NL2018061B1 - Voertuigwiel, in het bijzonder een fietswiel, naaf voor een dergelijk wiel en voertuig voorzien van een dergelijk wiel - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een voertuigwiel omvattende een naaf, een velg en een opblaasbare band, waarbij de naaf rondom een rotatie-as van het wiel is gelegen, een zich in hoofdzaak binnenin de naaf bevindende compressor, voor het samendrukken van buitenlucht, voorzien van een invoer voor het aanvoeren van lucht onder atmosferische druk, en een uitvoer voor het uitleveren van lucht onder een verhoogde druk; een aandrijving, voor het aandrijven van de compressor, waarbij de aandrijving ten opzichte van de rotatie as beweegbaar is, in het bijzonder roteerbaar is, meer in het bijzonder in tegenovergestelde richting roteerbaar is als de naaf; een luchtreservoir, voor het opslaan van de lucht onder verhoogde druk, waarbij het luchtreservoir zich binnenin de velg van het wiel bevindt; een verbinding voor het verbinden van de uitvoer van de compressor met het luchtreservoir of de opblaasbare band van het wiel.

Description

Voertuigwiel, in het bijzonder een fietswiel, naaf voor een dergelijk wiel en voertuig voorzien van een dergelijk wiel

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een voertuigwiel, in het bijzonder een fietswiel, naaf voor een dergelijk wiel en voertuig voorzien van een dergelijk wiel.

Wielnaven zijn algemeen bekend en vormen doorgaans onderdeel van een as naaf verbinding, bijvoorbeeld bij een fiets. De as van de fiets ligt daarbij doorgaans gelagerd in de naaf, welke naaf door middel van spaken is verbonden met de velg van een fietswiel. Het wiel draait, inclusief naaf, gelagerd om de as van de fiets.

Tijdens bijvoorbeeld fietswedstrijden is het van belang om met een vooraf bepaalde bandenspanning te rijden, waarbij deze spanning kan afhangen van de ondergrond waarover gefietst wordt. Minder spanning in de banden leidt doorgaans tot een groter contactoppervlak tussen de band en de ondergrond waardoor meer grip wordt verkregen dan met een hogere spanning. De hogere spanning met minder grip zorgt juist voor minder weerstand en dus voor meer snelheid. Om de bandenspanning tijdens bijvoorbeeld een wedstrijd of fietstocht naar de omstandigheden aan te passen, moet men afstappen en ofwel lucht uit de banden laten, ofwel lucht in de band pompen, wat veel tijd en moeite kost. Ook moet men tijdens het fietsen een losse fietspomp meenemen voor het kunnen oppompen van de band.

Het is daarom het doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een luchtdrukregelsysteem, welke kan worden gebruikt tijdens het fietsen of gedurende stilstand waarbij de luchtdruk verhoogd of verlaagd kan worden naar arbitrair te kiezen waarden.

De onderhavige uitvinding omvat daartoe een voertuigwiel, in het bijzonder een fietswiel, omvattende een naaf, een velg en een opblaasbare band, waarbij de naaf rondom een rotatie-as van het wiel is gelegen, welke naaf bij rotatie van het wiel rondom de stationaire rotatie-as roteert; een zich in hoofdzaak binnenin de naaf bevindende compressor, voor het samendrukken van buitenlucht, voorzien van een invoer voor het aanvoeren van lucht onder atmosferische druk, en een uitvoer voor het uitleveren van lucht onder een verhoogde druk; een aandrijving, voor het aandrijven van de compressor, waarbij de aandrijving ten opzichte van de rotatie-as beweegbaar is, in het bijzonder roteerbaar is, meer in het bijzonder in tegenovergestelde richting roteerbaar is als de naaf; een luchtreservoir, voor het opslaan van de lucht onder verhoogde druk, waarbij het luchtreservoir zich binnenin de velg van het wiel bevindt; een eerste verbinding voor het verbinden van de uitvoer van de compressor met het luchtreservoir of de opblaasbare band van het wiel; en een tweede verbinding voor het verbinden van het luchtreservoir en de opblaasbare band van het wiel.

De onderhavige uitvinding maakt aldus gebruik van energie uit een draaiend (fiets) wiel om een compressor aan te drijven waarmee het vervolgens mogelijk wordt hiermee een band op te pompen. Dankzij de aanwezigheid van het luchtreservoir is het mogelijk zowel rijdende als in stilstand in korte tijd de band op te kunnen pompen. Voor een verbeterde werking van het systeem is het gunstig om de bandenspanning in zeer korte tijd te kunnen veranderen, en bovendien dat er slechts zeer weinig energie benodigd is voor het aandrijven van een compressor, bij voorkeur uitgesmeerd over een langere periode, in plaats van veel benodigde energie in een korte periode. Wanneer er tijdens een fietswedstrijd bijvoorbeeld een verandering van ondergrond plaats vindt is het gunstig als de bandenspanning direct aangepast kan worden en hier op dat moment geen extra energie van de fietser gevraagd wordt. Wanneer er op dit moment wel extra energie gevraagd wordt om de bandenspanning aan te kunnen passen ontstaat hier in eerste instantie een nadeel voor de fietser in plaats van een voordeel, namelijk dat er veel energie benodigd is om de bandenspanning aan te passen en dit niet direct plaats vindt omdat de arbeid hiervoor op het moment van inschakelen nog geleverd moet gaan worden.

