DE202017006079U1

DE202017006079U1 - System eines oder mehrerer berührungsloser Wirbelstromgeneratoren an stromleitenden Gegenelementen mit zueinander leistungsoptimierter Anordnung sowie dessen Anwendung an Fahrzeugen, insbesondere Fahrrädern

Info

Publication number: DE202017006079U1
Application number: DE202017006079.5U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-25
Filing date: 2017-11-25
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2027-11-26
Also published as: US11716007B2; US20200369338A1; WO2019101360A1

Abstract

System eines oder mehrerer berührungsloser Wirbelstromgeneratoren an stromleitenden Gegenelementen (2), deren Anordnung zueinander die Stromerzeugung bereits bei niedriger Relativgeschwindigkeit zum bewegten Gegenelement erlaubt und auch bei minimaler Generatorgröße eine Wirbelstromverzahnung in praxisgerechtem Abstand zum Gegenelement erlaubt.

Description

System eines oder mehrerer berührungsloser Wirbelstromgeneratoren an stromleitenden Gegenelementen mit zueinander leistungsoptimierter Anordnung sowie dessen Anwendungen an Fahrzeugen, insbesondere Fahrrädern.
Stand der Technik
Die Erfindung basiert auf dem deutschen Gebrauchsmuster DE202011107060U1 , das eine Vorrichtung zur berührungslosen Stromerzeugung an einem drehbaren leitfähigen Gegenelement, insbesondere Radfelge, mit zumindest einem bewegbar gelagerten, wenigstens einen Magneten aufweisenden Rotorelement beschreibt, welches durch Wirbelstromverzahnung mit dem Gegenelement dreht und bei Rotation einen Stromfluss in zumindest eine Spule induziert.
Berührungslose Wirbelstromgeneratoren werden vor allem als Fahrraddynamos an Metallfelgen (2) mit drehbarem Dipol (1) - oder alternierendem Multipolrad (3) (d.h. mehreren benachbarten Kreis-Segmentmagneten (3a, 3b) in alternierender Polfolge) aus Neodym mit hoher Magnetfeldstärke eingesetzt. Insbesondere sind Dynamos mit gleichmäßig angeordneten Sechspolrädern (also Magneträdern aus 6 Magnetsegmenten gleicher Größe mit alternierender Polfolge) wirtschaftlich interessant, da sich bei ihnen, ebenso wie bei Dipolrädern, gegensätzliche Pole am Außenumfang direkt gegenüberliegen. Dadurch wird ein mechanisch sehr einfacher, platzsparender und effizienter Generatoraufbau durch Umwicklung des mittleren Bereichs des Magnetrades mit einer Spule (4) zur Stromerzeugung möglich. Anstelle eines Magnetrades sind auch nicht-kreisförmige Magnetformen denkbar und in der Erfindung entsprechend inkludiert (z.b. viereckige oder sechseckige Grundformen), wobei die Kreisform in der Praxis meist vorteilhaft ist.
Der Vorteil von Dipolrädern liegt in der sehr kostengünstigen Produktion, da Dipole einfach und kostengünstig aus einem Stück gefertigt werden können, während die einzelnen Segmente von sechspoligen bzw. mehrpoligen Magneträdern mit hoher Magnetfeldstärke in der Regel von Hand zusammengesetzt werden müssen, was vergleichsweise fehleranfällig und teuer ist.
Außerdem haben Dipole bzw. Magneträder mit wenigen alternierenden Polen an der Außenseite eine größere Magnetfeldreichweite (7) als mehrpolige Magneträder gleicher Größe (8), da die einzelnen Dipol-Segmente breiter sind und somit ein stärkeres Magnetfeld haben als die schmaleren Segmente von umfangsgleichen mehrpoligen Magneträdern mit mehr als 2 Polen in wechselnder Polfolge.
In der Praxis, beispielsweise bei Verwendung als Fahrraddynamo, ergibt sich der Vorteil, dass ein Dynamo mit Dipol-Magnetrad auch noch in größerem Abstand von der Felge (2) funktioniert, da die größere Magnetfeldreichweite für eine ausreichende Wirbelstromverzahnung mit der rotierenden Felge sorgt. Andererseits ergibt sich gegenüber sechspoligen bzw. mehrpoligen Magneträdern bei Verwendung von Felgen aus ferromagnetischem Stahl bzw. Felgen mit Teilelementen aus ferromagnetischem Material der Nachteil, dass durch die starke permanentmagnetische Anziehung die Dipol Magneträder erst bei höherer Felgengeschwindigkeit mit der Felge mitdrehen, da für die erforderliche Drehung des Magnetrades zunächst die durch Wirbelstromverzahnung mit der Felge zu erreichende Antriebskraft die Haltekraft des Magnetrades an der ferromagnetischen Felge überwinden muss.
Dieses Problem tritt bei mehrpoligen insbesondere mindestens sechspoligen Magneträdern kaum auf, da durch die geringen Winkel zwischen den alternierenden Polen (60 Grad gegenüber 180 Grad beim Dipol) die zu überwindende Haltekraft nur sehr gering ist.
In der Praxis sind vor allem Kombinationssysteme interessant, bei denen 2 Generatoren beidseitig der Felge montiert sind, insbesondere wenn die Generatoren in einer gekapselten kabellosen Einheit (12) mit einer Beleuchtung (13,14) ausgestattet sind. Dieses ist einerseits vorteilhaft zur Steigerung der Wirbelstromverzahnung durch gegenseitige Verstärkung der gegenüberliegenden Magnetfelder und andererseits vorteilhaft gegenüber der Verwendung einer einzelnen Lampe neben der Felge, wo durch Abschattung des Reifens die Sichtbarkeit von der anderen Seite und auch die Ausleuchtung des Weges auf der anderen Felgenseite behindert wird.
Problemstellung
Die beidseitige Montage hat bei Verwendung von Dipol-Magneträdern den Nachteil, dass durch die starken permanentmagnetischen Haltekräfte zwischen den auf beiden Seiten der Felge angebrachten Magneträdern eine hohe Fahrgeschwindigkeit erreicht werden muss, um die Haltekräfte zu überwinden und die Magneträder in Rotation zu bringen. Zwar sinkt mit zunehmendem Abstand der beiden Magneträder diese Haltekraft und damit auch die zur Stromerzeugung erforderliche Mindestgeschwindigkeit, allerdings sinkt bei symmetrischer Anbringung der Magneträder beidseitig der Felge auch die Wirbelstromverzahnung und somit die Systemleistung. In der Praxis konnten sich aus diesem Grund bislang nur beidseitige Systeme durchsetzen, bei denen 6-Pol Räder beidseitig der Felge angebracht sind.
Im Gebrauchsmuster DE202011107060U1 wird die für Fahrräder wichtige Anbringung der Magneträder innerhalb bzw. in Verbindung mit Bremsschuhen (10) und Bremsklötzen (11) von Felgenbremsen beschrieben. Dies hat in der Praxis den großen Vorteil, dass vom Nutzer keinerlei zusätzliche Halterungsmechanismen anzubringen sind. Die Montage der Fahrradbeleuchtung ist somit extrem einfach und bereits mit Befestigung des Bremsklotzes abgeschlossen. Die Integration einer kompletten Generator- und Lichteinheit in oder an einem Bremsschuh hat den weiteren Vorteil, dass sich dieser in unmittelbarer Nähe zur rotierenden Metallfelge und somit in idealer Wirkposition des berührungslosen Wirbelstromgenerators befindet. Für eine Marktakzeptanz eines solchen Systems ist es erforderlich, die marktüblichen Größendimensionen höchstens kaum wahrnehmbar zu übersteigen, was in einem minimalem Platzangebot für den Generator resultiert (Eine Generatorhöhe von 10mm und ein Durchmesser von 15mm dürften kaum überschritten werden, um ein marktfähiges Produkt zu erhalten). Aufgrund der minimalen Systemgröße ist eine solche Lampe hauptsächlich auf einer Seite der Felge sichtbar, so dass erst bei beidseitiger Montage eine zufriedenstellende Sichtbarkeit erreicht wird.
