals der Vorrichtung, um den Reifenzustand und die Umlaufgeschwindigw keit des
Rades anzuzeigen, oder eine Kombination der Signale für den Reifen und die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Rades, um damit den Gleitschutz zu regeln.
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Im Betrieb wird jedesmal, wenn der Reifen sich dreht und das dem Ende
30 des Kolbens 20 zugeordnete Teilstück desselben den Boden berührt, der Kolben
20 eingedrückt, da der Reifen die Form eines "Fusses" ano nimmt. Da der Reifen dadurch
in perspektivischer Sicht radial verkürzt wird, wird der Kolben 20 nach oben bewegt
und das Ende 56 des Nockens (Fig. 4 (B)) legt sich an einen der Zähne 24 des Zahnrades
22, das dadurch in Drehung versetzt wird und elektrische Energie durch den
elektromagnetischen
Generator erzeugt, der aus einem Anker 72 und der diesen umgebenden Spule 74 besteht.
Elektrische Energie wird von den Bürsten 76 und den Kommutatoren 80 auf elektrische
Stromkreise übertragen, wie zuvor beschrieben. Wenn der eingedrückte Reifenteil
wieder seine ursprüngliche Form annimmt, gleitet der Stift 50 am Zahn~ rad bei seiner
Abwärtsbewegung vorbei, hat sich jedoch soweit zurückgeZ zogen, so dass er das Zahnrad
nicht dreht. Die Abwärtsbewegung wird durch die Feder 26 angeregt und wenn der Kolben
seine grösste Ausw dehnung erreicht, legt sich der Stift 50 an die Fläche -62, um
ausgezogen zu werden und für eine weitere Betätigung des Zahnrades verfügbar zu
sein. Der Stift 50' bewirkt während seiner Abwärtsbewegung die Eingang~ setzung
des Zahnrades 22 (Fig. 4(D)).
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So geschieht es, dass dem Zahnrad 22 zweimal bei jeder Drehung des
Reifens ein Drehmoment erteilt wird. Die Drehung des Reifens 13 erfolgt häufig genug
und ausserdem wird genügend Energie während jeder Drehung des Rades oder Reifens
aufgebracht, um beträchtliche EingangsenergieZ impulse aus der periodischen Durchbiegung
des Reifens zu erzeugen.
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Wenn letzter zuerst in Berührung mit dem Boden kommt, wird das boden.
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berührende Teilstück zu einem X ulott verformt, gelangt dann ausser
Bodenberührung und nimmt dann wieder seine Umfangsform an.
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Die in der beschriebenen Weise entnommene elektrische Energie ist
in
ihrer Ausgangsleistung gross genug, dass sie eine Anzahl nützliche
Zwecke erfüllen kann, wie der Betrieb von Fahrtlichtern zu Verbesserung der Seitensicht
des Fahrzeuges, Abgabe eines Signals bei zu geringer oder zu starker Reifenfüllung
oder Überhitzung des Reifens, und das Signal selbst kann so differenziert werden,
dass es zu starke Bremsung oder Radsperre anzeigt, wobei es sich um wichtige Signale
für den Gleitschutz handelt.
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Mehr als eine Vorrichtung kann in jedem Reifen betrieben werden und
die Serienschaltung bewirkt max. Spannung und konstanten Strom; oder es können Dauermagnete
anstelle der Feldspule verwendet und die KommuZ tatoren in Reihe geschaltet werden
oder die Vorrichtungen können auch parallel geschaltet werden, um max. Stromstärke
und konstante Spannung zu erzielen.
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Ein Ausgangssignal ist weiterhin aus jedem Rad über einen zugeordneten
Sender, bzw. Stromerzeuger zu erzielen, wobei diese Sender-Information auf einen
Komparator übertragen wird, der seinerseits einen Bremst wächter für die entsprechende
Bremse schaltet. Die Grösse des Hubes, d. h. die Grösse der Abplattung des Reifens
geht ebenfalls in die Messung ein.
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Obwohl die Erfindung anhand einiger aus gesuchter Ausführungsbeispiele
veranschaulicht
und beschrieben wurde, dienen letztere jedoch nur zur Erläuterung der Erfindung
und sind in keiner Weise einschränkender Art. Selbstverständlich ist die Erfindung
zahlreichen Abwandlungen und Veränderungen von fachmännischer Seite zugänglich,
die dann im Rahmen der folgenden Ansprüche als Äquivalente zur Erfindung liegen.
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Patentansprüche