De compressor, welke zich in de naaf bevindt, drukt buitenlucht samen onder invloed van rotatie van de aandrijving rondom de rotatie-as. Tijdens voortbeweging, zoals fietsen, kan de compressor aldus worden aangedreven om buitenlucht samen te drukken. Deze samengedrukte lucht kan ofwel aan de op te blazen band van het wiel worden toegevoerd, bijvoorbeeld wanneer de druk in deze band lager is dan gewenst. Om de door de compressor samengedrukte lucht aan de opblaasbare band toe te voeren is een verbinding voorzien tussen de compressor en de band. De samengedrukte lucht kan ook worden opgeslagen in een luchtreservoir, bijvoorbeeld wanneer de druk in de band een gewenste druk heeft. Deze luchtopslag bevindt zich binnenin de velg van het wiel, waarmee geen additionele opslag of tanks op het wiel noodzakelijk zijn en er als gevolg hiervan ook geen sprake van gewichtstoename van het wiel zal zijn. Om de samengedrukte lucht uit het reservoir aan de opblaasbare band toe te voeren is een verbinding voorzien tussen het reservoir en de band. Bij voorkeur wordt de door de compressor samengedrukte lucht altijd toegevoerd aan het luchtreservoir, en wordt de band altijd opgepompt met lucht uit het luchtreservoir.

De compressor is bijvoorbeeld met de naaf verbonden, in het bijzonder vast en/of niet-roterend. Een beweging of rotatie van de naaf rondom de rotatie-as zorgt daarmee tegelijk voor een rotatie van de compressor rondom de rotatie-as. Dit is bijzonder gunstig wanneer de aandrijving van de compressor ook roteerbaar is om de rotatie-as, maar in tegengestelde richting. Hiermee kan een vergroot onderlinge rotatiesnelheid worden bereikt, wat tot een hogere compressor opbrengst leidt.

Het wiel omvat bijvoorbeeld een regeling, voor het regelen van de luchttoevoer, en het verbinden van de eerste verbinding met ofwel het luchtreservoir, ofwel de opblaasbare band. Een dergelijke regeling omvat bijvoorbeeld een pneumatische klep, zoals een twee- of driewegklep. Via dergelijke kleppen kunnen de onderlinge elementen naar wens worden gekoppeld. De regeling is bijvoorbeeld zodanig ingericht dat samengedrukte lucht naar de opblaasbare band wordt geleid via een eerste kanaal, en/of naar het luchtreservoir wordt geleid via een tweede kanaal. Indien de samengedrukte lucht niet naar één van deze kanalen kan, dan is het samendrukken niet gewenst en kan de compressor worden uitgeschakeld.

De eerste en/of tweede verbinding omvat bijvoorbeeld een holle spaak. De verbindingen koppelen het luchtreservoir en de band, welk reservoir en band zich aan de velgzijde van het wiel bevinden, met de compressor in de naaf. De verbinding tussen luchtreservoir en band loopt bijvoorbeeld via de eerste en/of tweede verbinding en via de naaf. Doorgaans strekken zich tussen deze wieldelen spaken uit. Door de verbindingen te voorzien in een holle spaak wordt het uiterlijk van het wiel minimaal aangepast, en hoeft de constructie van het wiel niet onnodig veranderd te worden. Het is bijvoorbeeld ook mogelijk dat de eerste en tweede verbinding coaxiaal zijn opgesteld. Hiermee zou voor beide verbindingen eenzelfde spaak gebruikt kunnen worden, waarbij bijvoorbeeld de binnenkant voor de eerste verbinding en de ruimte tussen de binnenkant van de eerste verbinding en de binnenkant van de spaak als tweede verbinding dienst kan doen.

De naaf is bijvoorbeeld voorzien van een luchttoevoer, voor het toevoeren van lucht aan de invoer van de compressor, waarbij de luchttoevoer bij voorkeur is voorzien van een labyrint en bijvoorbeeld filter, voor het voorkomen van intreden van vuil en water in de naaf. De compressor, die zich binnenin de naaf bevindt, wordt aldus via de luchttoevoer van de naaf van (samen te drukken) buitenlucht voorzien. Het labyrint zorgt ervoor dat stof, modder en vocht niet, (of althans in mindere mate,) aan de compressor wordt toegevoerd, om vervuiling van de compressor te voorkomen. De luchttoevoer is bijvoorbeeld tevens ingericht als luchtafvoer, waarbij bij het afvoeren van lucht bijvoorbeeld het labyrint schoon wordt geblazen. De toevoer van lucht via de toevoer heeft een, althans voor bijvoorbeeld vuil, aanzuigende werking waarbij vuil zich op of in het labyrint verzameld. Wanneer lucht wordt afgeblazen door de compressor, en dit afblazen via dezelfde toevoer plaatsvindt, wordt eventueel verzameld vuil aldus uit of van het labyrint weggeblazen. Doordat de uitgeblazen lucht een hogere luchtdruk heeft dan de omgeving kan het eventuele vuil gemakkelijk worden weggeblazen. Dit reinigt het labyrint en de luchttoevoer.

De compressor is bijvoorbeeld ingericht om lucht in ten minste twee afzonderlijke stappen samen te drukken, waarbij de compressor bijvoorbeeld is ingericht om lucht in een eerste stap tot een druk in het luchtreservoir tot 6 bar samen te drukken, in het bijzonder tot ongeveer 4 bar, en in een opvolgende tweede stap de samengedrukte lucht verder samen te drukken, tot een druk tot 18 bar, in het bijzonder tot 12 bar. Het in meerdere stappen samendrukken van de lucht leidt tot minder energieverlies in deze stappen. De compressor is bijvoorbeeld ingericht om lucht in ten minste twee afzonderlijke stappen samen te drukken, in een eerste stap tot 4 tot 6 maal atmosferische druk, en in een tweede stap tot 3 maal de eerste druk.