Zwei wesentliche Probleme verhindern bislang den Einsatz kleiner Generatoren in Bremsschuhen:

1. Durch die bauartbedingte geringe Größe innerhalb eines Bremsschuhs reichen die Magnetfelder von 6-Pol Rädern kaum für ausreichende Stromerzeugung aus, und bei Verwendung von Dipol-Magneträdern mit weiterreichenden Magnetfeldern wäre die zum Generatorbetrieb erforderliche Initialgeschwindigkeit des Radfahrers zu hoch, um vom Markt akzeptiert zu werden: Ca. 15 km/h wären beim Losfahren erforderlich um die Haltekraft zweier Dipol- Neodym- Magneträder mit 11mm Durchmesser und N52 Magnetisierung zu überwinden, die an gegenüberliegenden Felgenseiten in 3 mm Felgenabstand montiert sind.
2. Ein wesentliches Merkmal berührungsloser Wirbelstromgeneratoren ist die starke Leistungsabnahme mit wachsendem Felgenabstand (allgemein : Abstand zum leitfähigen Gegenelement). Bei Verwendung von sehr kleinen Generatoren in Bremsschuhen ist es daher sehr wichtig, den Felgenabstand möglichst gering zu halten, um eine gute Generatorleistung für gute Beleuchtungswerte zu erzielen. Ist der Generator im Bremsschuh untergebracht, besteht allerdings die Gefahr, dass er beim Abbremsen und entsprechender Annäherung bzw. Berührung der Felge beschädigt wird. Versucht man eine Felgenberührung durch vergrößerten Felgenabstand zu vermeiden, ergibt sich die zusätzliche Problematik, dass das Bremsgummi einer Felgenbremse im Laufe der durch Verschleiß dünner wird und somit ein zusätzlicher Sicherheitsabstand addiert werden muss, entsprechend der Dicke des verschleißbaren Bremsgummis. In der Praxis wird erwartet, dass ein Bremsgummi im Laufe der Nutzung mindestens 4mm an Dicke bei voller Funktionalität verlieren darf, so dass der Generator zusätzlich um weitere 4mm von der Felge entfernt wäre, was bei einem kleinen Generator nicht mehr für eine gute Wirbelstromverzahnung ausreicht.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, die in vorbeschriebenen 2 Punkten beschriebenen Probleme berührungsloser Wirbelstromgeneratoren zu überwinden und somit insbesondere Lösungen zum praxisrelevanten Einsatz in Bremsschuhen von Felgenbremsen zu liefern.
Unabhängig von der in den Beispielen beschriebenen minimalen Größe des Systems und dem Einsatz in Bremsschuhen von Fahrrad-Felgenbremsen inkludiert die Erfindung auch größere Systeme mit vergleichbarer Problemstellung: Die für kleine Generatoren angegeben Relationen bzgl. Magnetradgröße und Felgenabstand lassen sich entsprechend auf größere Systeme erweitern.
Lösung der Problemstellung
Lösungen für Problemstellung 1:
Kombination Dipolrad / Multipolrad
Das unter Punkt 1 geschilderte Problem mangelnder Magnetfeldreichweite (8) (bzgl. des wirbelstromverzahnten Gegenelements/ der Radfelge (2)) von kleinen 6-Pol Magneträdern (3) sowie beidseitiger Anbringung von Dipolrädern (1) wird durch eine Kombination gelöst, bei der auf der einen (Felgen-) Seite ein Dipolrad angebracht ist und auf der gegenüberliegenden (Felgen-) Seite ein alternierendes Multipolrad (idealerweise 6-Pol Magnetrad). Durch magnetische Kopplung des Dipolrades mit dem Multipolrad lässt sich die vorteilhafte Eigenschaft des größeren Wirkabstands des Dipolrades (8) mit dem geringeren Haltemoment (verbunden mit früherem Anlaufen bei niedriger Geschwindigkeit) des Multipolrades verbinden. Diese Kombination der beiden Magneträder erlaubt somit einen größeren Felgenabstand als eine Kombination zweier Multipolräder, und die Drehung der Magneträder mit resultierender Stromerzeugung startet bereits bei deutlich niedriger Geschwindigkeit als bei einer entsprechenden Kombination zweier Dipolräder. Dabei sind die beiden Magneträder so zu kombinieren, dass die Leistungsaufnahme auf beiden Seiten möglichst identisch ist. Diese lässt sich durch Abstimmung von Magnetradvolumen (Durchmesser und Höhe), Spulenwicklung (4) (Wicklungsanzahl und Drahtquerschnitt) sowie Magnetfeldstärke (7,8) auf das Verhältnis der Magnetfeldanzahl von Dipol zum Multipol optimieren.
Eine Erweiterung auf Kombinationen mit weiteren Dipol- und Multipolgeneratoren ist möglich, wobei zur Gesamtbetrachtung alle paarweisen Beziehungen bzgl. zwischen Magneträdern mit überlappenden Magnetfeldern zu betrachten sind.
Kombination zweier Dipolräder mittels Verschiebemechanismus
Eine weitere Lösungsmöglichkeit besteht darin, zwei Dipolräder (1, 1b) bzw. Generatoren mit entsprechend starken Magnetfeldern beidseitig der Felge (2) zu verwenden, wobei bei einsetzender langsamer Felgendrehung (5) zunächst nur ein Magnetrad nah an der Felge zur Stromerzeugung liegt und das gegenüberliegende zweite Magnetrad erst bei ausreichend hoher Geschwindigkeit, verbunden mit vorliegender Rotation (6) des ersten Magnetrades, über einen Mechanismus (beispielsweise über einen Schrittmotor gesteuert) näher an die gegenüberliegende Felgenseite verschoben wird. Durch die bereits vorliegende Rotation des ersten Magnetrades dreht dann auch das zweite Magnetrad mit, da die im Stillstand vorliegende Haltekraft nicht mehr überwunden werden muss. Da ein Mechanismus zur Bewegung eines Magnetrades mechanisch bzw. elektronisch sehr aufwendig ist, ist diese Methode für sehr klein bzw. kostengünstig zu haltende Systeme schwierig zu realisieren.
Kombination zweier Dipolräder mittels Rotationsimpuls
Eine weitere Lösungsmöglichkeit zur beidseitigen Kombination zweier Dipolräder (1) bzw. Generatoren mit entsprechend starken Magnetfeldern besteht darin, einen initialen Rotationsimpuls (6) zu verwenden, der die Haltekräfte untereinander überwindet und so bei einsetzender Felgenbewegung (5) eines oder beide Magneträder in Felgenrichtung dreht. Auch bei weiterer Felgenrotation mit niedriger Geschwindigkeit reicht die einmalig gestartete Rotation dann aus, um die Magneträder der berührungslosen Generatoren in Rotation und damit die Generatoren in Betrieb zu halten. Eine Möglichkeit einen solchen Rotationsimpuls ohne einen mechanisch aufwendigen Zusatzmechanismus zu realisieren besteht in der umgekehrten Verwendung der Generatorspule(n) (4) im Stillstand zum Antrieb des Generator- Magnetrades. Beispielsweise lässt sich über einen noch ausreichend geladenen Stromspeicher wie z.b. einen Kondensator, der ansonsten für eine Standlichtfunktion genutzt wird, ein Stromimpuls in die Generatorspule senden, der die erforderliche initiale Rotation (6) des Magnetrades zur Überwindung der Haltekräfte bewirkt. Als Signalgeber lässt sich die Generatorspule verwenden, in die bei Relativbewegung des Gegenelements zumindest kleine Spannungsschwingungen durch Unregelmäßigkeiten in der Felge und damit verbundene leichte Vibrationen der Magneträder induziert werden. Dieser Startimpuls ist von der Controller-Einheit detektierbar, so dass keine zusätzlichen Sensoren zum Erkennen des Anfahrvorgangs verwendet werden müssen.
