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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzblech mit einer integrierten Fahrradbeleuchtung mit mindestens einem Beleuchtungselement, das mit einer integrierten Stromversorgung verbunden ist.
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Ein derartiges Schutzblech ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 038 225 A1 bekannt, worin eine Beleuchtung für ein Fahrrad beschrieben wird, dass an einem Schutzblech angeordnet ist und Leuchtdioden sowie eine zu- und abschaltbare Spannungsquelle für die Leuchtdioden besitzt. Die Leuchtdioden sind in das Schutzblech integriert und eine Abstrahlung des Lichts erfolgt mindestens in Fahrradlängsrichtung nach vorn und/oder nach hinten. Als Spannungsquelle dient vorzugsweise eine aufladbare Batterie, wobei die Batterie mit einer auf dem Fahrrad oder auf dem Schutzblech angeordneten Solarzelle sowie einer entsprechenden Aufladeelektronik verbunden ist.
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Nachteilig an dem nach dem Stand der Technik bekannten Schutzblech ist, dass zum Aufladen der Batterie Licht auf die Solarzelle einwirken muss. Üblicherweise sind Fahrräder – sofern sie nicht verwendet werden – in dunklen Garagen oder in Kellerräumen abgestellt, so dass die Batterie dort nicht aufgeladen wird. Somit kommt es insbesondere in den dunklen Abendstunden vor, dass die Fahrradbeleuchtung mangels Stromversorgung nicht funktionsfähig ist. Darüber hinaus kommt es auch vor, dass die Beleuchtung während des Fahrens funktionsunfähig wird, wenn beispielsweise eine längere Strecke in der Nacht oder bei schlechtem Wetter zurückgelegt wird, so dass die Sonneneinstrahlung nicht zum Aufladen der Batterie ausreicht.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten Nachteile zu beheben und ein Schutzblech vorzuschlagen, bei dem eine integrierte Beleuchtung unabhängig von der Sonneneinstrahlung zuverlässig Licht abgibt.
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Diese Aufgabe wird durch das Schutzblech nach Anspruch 1 gelöst, bei dem erfindungsgemäß zur Stromversorgung ein Dynamo vorgesehen ist, der mindestens eine gewickelte Spule als Stator und mindestens ein beweglich angeordnetes Magnetelement als Rotor besitzt. Hierdurch wird das Beleuchtungselement während des Fahrradfahrens zuverlässig mit einem gleichmäßigen Strom versorgt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden sowie in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das Schutzblech ist nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung als Steckschutzblech ausgebildet, damit es problemlos vom Fahrrad abgenommen werden kann, um es vor Diebstahl zu schützen. Alternativ hierzu kann das Schutzblech auch dauerhaft und somit ebenfalls diebstahlsicher mit dem Fahrrad verbunden sein. Bei einer Ausführungsform, bei der das Schutzblech als Steckschutzblech ausgebildet ist, dürfen die Beleuchtungselemente des Schutzblechs sowie etwaige weitere elektrische Komponenten nicht über Kabel mit dem Rahmen oder anderen Bauteilen des Fahrrads verbunden sein. Insbesondere der Dynamo ist somit speziell auszugestalten. Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass die gewickelte Spule in dem Schutzblech integriert ist und das als Rotor ausgebildete Magnetelement an dem Laufrad angeordnet ist, wobei das Magnetelement vorzugsweise innerhalb des Mantels oder an den Speichen befestigt ist. Durch diese besondere Ausführungsform des Dynamos, bei dem der Stator und der Rotor berührungslos und zueinander beabstandet angeordnet sind, kann das Schutzblech inklusive des integrierten Stators problemlos von der Steckverbindung zum Fahrrad abgenommen werden. Zudem ergibt sich aus