Het samendrukken van de lucht verloopt doorgaans isentropisch, zonder energie-uitwisseling met de omgeving met een snelle compressie. Een dergelijke samendrukking leidt tot een opwarming van de lucht en opvolgende samendrukking kost vervolgens meer arbeid. De toename in arbeid bij samendrukking is afhankelijk van de verhouding in het beginvolume en het eindvolume van de samendrukslag, als ook van een coëfficiënt, volgens onderstaande formule: 1 - (—1k_1

In deze formule is Vi het beginvolume van de samendrukking, en V2 het eindvolume van de samendrukking. De coëfficiënt, k, is bij isentropische samendrukking gelijk aan 1.4, en bij (langzame) isothermische samendrukking gelijk aan 1.0. Bij isothermische samendrukking is er aldus geen toename in arbeid. Aangezien de toename in arbeid dus afhankelijk is van de relatieve volumes (begin en eind), is het voordelig om het verschil (verhouding) in deze volumes per samendrukslag te beperken.

De compressor omvat bijvoorbeeld een opslag, voor het opslaan van in een eerste stap samengedrukte lucht onder een eerste verhoogde druk, waarbij de opslag zich bij voorkeur binnenin de naaf bevindt. De tweede stap drukt opvolgend bijvoorbeeld de lucht uit de opslag verder samen, tot de gewenste of verhoogde einddruk.

De compressor omvat bijvoorbeeld ten minste twee zuigers of balgen, voor het samendrukken van lucht, waarbij elke zuiger of balg bijvoorbeeld is voorzien van een terugslagklep, welke klep luchttoevoer toestaat, maar lekken van samengedrukte lucht tegengaat. De compressor is bijvoorbeeld een verdringerpomp. De zuigers of balgen zijn daarbij ingericht voor het inlaten van druk onder een eerste druk, bijvoorbeeld atmosferische druk, via een leiding of opening met een terugslagklep. Hierdoor wordt voorkomen dat lucht, welke wordt samengedrukt in de compressor, weer naar de buitenlucht ontsnapt. De balgen zijn bijvoorbeeld (glasvezel) versterkte balgen, zodanig dat deze tegen verhoogde drukken, in het bijzonder uit de tweede of opvolgende stap, bestand zijn. De versterking van de balgen omvat bijvoorbeeld glasvezel, zijde, nomax, dyneema of kevlar.

De compressor omvat bijvoorbeeld meerdere cilinders, welke star met de naaf zijn verbonden, en meerdere zuigers, welke zijn ingericht om in de cilinders te bewegen, in radiale richting ten opzichte van de rotatie-as. De zuigers worden bijvoorbeeld onder invloed van rotatie van de aandrijving van de compressor in de cilinders heen en weer bewogen. De cilinders zijn bijvoorbeeld evenredig, op gelijke afstand, verdeeld over een (denkbeeldige) omtrek van de naaf, of equidistant om de rotatie-as gelegen. De cilinders kunnen ook in meerdere schillen verdeeld zijn, waarbij elke schil ten minste twee cilinders omvat, op gelijke afstanden verdeeld over de omtrek van de naaf, waarbij de schillen in hoofdzaak parallel aan elkaar liggen. Elke schil strekt zich op een andere positie van de rotatie-as in hoofdzaak in radiale richting uit. Op deze manier kunnen meerdere cilinders en zuigers in dezelfde naaf, door eenzelfde aandrijving, worden aangedreven, waarbij de aandrijving van elke schil ten opzichte van andere schillen kan worden ingesteld, bijvoorbeeld door een nokkenas op de aandrijving. Elke zuiger is bijvoorbeeld voorzien van een nokkenvolger, en de aandrijving is bijvoorbeeld voorzien van een noksysteem, waaraan de nokkenvolgers worden gekoppeld. De nokken van het noksysteem doorloopen tijdens rotatie bijvoorbeeld een excentrische cirkel ten opzichte van de rotatie-as, en de met de nokvolger verbonden zuiger doorloopt daarmee een translerende, heen en weer gaande beweging, binnenin de cilinder.

De compressor is bijvoorbeeld van een verdringer type of een zuigerpomp. Voordeel van dergelijke compressors is dat deze een hoge drukopbouw hebben en zelf aanzuigend zijn. Bovendien is de maximale drukopbouw in hoofdzaak snelheidsonafhankelijk, in tegenstelling tot bijvoorbeeld een centrifugaalpomp of een schottenpomp.

De aandrijving omvat bijvoorbeeld een rond de rotatie-as roteerbare nokkenas, voor het omzetten van rotatie van de aandrijving in een reciproke of pompende beweging, in het bijzonder loodrecht op de rotatie-as of in radiale richting. De nokkenas is bijvoorbeeld voorzien van een centrale as met meerdere uitkragingen, waarbij de uitkragingen ten opzichte van elkaar zijn versprongen in radiale richting. Elke uitkraging kan daarmee worden ingezet voor het creëren van een beweging in radiale richting op verschillende locaties op de centrale as, en zo bijvoorbeeld de verschillende compressiestappen van de compressor aansturen, aan de hand van dezelfde roterende beweging van de aandrijving.

De compressor en de aandrijving zijn bijvoorbeeld voorzien van vertandingen, welke door middel van een planetaire tandwielkoppeling zijn verbonden, waarbij de vertanding van de planetaire koppeling en de vertanding van de compressor bijvoorbeeld een verhouding hebben groter dan 1. Een dergelijke verhouding zorgt voor een versnelling van de samendrukkende of pompende beweging. Een dergelijke versnelling zorgt er vervolgens voor dat, voor eenzelfde samendrukking, kleinere compressordelen gebruikt kunnen worden. De compressor omvat daarbij bijvoorbeeld het satellietwiel van het planeetwielmechanisme, en de aandrijving de planeetwieldrager met een centrale as, welke onderling worden verbonden door ten minste twee planeetwielen. Een planetaire tandwielkoppeling, of planeetwielmechanisme, heeft als voordeel dat afhankelijk van de onderlinge fixatie van de verschillende elementen, verschillende functies vervuld kunnen worden. Wanneer geen van de delen van de koppeling bijvoorbeeld gefixeerd is, draaien alle elementen gezamenlijk rond, met dezelfde hoeksnelheid. Dit resulteert in geen onderling verschil tussen de aandrijving en de compressor, en wordt de compressor aldus niet aangedreven. Wanneer de planeetwielen worden gefixeerd ten opzichte van de overige elementen, draaien het satellietwiel en de drager in omgekeerde richting, en is het onderlinge snelheidsverschil het grootst.