Kombination einer Beleuchtungseinheit mit einem Reflektor
Soll (beispielsweise aus Kostengründen) nur einer von 2 Bremsschuhen eines Bremsschuhpaares einer Felgenbremse mit einer Leuchteinheit und entsprechend einem Generator ausgestattet werden, ist es sinnvoll, auch die andere Seite für den Straßenverkehr besser sichtbar zu machen. Hier ist es eine kostengünstige und effiziente Variante, auf einer Seite einen Generator mit Dipolrad (1) und entsprechend großer Magnetfeldstärke (entsprechend Generator-Reichweite) zu verwenden und den zweiten Bremsschuh lediglich mit einem Reflektor auszustatten. Auf diese Weise werden die Kosten für die zweite Beleuchtungseinheit gespart und zumindest eine passive Beleuchtung auf der Seite des Reflektors gewährleistet.
Kombination unterschiedlich großer Magneträder
Eine weitere kostengünstige Lösung besteht in der Verwendung eines zweiten, im Vergleich zum Haupt-Dipolrad sehr kleinen, Dipolrades für den zweiten Generator auf der gegenüberliegenden Felgenseite. Dieses ist so klein bzw. von so geringer Feldstärke zu wählen, dass die Magnetkraft nicht ausreicht, um das größere Dipol-Magnetrad auf der gegenüberliegenden Felgenseite bei beginnender Felgendrehung nennenswert abzubremsen und gleichzeitig so groß zu wählen, dass beim Mitdrehen im Magnetfeld des größeren Magnetrades auch in ausreichendem Felgenabstand noch ausreichend Strom für eine schwache Sichtbeleuchtung geliefert wird (also eine Beleuchtung darstellt, die ausreicht, um von anderen Verkehrsteilnehmern wahrgenommen zu werden). Bei handelsüblichen Alufelgen mit einer Breite von ca. 20 mm liefert eine Kombination eines Dipolmagnetrades mit 11mm Durchmesser und 8 mm Höhe mit einem höhengleichen Dipolmagnetrad mit 3mm Durchmesser entsprechend gute Resultate.
Gleichseitige Anordnungen von Magneträdern
Während die zuvor beschrieben Lösungsmöglichkeiten die Anordnung von Magneträdern auf gegenüberliegenden Seiten eines mittig platzierten wirbelstromverzahnten leitfähigen Gegenelements (2) beschreiben, lassen sich diese erfindungsgemäß ebenso auf die Anordnung entsprechender Magneträder auf der gleichen Seite des Gegenelements/ der Felge sowie deren Kombination mit weiteren auch beidseitig angeordneten Magneträdern erweitern. Es gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten bzgl. Größenverhältnissen und Relationen zwischen Dipol und Multipol für beidseitige bzw. einseitige Anbringung, wobei die wechselseitige Wirkung der Magneträder aufeinander im Wesentlichen durch deren Abstand untereinander beeinflusst wird.
Lösungen für Problemstellung 2
Bei der Integration der Generatoren in Bremsschuhen von Felgenbremsen ist zu beachten, dass im Laufe der Nutzung die Bremsbeläge (11) verschleißen und bis zum Auswechseln Volumen verlieren. Um zu verhindern, dass die Generatoreinheit (12) durch Felgenkontakt beschädigt wird, ist entweder der Abstand zwischen Generator und Felge (2) so groß zu wählen, dass auch bei abgenutztem Bremsbelag (11) mit minimaler Dicke noch kein Felgenkontakt vorliegt (zumeist verbunden mit stark beeinträchtigter Generatorleistung durch schwache Wirbelstromverzahnung), oder die Generatoreinheit wird durch einen Mechanismus bei abnehmendem Bremsbelag entsprechend weiter von der Felge entfernt.
Verschiebemechanismus mit optionalem Federelement mit Rückkehr in den Ausgangszustand nach Beendigung des Bremsvorgangs bzw. nach Felgenkontakt
Insbesondere ist ein Federmechanismus geeignet, der den Felgenabstand der Generatoreinheit bei Betätigung der Felgenbremse (verbunden mit Bewegung des Bremsschuhs in Felgenrichtung) erhöht, um Felgenkontakt zu verhindern und nach Beendigung des Bremsvorgangs wieder in den Ausgangszustand zurückkehrt. Ein solcher Mechanismus besteht beispielsweise in einer Parallelogrammfeder (15), die das Bremsschuhgehäuse (10) mit dem Generatorgehäuse (12) verbindet, so dass bei Felgenkontakt (2) des Generatorgehäuses dieses über den Federweg (15d) relativ zum Bremsschuh (10) nach außen (also von der Felge weg) federt. Liegt kein Felgenkontakt mehr vor, geht die Parallelogrammfeder wieder in den Ausgangszustand über, so dass der Generator immer sehr dicht an der Felge anliegt und damit eine große Leistung liefern kann. Um eine Abnutzung des Gehäuses durch Schleifen zu verhindern ist es vorteilhaft eine, idealerweise auswechselbare, Schutzschicht oder ein Abstandselement (15a) auf oder neben dem Gehäuse aufzubringen.
Verschiebemechanismen ohne Rückkehr in den Ausgangszustand nach Beendigung des Bremsvorgangs bzw. nach Felgenkontakt
Bei der Integration des Generators in einen Bremsschuh (10) ist eine besonders kompakte und stoßresistente Befestigung wichtig, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Besonders vorteilhaft ist eine stoßfeste, unter Druck linear verschiebbare Verbindung von Bremsschuh (10) und Generatoreinheit (12), die es erlaubt, die Generatoreinheit weiter weg von der Felge (2) zu verschieben.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung diese Mechanismus sieht vor, dass das Bremsschuhgehäuse (10) eine zur Generatoreinheit (12) und zur Felge (2) offene Nut (17) (bzw. längliche Vertiefung) aufweist und die Generatoreinheit ein in die Nut passendes Schlitten-Gegenstück (12b), das unter Druckeinwirkung in der Nut (17) zur Felge hin und von der Felge weg gleiten kann.
Im Ausgangszustand ist die Generatoreinheit hierbei etwas weiter von der Felge beabstandet als das Bremsgummi (11), so dass beim Abbremsen (verbunden mit Felgenberührung durch das Bremsgummi) kein Felgenkontakt der Generatoreinheit erfolgt. Ein zusätzliches in die Nut passendes Schlitten-Abstandselement (16) wird von der offenen Felgenseite in die Nut (17) eingesetzt und ist so aufgebaut, dass es auf der einen Seite direkt am Generator-Schlittenelementes anliegt und auf der Felgenseite gleichen Felgenabstand wie das Bremsgummi (11) aufweist. Bedingt durch Verschleiß und damit verbundene Volumenabnahme des Bremsgummis bei wiederholtem Abbremsen erfolgt auch ein Felgenkontakt des Schlitten-Abstandselements (16), welches durch den aufgebrachten Druck von der Felge weggeschoben wird, wobei es innerhalb der Nut gleitet. Somit wird auch das anliegende Schlitten-Gegenstück (12b) der Generatoreinheit (12) innerhalb der Nut (17) weiter von der Felge (2) weggeschoben. Hierdurch wird entsprechend zur Abnahme der Bremsgummidicke die gesamte Generatoreinheit (12) um den gleichen Wert von der Felge (2) weggeschoben, so dass sich der Felgenabstand der Generatoreinheit nicht ändert und kein Felgenkontakt stattfindet.
Offen an der Felge mit drehendes Magnetrad bei gelegentlichem Felgenkontakt (beispielsweise beim Bremsvorgang)
Um Beschädigung oder Abnutzung der Generatoreinheit (12) bei Felgenkontakt (2) zu verhindern oder zu minimieren ist darüber hinaus auch ein Generatoraufbau geeignet, bei dem das Generatorgehäuse oder das (vorteilhafterweise mit einem Schutzmantel überzogene) Magnetrad (1,3) bei gelegentlicher Felgenberührung direkt mit der Felge mitdrehen kann und so der Abrieb durch Schleifkontakt minimiert wird. Dieser Aufbau ist auch als Zusatz zu den beiden zuvor aufgeführten Mechanismen, die die Position des Generators in Relation zum Bremsschuh ändern, möglich.
Ergänzungen zur Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten
Justierbarer Lichtkegel
Um den Lichtkegel der angeschlossenen Scheinwerfereinheit gut zur Ausleuchtung des Weges sowie zur Vermeidung der Blendung anderer Verkehrsteilnehmer ausrichten zu können, wird die Scheinwerfereinheit vorzugsweise vertikal drehbar gegenüber dem Generatorgehäuse angebracht (14b). Dieses ist wichtig, da Felgenbremsen in unterschiedlichen Winkeln montiert sind und es keinen Standard für alle Fahrräder mit Felgenbremsen gibt.
Realisierung einer Standlichtfunktion mittels Phosphoreszenz
Bei der Verwendung als Fahrradbeleuchtung in Felgenbremsen ergibt sich das Problem, dass eine heutzutage übliche Standlichtfunktion aufgrund der minimalen Gehäusegröße mit wenig Platz für einen Speicherkondensator und eine Standlichtelektronik nur schwer integrierbar ist. Um dennoch eine auch preislich günstige Standlichtfunktion ohne diese aufwendige Zusatzelektronik zu realisieren, besteht eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Scheinwerfereinheit in der Verwendung eines phosphoreszierenden Elements neben der Scheinwerferbeleuchtung oder auch in einem umgebenden, vorzugsweise semitransparenten Scheinwerfergehäuse, das zumindest teilweise aus phosphoreszierendem Material besteht. Die Standlichtfunktion wird hier dadurch realisiert, dass das phosphoreszierende Material während der Fahrt beleuchtet wird und im Stand bei Erlöschen der Beleuchtungseinheit über einen gewissen Zeitraum nachleuchtet. Zu berücksichtigen ist, dass ein großer Blauanteil des emittierten Lichtspektrums der Lichtquelle für eine starke Aufladung des phosphoreszierenden Materials entscheidend ist. Da die Standlichtfunktion besonders für ein Rücklicht sinnvoll ist, das in der Regel rot leuchten soll, ist es vorteilhaft, ein semitransparentes rötliches Gehäuse zu verwenden, das bei Bestrahlung mit weißlich - blauen Licht rötlich erscheint, so dass auf die Verwendung von zwei LEDs mit einer Kombination aus rotem und blauem Licht (für die PhosphoreszenzAufladung) verzichtet werden kann.
Realisierung einer seitlichen Felgenbeleuchtung mittels Phosphoreszenz
Ein wichtiges Sicherheitskriterium für Radfahrer ist eine gute seitliche Seitbarkeit in der Dunkelheit. Mittels Aufbringen von phosphoreszierendem Material, beispielsweise durch Beimischung ins Reifenmaterial, Aufbringen auf den Reifen oder auf die Felge (2) und insbesondere durch nachträgliches Aufkleben phosphoreszierender Klebestreifen (30) auf die Felge, lassen sich die Räder zur großflächigen seitlichen Beleuchtung nutzen, indem das aufgebrachte phosphoreszierende Material während der Fahrt mit geeigneter blauer bis ultravioletter Wellenlänge beleuchtet wird. Aufgrund der Phosphoreszenzeigenschaft leuchten die bestrahlten Bereiche während der Fahrt, so dass auch bei nur partieller Aufbringung des Materials eine Beleuchtung über den vollen Radumfang bei seitlicher Betrachtung und ausreichend großer Drehgeschwindigkeit sichtbar wird.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht die Verwendung einer speziellen bläulichen (bis ultravioletten) LED mit phosporeszenzgeeignetem Lichtspektrum zur Bestrahlung des aufgebrachten phosphoreszierenden Materials vor. Diese LED kann alleinig oder ergänzend zu einer Fahrtlicht- LED eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung zweier antiparallel geschalteter LEDs für Fahrtlicht und Phosphoreszenzaufladung in Kombination mit einem Gehäuse (14) oder einem Scheinwerferteil (13) aus phosphoreszierendem Material. Eine solche Schaltung ohne aufwendige und leistungsmindernde Gleichrichtung, wie sie für die Realisierung eines Standlichts in der Scheinwerfereinheit berührungsloser Wirbelstromgeneratoren erforderlich wäre, erlaubt durch Bestrahlung des phosphoreszierenden Scheinwerferteils mit der bläulichen LED wie zuvor beschrieben eine einfache Standlichtfunktion mittels Phosphoreszenz. Gleichzeitig lässt sich ein Teil des bläulichen Lichts zur Aufladung des phosphoreszierenden Materials auf dem Rad/ der Felge zur seitlichen Beleuchtung verwenden. Die zweite LED wird als Fahrtlicht-LED genutzt, so dass für die Realisierung einer Standlichtfunktion, einer seitlichen Beleuchtung und eines Fahrtlichtes lediglich zwei LEDs antiparallel an die eine Wechselspannung erzeugenden berührungslosen Wirbelstromgeneratoren anzuschließen sind.
Funk-Geschwindigkeitssensor
Wird ein interner Microcontroller verwendet lassen sich Änderungen der Geschwindigkeit anhand der in einer Zeitspanne registrierten Spannungswechsel der generierten Wechselspannung bzw. der resultierenden Spannungs-Nulldurchgänge ermitteln. Da eine Radfelge (2) nicht vollständig regelmäßig aufgebaut ist (leichte Unwucht, Ventilloch, Stahlventil in der Felge) ergibt sich bei jeder Felgenumdrehung ein charakteristisches Geschwindigkeitsprofil des Magnetrades (1,3) eines berührungslosen Wirbelstromgenerators, dessen Erkennung mittels einer geeigneten Software die exakte Bestimmung der Radumdrehungen ermöglicht. Hieraus lässt sich bei Kenntnis des Radumfangs die Geschwindigkeit des Rades präzise bestimmen und weiterverarbeiten, wie auch über eine Funkverbindung an ein Anzeigegerät senden. Im Bereich kabelloser Tachometer haben sich in den vergangenen Jahren die Funknetzstandards ANT+ und Bluetooth Low Energy durchgesetzt, die es erlauben mittels sehr stromsparender Sende-/Empfangseinheiten die gemessenen Werte untereinander oder an externe Geräte zu senden bzw. zu empfangen.
Durch den niedrigen Stromverbrauch und die minimale Größe der ANT+ und Bluetooth LE (bzw. vergleichbarer Standards) Sende-/ Empfangseinheiten ist die Unterbringung und der Betrieb innerhalb der Elektronik eines hauptsächlich zur Stromerzeugung zur Fahrradbeleuchtung genutzten berührungslosen Wirbelstromgenerators problemlos möglich. Während Tachometer ihre Signale bislang zumeist von Sensoren per Funk oder Kabel erhalten, die eigens zur Geschwindigkeitsmessung am Rad anzubringen sind (oft mit zusätzlich zu installierenden Speichenmagneten), lassen sich diese Geschwindigkeitssensoren vollständig durch die Verwendung eines Funkchips innerhalb der Elektronik des berührungslosen Generators ersetzen. Die Ermittlung bzw. der Versand der Geschwindigkeitsdaten lässt sich somit als Nebenaufgabe ohne zusätzlich anzubringenden Geschwindigkeitssensor bzw. Umdrehungszähler erledigen.