De aandrijving van de compressor is bijvoorbeeld in een ontkoppelde toestand samen met de naaf rondom de stationaire rotatie-as roteerbaar, in het bijzonder met in hoofdzaak dezelfde hoeksnelheid, waarbij de aandrijving van de compressor in een gekoppelde toestand ten opzichte van de naaf roteert, in het bijzonder in tegengestelde richting. Een ontkoppelde toestand van de aandrijving komt daarbij bijvoorbeeld overeen met een planeetwielconfiguratie waarin geen van de delen onderling zijn gefixeerd. Tijdens rotatie van het wiel, en daarmee rotatie van de naaf en de compressor, draait de aandrijving van de compressor met dezelfde hoeksnelheid mee, en wordt de compressor aldus niet aangedreven. De ontkoppelde toestand van de aandrijving is aldus een vrije toestand waarin niet samengedrukt wordt.

De naaf omvat bijvoorbeeld een koppelschijf, welke schijf in ontkoppelde toestand samen met de naaf rond de rotatie-as roteert, en welke schijf in gekoppelde toestand met de rotatie-as is verbonden. In een gekoppelde toestand wordt de schijf met de rotatie-as verbonden, welke as stationair is ten opzichte van de naaf.

In gekoppelde toestand wordt de koppelschijf dus gefixeerd. Wanneer de planetaire tandwielen zich op de koppelschijf bevinden, leidt en dergelijke verbinding (of fixatie) tot een rotatie van de aandrijving, in tegenovergestelde richting in vergelijking met het satellietwiel, welke zich doorgaans op de compressor bevindt.

De koppeling van de koppelschijf vindt bijvoorbeeld door middel van een elektromechanische actuator of een hydraulische of pneumatische aandrijving plaats, of een combinatie hiervan. Voordeel van een hydraulische aandrijving of aansturing van de koppelschijf is dat bestaande hydraulische systemen van bijvoorbeeld fietsen of auto’s hiervoor gebruikt kunnen worden. Voordeel van een elektromechanische actuator is dat deze kan worden geautomatiseerd en/of op afstand aan te sturen is.

Het wiel omvat bijvoorbeeld tevens een koppelmechanisme, voor het veranderen van de toestand van de koppelschijf, in het bijzonder onder invloed van een extern signaal, zoals een remmende actie of een aansturingssignaal van een aanstuureenheid. Het laten samendrukken van buitenlucht in de compressor van het wiel kost energie, welke energie bijvoorbeeld tijdens een fietswedstrijd liever voor voortbeweging en snelheid wordt aangewend. Remmen levert doorgaans echter energie op, waarbij typisch warmte in remblokken vrijkomt. Wanneer deze energie (mede) gebruikt wordt om de compressor aan te drijven, levert dit op termijn energiewinst op. Het koppelmechanisme is bijvoorbeeld ingericht om de koppelschijf te fixeren of verbinden met de rotatie-as wanneer een remmende actie wordt beoogd (bijvoorbeeld door het indrukken van een rempedaal of het inknijpen van een remhendel).

Het koppelmechanisme omvat bijvoorbeeld een hefmagneet. Door een dergelijke magneet al dan niet te bekrachtigen wordt een kracht al dan niet op de koppelschijf uitgeoefend, waarmee de toestand van de koppelschijf kan worden veranderd en de compressor bijvoorbeeld kan worden ingeschakeld.

De naaf is bijvoorbeeld voorzien van een GPS-ontvanger. In een voorkomend geval wordt het wiel volgens de vinding ingezet tijdens een wedstijd, waarin een vooraf bepaald parcours wordt afgelegd. Afhankelijk van de ondergrond, en dus de plaats op het parcours, is een bepaalde bandenspanning optimaal. Deze spanning kan vooraf worden bepaald, en worden gekoppeld aan een specifieke locatie op het parcours. Afhankelijk van het ontvangen GPS signaal, en daarmee afhankelijk van de positie op het parcours, kan aldus automatisch de gewenste bandenspanning bereikt worden, bijvoorbeeld door de band op te pompen (ofwel via de compressor, ofwel via het luchtreservoir), of leeg te laten.

Het wiel volgens de onderhavige vinding is bijvoorbeeld aan te sturen door middel van een besturingssysteem. Dit besturingssysteem bevindt zich bijvoorbeeld op een computer, zoals een fietscomputer, of op een mobiele telefoon zoals een smartphone. Fietscomputers maken doorgaans gebruik van Bluetooth of een ANT+ protocol. Voor communicatie middels dergelijke systemen is de naaf bijvoorbeeld voorzien van een chip voor draadloze communicatie, als ook van een energiebron, zoals een accu of batterij, voor het bekrachtigen van de chip. De naaf omvat dus bijvoorbeeld een spanningsbron, zoals een batterij of een accu. De spanningsbron bevindt zich bij voorkeur in een afgesloten waterdichte ruimte of kamer van de naaf. De naaf kan tevens zijn voorzien van een voltagemeter, in contact met de spanningsbron, voor het bepalen van het voltage van de spanningsbron. De spanningsbron is bij voorkeur oplaadbaar, bijvoorbeeld door middel van rotatie van de naaf, of door middel van een dynamo, of via een micro-USB aansluiting. De spanningsbron kan zijn ingericht voor het bekrachtigen van verschillende elektronische componenten in de naaf. De spanningsbron heeft een spanning van bijvoorbeeld 3, 6, 9 of 12 Volt. Eventueel kan de toestand van de energiebron aan het besturingssysteem worden gezonden, waarbij het besturingssysteem bijvoorbeeld een indicator omvat voor het tonen van de toestand van de energiebron.