Funk-Trittfrequenzsensor
Ebenso lässt sich die Trittfrequenz eines Radfahrers aus dem Geschwindigkeitsprofil des Magnetrades eines berührungslosen Wirbelstromgenerators ermitteln, da beim Pedalieren bei wechselnder Belastung von linker und rechter Kurbel sowie leichter Gewichtsverlagerung durch Verwindung von Rahmen und Laufrädern eine seitliche Bewegung des Laufrades relativ zum Rahmen bzw. der Gabel auftritt.
Diese seitliche Bewegung bedeutet eine Veränderung des Abstands zwischen Felge (2) und Bremsklotz (10,11) resultierend in der Abstandsveränderung zu einem integrierten berührungslosen Generator (12). Entsprechend erhöht sich die messbare Magnetradgeschwindigkeit mit abnehmendem Felgenabstand und reduziert sich mit zunehmendem Abstand. Das beim Radfahren entsprechend regelmäßig wiederkehrende Signal tritt mit jedem Pedaltritt abwechselnd in beiden Richtungen auf und lässt sich entsprechend zur Geschwindigkeitsmessung weiterverarbeiten. Durch Kombination der ermittelten Ergebnisse auf beiden Seiten der Felge lässt sich die Genauigkeit des Systems erhöhen. der Somit lässt sich die Ermittlung und der. Versand der Trittfrequenzdaten als Nebenaufgabe ohne zusätzlich anzubringenden Trittfrequenzsensor erledigen.
Die ermittelten Daten lassen sich unter Verwendung geeigneter Protokolle auf Standardanzeigegeräten aber auch auf handelsüblichen Smartphones anzeigen, die die entsprechenden Funknetzstandards unterstützen.
Unfallerkennung - und Meldung
Ein weitere Anwendung ist die Unfallerkennung und der Versand einer Benachrichtigung an externe Geräte. Ein wahrscheinliche Unfallsituation lässt sich bei plötzlicher Geschwindigkeitsabnahme bis zum Stillstand an Vorderrad oder Hinterrad feststellen, wenn zuvor eine identische Geschwindigkeit von Vorderrad und Hinterrad protokolliert wurde. Findet in einem definierten Zeitintervall keine Fortsetzung der Fahrt statt, wird das Ereignis als Unfall bewertet und ein Signal ausgesendet. Dies kann entweder an ein mitgetragenes Smartphone oder vergleichbares Gerät oder an ein vorbeifahrendes Fahrzeug gemäß Standardprotokoll zur Unfallmeldung gesendet werden.
Vehicle 2 Vehicle Kommunikation sowie Vehicle 2 X Kommnikation
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Funksignale entsprechend standardisierter Funk-Normen zur Vehicle 2 Vehicle Kommunikation sowie zur Vehicle 2 X Kommunikation von einer integrierten und vom berührungslosen Generator betriebenen Funkeinheit versandt und empfangen werden, beispielsweis um verkehrsrelevante Daten zur Kollisionsvermeidung mit anderen Verkehrsteilnehmern oder Einrichtungen auszutauschen und anzuzeigen. Hierbei lassen sich auch weitere intern verfügbare Daten wie die aus dem Generator ablesbare Geschwindigkeit oder ein Abbremsvorgang verwenden und gegebenenfalls mit Positions-, Verkehrs- und Umgebungsdaten im Datenaustausch mit einem Smartphone kombinieren.
Blinker-Funktion zur Anzeige eines Abbiegevorgangs
Eine weitere Anwendung besteht in der Verwendung als Blinksignal des Radfahrers zur Anzeige eines bevorstehenden Abbiegevorgangs. Über manuell auszulösende Schalter oder ein geeignetes Gerät (beispielsweise ein Smartphone) lässt sich vom Radfahrer ein Signal zum Abbiegen nach links oder rechts auslösen, das von den Empfangseinheiten in der Generator- Licht- Elektronik empfangen und verarbeitet wird. Die auf der linken Seite angebrachten Vorder- und Rücklichter wechseln nach Erkennung des Signals zum Linksabbiegen über einen festgelegten Zeitraum in einen charakteristischen Blinkmodus (optional über eine zusätzliche idealerweise orange bzw. gelb leuchtende LED), während die rechten Lampen unverändert weiterleuchten. Entsprechend reagieren die beteiligten Lampen auf das Signal zum Rechtsabbiegen seitenverkehrt. Nach Empfang eines Stoppsignals, das per GPS-Abgleich nach erfolgtem Abbiegevorgang empfangen wird oder nach Ablauf einer Zeitspanne wird das Blinksignal beendet.
Abbiegeanzeige mittels Bremshebeln anstelle von Zusatzschaltern
Eine besonders interessante Variante besteht in der Realisierung der Abbiegeanzeige ohne Verwendung zusätzlich am Rad anzubringender Komponenten (Schalter oder ein zu verwendendes Smartphone). Hierzu wird eine vollständige Ausstattung eines Rades mit Felgenbremssystem benötigt, wie sie an einem Großteil der heutzutage verwendeten Fahrräder vorliegt. Als Abbiegesignal werden jeweils linkes Vorder (23)- und Rücklicht (27) für das Linksabbiegen und rechtes Vorder (22)- und Rücklicht (26) für das Rechtsabbiegen in einen Blinkmodus geschaltet (oder zusätzliche eigens für die Blinkanzeige verwendete andersfarbige LEDs), während die Lichter auf der gegenüberliegenden Seite konstant leuchten.
Die Übermittlung des Abbiegesignals (20a, 24a) erfolgt mittels kurzer ein- oder mehrmaliger Betätigung des linken (20) bzw. rechten Bremshebels (24), die nicht notwendigerweise mit einer Felgenberührung (2) der Bremsklötze (11) verbunden ist (Das gewünschte Signal kann hierzu auch anwenderspezifisch einstellbar sein).
In der Regel wird mit dem linken Bremshebel (20) die Vorderradbremse (21) betätigt und mit dem rechten Bremshebel (24) die Hinterradbremse (25). Bei Betätigung der Bremse verringert sich der Felgenabstand des Bremsschuhs (10) und somit auch der Felgenabstand der beidseitig angebrachten berührungslosen Generatoren. Durch den verringerten Felgenabstand vergrößert sich die Magnetradgeschwindigkeit aufgrund stärkerer Wirbelstromverzahnung und beim Loslassen der Bremse geht die Geschwindigkeit wieder entsprechend zurück. Bei Erkennung des festgelegten Abbiegesignals (z.b.. ein- oder zweimaliges kurzes Anziehen der Bremse) an den vorderen oder hinteren Bremsschuhen werden folgende Prozesse ausgeführt:

- Ein Signal (20a) am Vorderrad wird in den beiden Vorderrad-Bremsschuhen (22,23) erkannt (jedoch nicht am Hinterrad) und soll demnach ein Abbiegesignal auf der linken Seite auslösen. Hierzu schaltet die vordere linke Bremsschuhbeleuchtung (23) für eine festgelegte Zeit in den Blinkmodus (29a) und sendet ein Signal (28) zum Linksabbiegen per Funkübertragung aus. Dieses Signal wird in den beiden Hinterrad-Bremsschuhbeleuchtungen (26,27) empfangen, wobei entsprechend des Signals nur die linke Lampe (27) in den Blinkmodus (29b) versetzt wird.
- Umgekehrt wird ein Signal am Hinterrad in den beiden Hinterrad-Bremsschuhen (26,27) erkannt (und nicht am Vorderrad) und soll ein Abbiegesignal zur rechten Seite auslösen. Hierzu schaltet die hintere rechte Beleuchtung (26) in den Blinkmodus und sendet ein Signal zum Rechtsabbiegen per Funkübertragung (28) aus, was wiederum in der vorderen rechten Bremsschuhbeleuchtung (22) erkannt und in das Versetzen in den Blinkmodus umgesetzt wird.