De naaf omvat bijvoorbeeld ook ten minste één druksensor, voor het vaststellen van de druk in de opblaasbare band, in het luchtreservoir, in de compressor en/of de interne opslag van de compressor. Met de sensoren kan de druktoestand in het wiel worden vastgesteld, en op basis van de vastgestelde drukken kan bijvoorbeeld worden bepaald om de samengedrukte lucht aan de band toe te voeren, lucht uit de band te laten, of niets te veranderen. De naaf kan tevens een snelheidssensor omvatten, voor het bepalen van de rotatiesnelheid van de naaf. De naaf kan bovendien worden voorzien van een inclinatiesensor of rotatiesensor, voor het registeren van activiteit van de aandrijving van de compressor. Hiermee kan worden vastgesteld of de compressor actief is, en op basis hiervan kan een signaal worden uitgezonden.

De naaf omvat aldus bijvoorbeeld een besturingssysteem, welk systeem bijvoorbeeld is ingericht om de compressor in te schakelen wanneer de luchtdruk in het luchtreservoir onder een vooraf bepaalde waarde valt, ofwel waarbij de besturingseenheid is ingericht om de compressor in te schakelen op basis van een extern signaal, zoals het indrukken van een knop door de gebruiker van het voertuig.

Het is bijvoorbeeld mogelijk om de compressor in te schakelen, dan wel een onderlinge rotatie tussen compressor en aandrijving, in het bijzonder een tegengestelde rotatie, te bereiken, op basis van een remmende actie, of op basis van aansturing van buitenaf, bijvoorbeeld op basis van een door het besturingssysteem afgegeven signaal. Dit maakt het mogelijk om zowel remmende energie te gebruiken om lucht samen te drukken, als lucht samen te drukken tijdens normaal voortbewegen van het wiel.

De naaf is bijvoorbeeld tevens voorzien van een koppelstuk, zoals een ventiel, aan de buitenzijde van de naaf. Dit koppelstuk is bijvoorbeeld ingericht om te worden verbonden met een externe drukbron, zoals een fietspomp of een luchtcompressor, voor het oppompen van de band en/of het vullen van het luchtreservoir met lucht onder een vooraf bepaalde druk. Het vooraf op spanning brengen van het luchtreservoir verminderd de noodzakelijke compressie tijdens het ronddraaien van het wiel, en dus de noodzakelijke arbeid, in het bijzonder tijdens fietsen. Dit koppelstuk is bijvoorbeeld ingericht voor het leeg laten lopen van het reservoir. Bijvoorbeeld wanneer de naaf wordt gebruikt bij wedstrijden, zoals fietswedstrijden, is het denkbaar dat ieder met een leeg reservoir dient te beginnen, om zodanig iedere fietser gelijke kansen te geven.

De onderhavige vinding heeft tevens betrekking op een naaf, kennelijk voor gebruik in een wiel volgens de onderhavige uitvinding, als ook op een voertuig, in het bijzonder een fiets, voorzien van ten minste één wiel de onderhavige uitvinding.

De uitvinding zal worden verduidelijkt aan de hand van in navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: - figuur 1 schematisch een fiets volgens de onderhavige uitvinding; - figuur 2 schematisch een wiel volgens de onderhavige uitvinding, met twee verbindingen; - figuur 3 schematisch een wiel volgens de onderhavige uitvinding, met coaxiale verbindingen; - figuur 4 schematisch een explosietekening van een compressor in een naaf volgens de onderhavige uitvinding - figuur 5 schematisch een dwarsdoorsnede langs lijn l-l uit figuur 4 - figuur 6 schematisch twee explosietekeningen, 6A en 6B, van de compressor volgens figuur 4 en 5 - figuur 7 schematisch een koppeling voor het inschakelen van een compressor volgens de onderhavige uitvinding - figuur 8 een schematisch aanzicht van de compressor met planeetwielaandrijving. - figuur 9 schematisch een koppeling voor het inschakelen van een compressor volgens de onderhavige uitvinding; - figuur 10 schematisch de explosietekening van figuur 9 in niet geëxplodeerde toestand; en - figuur 11 schematisch een explosietekening van een naaf volgens de onderhavige uitvinding.

Figuur 1 toont schematisch een fiets (1), als voorbeeld van een voertuig (1) volgens de vinding. De fiets (1) is voorzien van twee wielen (2), elk met een naaf (3), een velg (4) en een band (5). Elke naaf (3) is met het bijbehorende wiel (2) verbonden middels twee verbindingen, een eerste verbinding (6) en een tweede verbinding (7). De verbinding kan bijvoorbeeld ook coaxiaal, zoals bijvoorbeeld getoond in figuur 3.

Figuur 2 toont schematisch een wiel (2) volgens de onderhavige uitvinding, met twee uitvergrotingen, 2A en 2B van de bandzijde. Het wiel (2) omvat een naaf (3), een velg (4) en een band (5). De naaf (3) is door een eerste verbinding (6) met de band (5) verbonden, en door een tweede verbinding (7) verbonden met een luchtreservoir (8) binnenin de velg (4). In dit reservoir (8) kan samengedrukte lucht worden opgeslagen, en dit reservoir (8) loopt bijvoorbeeld rondom in hoofdzaak de hele velg, zodat alle losse ruimte in de velg gebruikt kan worden voor luchtopslag. Via de tweede verbinding (7) kan deze lucht bijvoorbeeld weer aan de naaf (3) worden teruggeleid, en via de eerste verbinding (6) aan de band (5) worden toegevoerd, om deze band (5) op te kunnen pompen. De verbinding kan bijvoorbeeld ook coaxiaal, zoals bijvoorbeeld getoond in figuur 3.

Figuur 3 toont schematisch een wiel zoals figuur 2, waarbij de verbindingen coaxiaal zijn opgesteld. Figuur 3 toont schematisch een wiel (2) volgens de onderhavige uitvinding, met één uitvergrotingen, 3A, van de bandzijde. Het wiel (2) omvat een naaf (3), een velg (4) en een band (5). De naaf (3) is door een eerste verbinding (6) met de band (5) verbonden, en door een tweede verbinding (7) verbonden met een luchtreservoir (8) binnenin de velg (4). In dit reservoir (8) kan samengedrukte lucht worden opgeslagen, en dit reservoir (8) loopt bijvoorbeeld rondom in hoofdzaak de hele velg, zodat alle losse ruimte in de velg gebruikt kan worden voor luchtopslag. Via de tweede verbinding (7) kan deze lucht bijvoorbeeld weer aan de naaf (3) worden teruggeleid, en via de eerste verbinding (6) aan de band (5) worden toegevoerd, om deze band (5) op te kunnen pompen. De eerste verbinding (6) is in de weergegeven verbinding de binnenkant van het coaxiale stelsel, en de buitenwand vormt de tweede verbinding (7). De tweede verbinding (7) staat bijvoorbeeld middels openingen (O) in verbinding met het reservoir (8).

Figuur 4 toont schematisch een explosietekening van de compressor (10) in een naaf (3) volgens de onderhavige uitvinding. De compressor (10) omvat een zestal pompelementen, die per drie in twee schillen zijn gepositioneerd. Een eerste drietal pompelementen (11), en een tweede drietal pompelementen (12). De compressor (10) is rondom een rotatie-as (13) draaibaar, waarbij een nokkenas (14) deze draaiende beweging omzet in een translerende, heen en weer gaande beweging binnenin de pompelementen (11, 12). Samengedrukte lucht kan door middel van de eerste (6) en tweede verbindingen (7) ofwel naar een luchtreservoir (8) of een band (5) van het wiel (2) worden gebracht. De verbinding kan bijvoorbeeld ook coaxiaal, zoals bijvoorbeeld getoond in figuur 3. De nokkenas (14) functioneert daarbij als aandrijving van de compressor (10). De loze ruimte (R) in de naaf (3) doet bijvoorbeeld dienst als interne opslag (R) van de naaf. In een eerste stap samengedrukte buitenlucht wordt bijvoorbeeld in deze loze ruimte (R) opgeslagen, alvorens het in een tweede stap tot een hogere druk wordt gebracht.

Figuur 5 toont schematisch een dwarsdoorsnede langs lijn I-I uit figuur 4. In de doorsnede wordt de compressor (10) getoond, welke draaibaar is rondom een stationaire rotatie-as (13). Rondom de rotatie-as (13) is tevens een nokkenas (14) voorzien. Deze nokkenas (14) omvat meerdere nokken (15), welke aangrijpen op nokvolgers (16) van de pompelementen (11, 12). Bij een onderlinge rotatie van de nokkenas (14) en de compressor (10) stuwen de nokken (15) afwisselend verschillende nokvolgers (16) heen en weer, om zodanig de onderlinge rotatie in een translerende, heen en weer gaande beweging, om te zetten. De eerste pompelementen (11) zijn met balgen (17) voorzien, en de tweede pompelementen (12) met zuigers (18), al kunnen hier natuurlijk ook andere elementen voor worden ingezet. Door middel van conventionele terugslagkleppen kan de toevoer en uitvoer van lucht uit de pompelementen (11, 12) worden geregeld. In een uitvoeringsvorm is het bijvoorbeeld zo dat, onder invloed van een onderlinge rotatie van nokkenas (14) en compressor (10), en resulterende translerende beweging van de nokvolgers (16), buitenlucht in de tweede pompelementen (12) wordt samengedrukt, en wordt opgeslagen in een loze ruimte (R) van de naaf (3). Deze samengedrukte lucht wordt vervolgens aan de eerste pompelementen (11) toegevoerd, waar de lucht verder wordt samengedrukt. De buitenlucht wordt bijvoorbeeld via de ruimte (A) rondom de rotatie-as (13) en nokkenas (14) aangevoerd.

Figuur 6 toont schematisch twee explosietekeningen, 6A en 6B, van de compressor (10) volgens figuur 4 en 5. In de getoonde weergave zijn afsluiters (19) voorzien voor de pompelementen (11, 12), waarin een invoer (20) en een uitvoeropening (21) zijn aangebracht, voor het toevoeren van lucht, en het uitvoeren van (verder) samengedrukte lucht. De openingen (20, 21) kunnen bijvoorbeeld van terugslagkleppen worden voorzien. Figuur 6A toont een weergave waarin de nokkenas (14), met nokken (15) zichtbaar is, en de nokvolgers (16) van de pompelementen (11, 12). In figuur 6B wordt een weergave vanaf de andere zijde getoond, waarbij de aandrijving van de compressor (10) zichtbaar is. De aandrijving (22) zoals getoond in figuur 6B is van het planeetwieltype. De compressor (10) is voorzien van een satellietwiel (23), en de aandrijving (22) fungeert als centrale as met drager (22). Het satellietwiel (23) en de aandrijving (22) worden onderling gekoppeld door twee planeetwielen (24), en de aandrijving (22) is verbonden met de nokkenas (14).