Eine vergleichbare Abbiege-Blinkfunktion für Fahrräder, die ohne zusätzlich am Rad anzubringende Signalauslöser auskommt, ist bislang nicht bekannt.
Navigationsanzeige
Eine weitere Anwendung besteht in der Verwendung der Beleuchtungsanlage als Navigationshilfe in Kombination mit einem navigationsfähigen Smartphone oder Navigationsgerät mit Funksignal. Hierfür ist zu gewährleisten, dass insbesondere ein Aufleuchten der Vorderlampen auch vom Fahrer des Rades gut erkennbar ist. Auf diese Weise lässt sich vom mitgeführten Navigationssystem jeweils ein Signal zum Abbiegen nach links oder rechts aussenden, wenn ein Abbiegemanöver entsprechend der Routenberechnung vom Radfahrer auszuführen ist. Dieses Signal wird von den Lampen via Funksensor erkannt, so dass idealerweise die linken bzw. rechten Lampen (Vorder -und Rücklicht) beim Signal zum Linksabbiegen bzw. Rechtsabbiegen so lange blinken, bis der Abbiegevorhang abgeschlossen ist (Hierzu kann ein zweites Signal zur Beendigung des Abbiegevorgangs festgelegt werden). Im Fall, dass keine Halterung für das Navigationssystem/ Smartphone am Rad vorhanden ist, kann dieses auch in einer Tasche mitgeführt werden und somit die Abbiegehinweise dem Fahrer ohne Verwendung eines Displays mitteilen. Überdies ist die Anzeige über die Lampen für den Radfahrer wesentlich leichter wahrnehmbar als eine Anzeige auf einem kleinen, durch Sonnenreflektion oft schwer ablesbaren Display und erlaubt es, sich besser auf den Verkehr zu konzentrieren. Zusätzliche Signale zur Navigation können festgelegt werden, sinnvollerweise wird ein gleichzeitiges Aufleuchten der linken und rechten Vorderlampe als Signal zum Umkehren verwendet.
Vornehmen von Einstellungen per Funk über ein Smartphone
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Einstellungen zur Signalverarbeitung und Anzeige in den Beleuchtungseinheiten mittels eines Smartphones per Funk vorgenommen werden können. So kann beispielsweise die Dauer und Intensität eines Standlichts aber auch die Auswahl eines Blinklichtmodus oder eines Abbiegesignals bequem per Smartphone eingestellt werden.
Es zeigen:

Bild 1 Eine Seitenansicht eines Dipolrades (1) in magnetischer Wirbelstromverzahnung mit einem als Felge ausgebildeten Gegenelement (2) sowie auf der gegenüberliegenden Felgenseite ein 6-Polrad (3), mit einem in Felgenrichtung orientierten Magnetsegment mit außenliegendem Südpol (3a) neben einem Magnetsegment mit außenliegendem Nordpol (3b), jeweils umwickelt mit einer Spule (4). Der Südpol des 6-Polrades liegt im Magnetfeld des Dipolrades (2) und wird von dessen Nordpol angezogen. Bereits bei langsamer Drehbewegung der Felge in Vorwärtsrichtung (5) werden die Magneträder (1) und (3) durch Wirbelstromverzahnung mit der Felge (2) in Richtung (6) mitgedreht.
Bild 2 Eine Frontansicht entsprechend der Seitenansicht in Bild 1. Das schematisch dargestellte Magnetfeld (7) des Dipolrades (1) erreicht das 6-Polrad (3), während das kleinere Magnetfeld (8) des 6-Polrades (3) zwar groß genug zur Wirbelstromverzahnung mit dem Gegenelement (2) ist, aber das Dipolrad (1) nicht wesentlich erfasst. Somit drehen sich beide Magneträder bereits bei langsamer Rotation des Gegenelements.
Bild 3 Eine Frontansicht eines Dipolrades (1) in magnetischer Wirbelstromverzahnung mit einem als Felge ausgebildeten Gegenelement (2) sowie auf der gegenüberliegenden Felgenseite ein weiteres, deutlich weiter vom Gegenelement beabstandetes Dipolrad (1b), das zunächst so weit vom Dipolrad (1) entfernt ist, dass keine nennenswerte permanentmagnetische Haltekraft ausgeübt wird, die eine Rotation (6) bei langsamer Rotation (5) des Gegenelements (2) verhindert. Erst bei Rotation (5) des Gegenelements (2) wird das Dipolrad (1b) über einen Verschiebemechanismus (9) näher an dieses bewegt und dreht dann ebenso wie Dipolrad (1) zur Stromerzeugung mit.
Bild 4 Eine Frontansicht eines Dipolrades (1) in magnetischer Wirbelstromverzahnung mit einem als Felge ausgebildeten Gegenelement (2) sowie auf der gleichen Felgenseite ein 6-Polrad (3). Wie auch bei der in Bild 1 und Bild 2 dargestellten Anordnung an gegenüberliegenden Seiten können durch die geringere Magnetfeldreichweite (8) des 6-Polrades (3) bei großer Magnetfeldreichweite (7) des Dipolrades (1) beide Magneträder bereits bei niedriger Felgengeschwindigkeit (5) in Laufrichtung mitdrehen und zur Stromproduktion verwendet werden. Aufgrund der geringen Magnetfeldreichweite des 6-Polrades sind die permanentmagnetischen Haltekräfte zwischen beiden Magneträdern zu gering, um die Rotation (6) bei einsetzender Bewegung des Gegenelements (2) nennenswert zu beeinträchtigen.
Bild 5 Eine Frontansicht zweier berührungsloser Wirbelstromgeneratoren an gegenüberliegenden Seiten einer Fahrradfelge (2). Die Bremsgummis (11) sind idealerweise austauschbar im Bremsschuhgehäuse (10) angebracht. Um einen Verschleiß des Generatorgehäuses (12) durch Felgenkontakt zu verhindern ist dessen Felgenabstand idealerweise größer als der Felgenabstand der Bremsgummis. Über einen Drehmechanismus (14b) lässt sich das Scheinwerfergehäuse (14) mit fokussierender Linseneinheit (13) drehbar zur Straße ausrichten.
Bild 6 Eine Innenansicht der Einkerbung bzw. Nut (17) für den Verschiebmechanismus im Bremsschuhgehäuse (10) bzw. Bremsgummi (11). Bei anderer Anordnung lässt sich auch ein Standardbremsgummi anderer Hersteller verwenden, sofern der Verschiebemechanismus nicht (wie hier in einer besonders platzsparenden Variante dargestellt) ins Bremsgummi integriert ist. Das Schlittenstück (12b) am Generatorgehäuse (12) kann sich seitlich in der Nut (17) bewegen, so dass mit abnehmender Bremsgummidicke das Generatorgehäuse (12) entsprechend von der Felge weg verschoben wird. Diese Verschiebung (18) in der Nut (17) wird über das austauschbare Abstandstück (16), das ebenfalls seitlich in der Nut bewegbar ist, erreicht, indem dieses bei seitlichem Felgendruck beim Abbremsen Druck auf den Generatorschlitten (12b) und somit auf den gesamten Generatorteil (12) ausübt und diesen somit von der Felge weg bewegt.
Bild 7 Zwei Seitenansichten des Bremsschuhs (10), gemäß der in Bild 6 gezeigten Innenansicht der Verschiebeeinheit. Bei Abbremsen an der Felge wirkt seitlicher Druck (19) auf das Bremsgummi (11) und ebenso auf das idealerweise härtere bzw. sehr abriebfeste Abstandselement (16). Mit abnehmender Bremsgummidicke wird das Abstandselement (16) in der Nut (18) weiter von der Felge weggeschoben und übt entsprechend seitlichen Druck (21) auf den Generatorschlitten (12b) aus, so dass dieser und der damit fest verbundene Generatorteil (12) in der Nut (17) weiter nach außen (22) bewegt wird. Somit wird das Generatorgehäuse (12) auch bei abnehmender Bremsgummidicke vor Abrieb an der Felge geschützt.
Bild 8 Einen Bremsschuh (10) mit Bremsgummi (11), der über eine Parallelogrammfeder (15) (beispielsweise einfach aus biegsamen Kunststoffelementen/ -Lamellen oder auch als festes Parallelogramm mit innerem Federelement aufgebaut) mit dem Generatorgehäuse (12) verbunden ist. Ein abriebfestes Zusatzelement (15a) verhindert den Felgenkontakt des Generatorgehäuses (12). Der Generator kann auf diese Weise immer dicht an die Felge gebracht werden und so eine relativ große Leistung erzielen. Beim Abbremsen bewegt sich der Bremsschuh (10) / das Bremsgummi (11) in Felgenrichtung (15b). Durch Felgenkontakt des abriebfesten Zusatzelements (15a) wirkt eine Kraft (15c) auf die Parallelogrammfeder (15) und resultiert in einer Verschiebung (15d) des Generatorgehäuses relativ zum Bremsschuh (10).
Bild 9 Ein Fahrrad (19) aus seitlicher Vogelperspektive, das erfindungsgemäß mit 4 berührungslosen Bremsschuhgeneratoren (22,23, 26,27) ausgestattet ist, die neben einer Navigationshilfe zum Anzeigen eines bevorstehenden Abbiegevorgangs auch ohne zusätzlich anzubringende Signalgeber oder externe Steuergeräte unter Verwendung des linken Bremshebels (20) sowie des rechten Bremshebels (24) als Blinkanlage zum Anzeigen des Links-/Rechtabbiegens verwendbar sind. Bei kurzer Betätigung des linken Bremshebels (20) wird (auch ohne vollständiges Durchdrücken der Bremse zum Abbremsen) schon vor der Felgenberührung der beiden Bremsgummis der Vorderradbremse (21) in der Elektronik der vorderen berührungslosen Bremsschuh-Generatoren auf der rechten (22) und linken Seite (23) eine vorübergehende deutliche Geschwindigkeitserhöhung detektiert. Das entsprechende Signal (20a) (ggf. zweifach wiederholt) wird als Abbiegesignal nach links interpretiert, so dass die linke Vorderlampe (23) in den Blinkmodus (29a) übergeht und ebenso ein Funksignal (28) zum Linksabbiegen (beispielsweise per Bluetooth oder ANT+) an die Rücklichter (26,27) sendet, von denen nun entsprechend das linke (27) ebenso in den Links-Abbiegemodus/ Blinkmodus (29b) schaltet. Entsprechend wird das Signal zum Rechtsabbiegen über den rechten Bremshebel (24) gegeben: Ein- oder zweimalige kurze Betätigung des rechten Bremshebels (24) bewirkt durch Felgenannäherung der berührungslosen Bremsschuh-Generatoren auf der rechten (22) und linken Seite (23) eine erkennbare Geschwindigkeitserhöhung. Das entsprechende Signal (24a) (ggf. zweifach wiederholt) wird als Abbiegesignal nach rechts interpretiert, so dass das rechte Rücklicht (26) in den Blinkmodus übergeht und ebenso ein Funksignal (28) zum Rechtsabbiegen an die Vorderlampen (22,23) sendet, von denen nun entsprechend das rechte (22) ebenso in den Abbiegemodus (Blinkmodus) schaltet.
Bild 10 Eine Bottom-Up Ansicht eines Paars erfindungsgemäßer berührungsloser Rücklicht-Wirbelstromgeneratoren integriert in den rechten(26) und linken (27) Bremsschuh montiert an einem Fahrrad. Durch Kompatibilität mit Standard-Felgenbremsen ist eine Montage ohne zusätzliche Adapter am Fahrrad möglich. Auf der rechten Seite sieht man: Die Einheit setzt sich aus Generator (26a), Scheinwerfer (26b), Bremsschuhgehäuse (26c) und Bremsgummi (26d) zusammen.
Bild 11 Ein Fahrrad (19) mit erfindungsgemäßer Ausstattung mit phosphoreszierenden Streifen (30) auf den Felgenseiten unterhalb der Bremsfläche in linker Seitenansicht. Die Streifen können als Segmente oder auch über den ganzen Felgenumfang oder den Reifen aufgeklebt oder bereits eingearbeitet sein. Beim Passieren des Scheinwerfers (23,27) wird jedes Segment (30) einmal pro Radumdrehung bestrahlt und damit „aufgeladen“, so dass im weiteren Verlauf der Radumdrehung dieses Licht durch die Phosphorenzeigenschaft wieder abgegeben wird. Vorderrad und Hinterrad leuchten somit auf dem vollen Umfang während der Fahrt zur Seite auf.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202011107060 U1 [0002, 0010]

Claims

System eines oder mehrerer berührungsloser Wirbelstromgeneratoren an stromleitenden Gegenelementen (2), deren Anordnung zueinander die Stromerzeugung bereits bei niedriger Relativgeschwindigkeit zum bewegten Gegenelement erlaubt und auch bei minimaler Generatorgröße eine Wirbelstromverzahnung in praxisgerechtem Abstand zum Gegenelement erlaubt.
System nach Anspruch 1, mit mindestens zwei berührungslosen Wirbelstromgeneratoren, deren sich zumindest einseitig überschneidende Magnetfelder so aufeinander abgestimmt sind, dass einerseits bereits bei niedriger Relativgeschwindigkeit zum Gegenelement (2) eine Stromerzeugung möglich ist, indem die wechselseitigen Generatormagnetfeld-Haltekräfte von den aus Wirbelstromverzahnung mit dem bewegten Gegenelement einwirkenden Antriebskräften übertroffen werden und andererseits auch bei großem Abstand zum Gegenelement eine gute Wirbelstromverzahnung mit entsprechend leistungsfähiger Stromproduktion erreicht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wirbelstromgeneratoren auf gegenüberliegenden Seiten des Gegenelements angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wirbelstromgeneratoren auf gleichen Seiten des Gegenelements angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Generator des Systems ein Dipolrad (1) mit großer Feldstärke verwendet und ein weiterer Generator mit alternierendem Multipolrad (3) innerhalb des Magnetfeldes des Dipolrades (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das alternierende Multipolrad als regelmäßiges 6-Pol Rad (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Generator des Systems ein größeres Dipolrad (1) mit großer Feldstärke (8) verwendet und ein weiterer Generator mit kleinerem Dipolrad (1b) mit geringer nicht zum Einschluss des größeren Magnetrades reichender Feldstärke innerhalb des Magnetfeldes des Dipolrades (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Generatoren des Systems bei Stillstand des Gegenelements (2) weiter von diesem entfernt sind und erst mit einsetzender oder zunehmender Relativgeschwindigkeit über einen Mechanismus zur besseren Wirbelstromverzahnung näher an das Gegenelement bewegt werden.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Generatoren des Systems bei einsetzender Bewegung (5) des Gegenelements (2) über einen initialen Impuls zur Überwindung der magnetische Haltekräfte zur Stromerzeugung aktiviert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das der Impuls elektrisch über die Generatorspule(n) (4) unter Verwendung eines Stromspeichers im Generator erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal zur Impulsgebung über die Generatorspule (4) mittels Erkennung der Relativbewegung (5) zum Gegenelement anhand von Schwingungen im Generatorstromkreis erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (2) eine stromleitfähige Fahrradfelge ist und die Wirbelstromgeneratoren in oder an den gegenüberliegenden Bremsschuhen (10) oder Bremsklötzen einer Felgenbremse beidseitig der Felge angeordnet sind.