Afhankelijk van de onderlinge fixatie van de verschillende elementen van een dergelijk planeetwielmechanisme zouden verschillende functies vervuld kunnen worden. Wanneer geen van de delen van de koppeling bijvoorbeeld gefixeerd is, draaien alle elementen gezamenlijk rond, met dezelfde hoeksnelheid. Dit resulteert in geen onderling verschil tussen de aandrijving (22) en het satellietwiel (23), en dus geen onderling rotatieverschil tussen de compressor (10) en de nokkenas (14), en wordt de compressor (10) aldus niet aangedreven. Wanneer de drager van de planeetwielen (24) worden gefixeerd ten opzichte van de overige elementen, zodanig dat de wielen (24) niet meer samen draaien met het satellietwiel (23), dan draaien het satellietwiel (23) en de drager (22) in tegengestelde richting. Dit resulteert in een onderlinge (tegengestelde) rotatie van nokkenas (14) en compressor (10), en wordt de compressor (10) aldus aangedreven.

Figuur 7 toont schematisch een koppeling voor het inschakelen van een compressor volgens de onderhavige uitvinding. Figuur 7 toont schematisch de planeetwielen (24) van figuur 5B. Deze planeetwielen (24) zijn aangebracht op een koppelingsplaat (25). Deze koppelingsplaat draait (25) in ontkoppelde toestand met dezelfde omwentelingssnelheid als de compressor (10), en de rest van de naaf (3). De koppelingsplaat (25) kan in gekoppelde toestand, door middel van een tweetal stilstaande klauwen (26) worden gefixeerd, zodanig dat de koppelingsplaat (25) tegen de klauwen (26) aankomt en niet langer met de compressor (10) en de rest van de naaf (3) roteert. De klauwen zijn bijvoorbeeld met de stationaire rotatie-as (13) verbonden, die ook niet met de naaf (3) ronddraait. De planeetwielen (24) zijn echter wel roteerbaar in de koppelingsplaat (25) voorzien. Doordat de planeetwielen (24) niet meer samen met het satellietwiel (23) van de compressor (10) omwentelen, zullen de planeetwielen (24) ten opzichte van het satellietwiel (23) roteren, en deze rotatie doorgeven aan de aandrijving (22) van de compressor. Het middels klauwen (26) afremmen van roterende schijven gebeurt bijvoorbeeld op een bekende manier zoals doorgaans schijfremmen worden toegepast.

Figuur 8 toont een schematisch aanzicht van de compressor (10), met satellietwiel (23), planeetwiel (24) en aandrijving (22) van de compressor (10). Wanneer het satellietwiel (23) met de naaf (3) omwentelt, en het planeetwiel (24) niet mee kan draaien omdat deze is gefixeerd, dan zal het planeetwiel (24) ten opzichte van de compressor (10) en deze rotatie doorgeven aan de aandrijving (22), en daarmee een rotatie van de met de aandrijving (22) verbonden nokkenas (14) bereiken. Deze rotatie wordt door middel van de nokken (15) en nokkenvolgers (16) in een pompende beweging van de pompelementen (11, 12) omgezet.

Figuur 9 toont schematisch een manier om de compressor (10) in te schakelen, of te koppelen. Figuur 9 toont een explosietekening, van de koppelingsplaat (25), waarin de planeetwielen (24) zijn aangebracht, bijvoorbeeld volgens figuur 6, 7 of 8. Daarnaast is een klauwhouder (27) getoond, voorzien van frictieplaten (28). Opvolgend is een klauwplaat (29) met klauwen (26) getoond. De koppelingsplaat (25) draait mee met de naaf in ontkoppelde toestand, de klauwhouder (27) en de klauwplaat (29) staan stil.

In een gekoppelde toestand wordt de koppelingsplaat (25) tegen de frictieplaten (28) bewogen, en remt de koppelingsplaat (25), totdat deze samen met de frictieplaten (28) en de klauwhouder (27) stilstaat. Naast de klauwplaat (29) is een basisplaat (30) voorzien, welke deel uit maakt van de behuizing van de naaf (3). Tegen de basisplaat (30) loopt een bevestigingsplaat (33) voor de schijfrem (39) (via adapterschijf (40)). Deze plaat (33) kan vrij roteren over een hoek ten opzichte van de basisplaat (30). Rotatie vind plaats indien de schijfrem (39) bekrachtigd wordt tijdens het voortbewegen, of fietsen. Indien de rem losgelaten wordt zal ten gevolge van een rotatieveer (37) de plaat (30) weer in de uitgangspositie terug komen. De rotatie wordt begrensd door nokken (31) van de basisplaat (30). De plaat (33) is voorzien van een volgprofiel (34). Dit volgprofiel zorgt ervoor dat ten gevolge van de relatieve rotatie van de plaat (33) ten opzichte van de basisplaat (30) de profielvolgschijf (32) axiaal kan verplaatsen. De profielvolgschijf (32) kan zelf niet ten opzichte van de basisplaat (30) roteren, maar is wel verend in axiale richting bevestigd aan de basisplaat (30). Bij axiale verplaatsing van de profielvolgschijf (32) maakt deze schijf contact met de actuatorschijf (35) waardoor deze schijf ook axiaal zal kunnen verplaatsen. Deze schijf is middels een aantal stangen (36) verbonden met de klauwplaat (29). Een verdraaiing van de bevestigingsplaat (33) zorgt aldus voor een axiale verschuiving van de actuatorschijf (35) en klauwplaat (29), naar buiten toe (van de koppelingsplaat (25) af), en uiteindelijk dus voor een koppeling tussen koppelingsplaat (25) en frictieplaat (28).