Vorrichtung Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsgummi (11) des Bremsklotzes/ Bremsschuhs (10) auswechselbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (2) eine stromleitfähige Fahrradfelge ist und die Wirbelstromgeneratoren in oder an der Vorderradgabel oder den Hinterradstreben des Rahmens angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsschuhe (10) über einen Mechanismus mit den jeweiligen Wirbelstromgeneratoren verbunden sind, der bei Felgenannäherung des Bremsschuhs den zugehörigen Generator (12) noch vor Auftreten eines Felgenkontakts relativ zum Bremsschuh von der Felge (2) weg bewegt und nach Rückkehr in den Ausgangszustand den Generator wieder in seine ursprüngliche Position bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Federmechanismus mit Federparallelogramm (15) handelt und der Generator mittels eine abriebfesten fest verknüpften Abstandselements (15a), das dichter als der Generator an der Felge platziert ist, vor einem Felgenkontakt geschützt wird, indem er bei Felgenkontakt des Abstandselementes (beim Abbremsen oder über Felgenunwucht) über die Parallelogrammfeder (15) von der Felge (2) weg federn kann und entsprechend nach Beendigung des Felgenkontakts in seine Ausgangsposition zurückkehrt.
Vorrichtung nach Anspruch 12,13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Verschiebmechanismus handelt, wobei das Bremsschuhgehäuse (10) eine zur Generatoreinheit (12) und zur Felge (2) offene Nut (17) (bzw. längliche Vertiefung) aufweist und die Generatoreinheit über ein in der Nut unter seitlichem Druck bewegbares Schlitten-Gegenstück (12b) mit dem Bremsschuh seitlich verschiebbar verbunden ist, derart das ein zusätzliches in der Nut (17) an den Schlitten der Generatoreinheit (12b) anliegendes Schlitten-Abstandselement (16) bei Felgenkontakt den Generatorschlitten und somit die damit fest verbundene Generatoreinheit (12) von der Felge weg bewegt und deren Felgenkontakt verhindert, ohne dass nach Beendigung des Felgenkontakts eine Rückkehr in den Ausgangszustand stattfindet.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere Magneträder nicht über ein Gehäuse sondern nur über eine Schutzschicht oder Kappe vom Gegenelement (2) zusätzlich zum Luftspalt abgetrennt sind, welche bei Berührung des bewegten Gegenelements anstelle eines Schleifens ein Mitdrehen mit diesem ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Generatoreinheiten Beleuchtungseinheiten (13,14) integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das die Lichtkegel der Beleuchtungseinheiten frei justierbar (14b) und im Falle der Verwendung im Straßenverkehr somit auch zur Straße justierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit oder deren Gehäuse (14) phosphoreszierendes Material aufweist, das nach Erlöschen der Beleuchtung mit geeignetem Licht (mit blauem bis ultravioletten Spektrum) über einen Zeitraum nachleuchtet und somit eine Standlichtfunktion ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Gegenelement (2) phosphoreszierendes Material (30) aufgebracht ist, das von der an einen berührungslosen Wirbelstromgenerator angeschlossenen Beleuchtungseinheit (13) mit geeignetem Licht (mit blauem bis ultravioletten Spektrum) bestrahlt wird und somit eine permanente seitliche Beleuchtung liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungselektronik als Antiparallelschaltung aus einer LED mit geeignetem Licht zur Phosphorenzaufladung für eine Standlicht- und/oder Rad-Seitenbeleuchtung sowie einer Fahrtlicht LED mit vorzugsweise weißem Vorderlicht oder rotem Rücklicht aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels charakteristischer, bei jeder Umdrehung des Gegenelements wiederkehrender Magnetrad-Geschwindigkeitsprofile, die Umdrehungsdauer und somit die momentane Geschwindigkeit mittels eines Microcontrollers bestimmt wird und mittels einer integrierten Funkeinheit kabellos an externe Empfangs- oder Anzeigegeräte versendbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels charakteristischer, bei jedem Pedalumdrehung wiederkehrender Magnetrad-Geschwindigkeitsprofile, die Pedal-Umdrehungsdauer und somit die Trittfrequenz mittels eines Microcontrollers bestimmt wird und mittels einer integrierten Funkeinheit kabellos an externe Empfangs- oder Anzeigegeräte versendbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels unterschiedlicher Signalstärke der den Pedalumdrehungen zuzuordnenden Magnetrad-Geschwindigkeitsprofile Veränderungen der aufgebrachten Tretleistung innerhalb der Pedalumdrehungen zur Analyse der Treteffizienz des Radfahrers bestimmt werden und mittels einer integrierten Funkeinheit kabellos an externe Empfangs- oder Anzeigegeräte versendbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels charakteristischer Magnetrad-Geschwindigkeitsprofile das wahrscheinliche Auftreten eines Unfallereignisses erkannt wird und mittels einer integrierten Funkeinheit ein Notrufsignal versendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass vor Aussenden eines Notrufsignals mehrere im System ermittelte Magnetrad-Geschwindigkeitsprofile über Funkeinheiten untereinander ausgetauscht und bezüglich der Wahrscheinlichkeit eines Unfalls analysiert werden.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Funksignale entsprechend standardisierter Funk-Normen zur Vehicle 2 Vehicle Kommunikation sowie zur Vehicle 2 X Kommunikation von einer integrierten und vom berührungslosen Generator betriebenen Funkeinheit versandt und empfangen werden, beispielsweis um verkehrsrelevante Daten zur Kollisionsvermeidung mit anderen Verkehrsteilnehmern oder Einrichtungen auszutauschen und anzuzeigen.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheiten (14) der Wirbelstromgeneratoren beidseitig am Vorderrad sowie Hinterrad eines Fahrrades angebracht sind und zur Anzeige eines Abbiegevorgangs mittels wiederholten Blinksignals auf Seite der Abbiegerichtung mittels Blinken des Fahrtlichts (29a, 29b) oder einer zusätzlichen LED unter Beibehaltung des üblichen Fahrtlichts auf der gegenüberliegenden Felgenseite verwendbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheiten (14) mit einer Funkeinheit zum Empfang eines Abbiegesignals ausgerüstet sind und nach Empfang des Signals den Abbiegevorgang mittels Blinken (29a,29b) anzeigen und nach Empfang eines Stoppsignals oder nach Ablauf einer Zeitspanne das Blinksignal beenden.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Navigationssystem oder Smartphone versendeten Navigationssignale zum Links- bzw. Rechtsabbiegen oder Umkehren in den Beleuchtungseinheiten empfangen und als Blinksignal in den Beleuchtungseinheiten auf der linken bzw. rechten Seite oder beiden Seiten gleichzeitig (als Signal fürs Umkehren) als Navigationshilfe für den Radfahrer und gleichzeitig als Abbiegesignal für andere Verkehrsteilnehmer angezeigt werden.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abbiegesignal vom Radfahrer mittels zu spezifizierendem ein- oder mehrmaligen leichten Anziehen der linken (20) bzw. rechten Felgenbremse (24) erzeugt wird, welches innerhalb der Controller-Elektronik der berührungslosen Wirbelstromgeneratoren anhand kurzfristig verringertem Felgenabstand und damit verbundener stark erhöhter Magnetrad-Umdrehungsgeschwindigkeit erkannt wird, derart dass die linke bzw. rechte Beleuchtungseinheit aufblinkt und ein entsprechendes Signal zum Links- bzw. Rechtsabbiegen an die zweite Beleuchtungseinheit auf der Abbiegeseite weitersendet, die somit nach Signalempfang (28) ebenso in den Blinkmodus zur Anzeige des Abbiegevorgangs übergeht.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einstellungen zur Signalverarbeitung und Anzeige in den Beleuchtungseinheiten mittels eines Smartphones per Funk vorgenommen werden können.