De basisplaat (30) is voorzien van een drukveer (38), welke ervoor zorgt dat wanneer ontkoppeld wordt, de klauwplaat (29) ontkoppeld wordt van de koppelingsplaat (25). Hierdoor zal ook de actuatorschijf (35) weer axiaal ,naar binnen gericht, kunnen bewegen. Tijdens ontkoppelen zal de profielvolgschijf (32) ook axiaal naar binnen toe gericht verplaatsen. Deze verplaatsing is groter dan de axiale verplaatsing van de actuatorschijf (35), waardoor de roterende naaf behuizing na ontkoppelen geen contact meer maakt met de statische actuatorschijf (35), waardoor er geen slijtage en vermogensverlies optreedt.

Figuur 10 toont de explosietekening van figuur 9 in gekoppelde toestand, waarin ook een schijfrem (39) is ingetekend.

Figuur 11 toont een explosietekening van een complete naaf (3) volgens de vinding.

Claims (16)

1. Voertuigwiel, in het bijzonder een fietswiel, omvattende: a) een naaf, een velg en een opblaasbare band b) waarbij de naaf rondom een rotatie-as van het wiel is gelegen, welke naaf bij rotatie van het wiel rondom de stationaire rotatie-as roteert c) een zich in hoofdzaak binnenin de naaf bevindende compressor, voor het samendrukken van buitenlucht, voorzien van een invoer voor het aanvoeren van lucht onder atmosferische druk, en een uitvoer voor het uitleveren van lucht onder een verhoogde druk; d) een aandrijving, voor het aandrijven van de compressor, waarbij de aandrijving ten opzichte van de rotatie-as beweegbaar is, in het bijzonder roteerbaar is, meer in het bijzonder in tegenovergestelde richting roteerbaar is als de naaf; e) een luchtreservoir, voor het opslaan van de lucht onder verhoogde druk, waarbij het luchtreservoir zich binnenin de velg van het wiel bevindt; f) een eerste verbinding voor het verbinden van de uitvoer van de compressor met het luchtreservoir of de opblaasbare band van het wiel; en g) een tweede verbinding voor het verbinden van het luchtreservoir en de opblaasbare band van het wiel.

2. Wiel volgens conclusie 1, waarbij de compressor met de naaf is verbonden, in het bijzonder vast en/of niet-roterend.

3. Wiel volgens conclusie 1 of 2, omvattende een regeling, voor het regelen van de luchttoevoer, en het verbinden van de eerste verbinding met ofwel het luchtreservoir, ofwel de opblaasbare band, waarbij de regeling bijvoorbeeld een twee- of driewegklep omvat.

4. Wiel volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste en/of tweede verbinding een holle spaak omvat, en/of waarbij de eerste en tweede verbinding coaxiaal zijn opgesteld.

5. Wiel volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de naaf is voorzien van een luchttoevoer, voor het toevoeren van lucht aan de invoer van de compressor, waarbij de luchttoevoer bij voorkeur is voorzien van een labyrint, voorkomen van intreden van vuil en water in de naaf, waarbij de luchttoevoer bijvoorbeeld tevens is ingericht als luchtafvoer, waarbij bij het afvoeren van lucht bijvoorbeeld het labyrint schoon wordt geblazen.

6. Wiel volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de compressor is ingericht om lucht in ten minste twee afzonderlijke stappen samen te drukken, waarbij de compressor bijvoorbeeld is ingericht om lucht in een eerste stap tot een druk in het luchtreservoir tot 6 bar samen te drukken, en in een opvolgende tweede stap de samengedrukte lucht verder samen te drukken, tot een druk tot 18 bar.

7. Wiel volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de compressor een opslag omvat, voor het opslaan van in een eerste stap samengedrukte lucht onder een eerste verhoogde druk, waarbij de opslag zich bij voorkeur binnenin de naaf bevindt.

8. Wiel volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de compressor ten minste twee zuigers of balgen omvat, voor het samendrukken van lucht, waarbij elke zuiger of balg bijvoorbeeld is voorzien van een terugslagklep, welke klep luchttoevoer toestaat, maar lekken van samengedrukte lucht tegengaat.

9. Wiel volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de aandrijving een rond de rotatie-as roteerbare nokkenas omvat, voor het omzetten van rotatie van de aandrijving in een reciproke of pompende beweging, in het bijzonder loodrecht op de rotatie-as of in radiale richting.

10. Wiel volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de compressor en de aandrijving zijn voorzien van vertandingen, welke door middel van een planetaire tandwielkoppeling zijn verbonden, waarbij de vertanding van de planetaire koppeling en de vertanding van de compressor bijvoorbeeld een verhouding hebben groter dan 1.

11. Wiel volgens conclusie, waarbij de aandrijving van de compressor in een ontkoppelde toestand samen met de naaf rondom de stationaire rotatie-as roteert, in het bijzonder met in hoofdzaak dezelfde hoeksnelheid, en waarbij de aandrijving van de compressor in een gekoppelde toestand ten opzichte van de naaf roteert, in het bijzonder in tegengestelde richting

12. Wiel volgens conclusie 11, waarbij de naaf een koppelschijf omvat, welke schijf in ontkoppelde toestand samen met de naaf rond de rotatie-as roteert, en welke schijf in gekoppelde toestand met de rotatie-as is verbonden.

13. Wiel volgens conclusie 10, 11 of 12, waarbij de planetaire tandwielen zich op de koppelschijf bevinden, en in het bijzonder roteerbaar op de koppelschijf zijn aangebracht.

14. Wiel volgens conclusie 12 of 13, omvattende een koppelmechanisme, voor het veranderen van de toestand van de koppelschijf, in het bijzonder onder invloed van een extern signaal, zoals een remmende actie of een aansturingssignaal van een aanstuureenheid.

15. Naaf, kennelijk voor gebruik in een wiel volgens één van de voorgaande conclusies.

16. Voertuig, in het bijzonder een fiets, voorzien van ten minste één wiel volgens één van de voorgaande conclusies 1-14.