der besonderen Ausgestaltung des Schutzblechs eine Gewichtsersparnis bei dem Schutzblech, da die schweren Elemente des Dynamos, nämlich die Magnetelemente, im Laufrad verbleiben und nur die vergleichsweise leichte Komponente am Schutzblech angeordnet ist. Darüber hinaus ist ein derartig ausgestalteter Dynamo äußerst unempfindlich, da alle Komponenten in ohnehin vorhandenen Bauteilen integriert sind, womit keine witterungsbeständigen Kabel oder zusätzliche Gehäuse benötigt werden. Schließlich ist der beschriebene berührungslose Dynamo vorteilhaft gegenüber Walzendynamos, bei denen die Rotation des Rotors, der bei herkömmlichen Dynamos ausnahmslos durch die Spule gebildet wird, durch Reibungskräfte übertragen wird. Hierdurch verursachte Verlustleistungen müssen somit nicht mehr in Kauf genommen werden. Aber auch gegenüber Nabendynamos ist der berührungslose Dynamo vorteilhaft. Insbesondere zeichnet er sich nämlich durch eine vergleichsweise höhere Frequenz des erzeugten Stroms aus, der aus der großen Anzahl von Magneten bei gleichzeitig hoher Umfangsgeschwindigkeit resultiert. Hiermit ergibt sich sogar bei niedrigen Raddrehzahlen eine relativ hohe Effizienz.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Magnetelement aus mehreren einzelnen Magneten besteht, die in äquidistanten Abständen im Mantel des Reifens oder an den Speichen angeordnet sind. Beispielsweise ist das Magnetelement als Magnetband ausgebildet, das lediglich zwischen den Schlauch und den Mantel gelegt wird. Alternativ hierzu können die Magnete bzw. die Magnetelemente in dem Mantel des Reifens einvulkanisiert oder eingeklebt sein. Wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Magnete an den Speichen angeordnet sind, werden die Magnete beispielsweise mit einer Schaub- oder Klemmverbindung an den Speichen befestigt. Die Anordnung der Magnete in äquidistanten Abständen sorgt für eine gleichmäßige und konstante Stromversorgung.
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Damit die Beleuchtungselemente unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrrads eine gleichmäßige Lichtleistung abgeben, ist ein Energiepuffer in dem Schutzblech integriert, der mit dem Dynamo verbunden ist, wobei als Energiepuffer vorzugsweise ein Akkumulator oder ein Kondensator verwendet wird. Somit wird auch bei einem Stillstand des Fahrrads Licht erzeugt, was beispielsweise beim Stehen an Ampeln im Straßenverkehr vorteilhaft ist.
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Es wurde bereits angesprochen, dass das Schutzblech vorzugsweise abnehmbar ausgestaltet ist, damit es problemlos mitgenommen werden kann. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die verwendeten Materialien sowie die integrierten Bauteile möglichst gewichtsparend und klein ausgebildet sind. Als Frontstrahler, der die Fahrbahn vor dem Fahrrad beleuchtet, ist als Beleuchtungselement daher eine LED vorgesehen, die in einem plattenförmigen Lichtlenkungselement angeordnet ist, das ein Bestandteil des Schutzbleches ist. Ein solches plattenförmiges Lichtlenkungselement ist in der
DE 20 2005 006 915 U1 beschrieben, auf deren Inhalt ausdrücklich verwiesen wird. Das plattenförmige Lichtlenkungselement besteht aus transparentem farblosen und/oder beliebig farbigem Material und ist für den vorliegenden Verwendungszweck vorzugsweise parabelförmig oder parabelähnlich ausgebildet. Innerhalb des plattenförmigen Lichtlenkungselements ist in einer Bohrung eine LED angeordnet, in der das Licht in das Lichtlenkungselement eingekoppelt wird. Aufgrund der parabelförmigen oder parabelähnlichen Ausgestaltung des plattenförmigen Lichtlenkungselements wird das Licht gebündelt und leuchtet die Straße vor dem Fahrrad optimal aus. Vorzugsweise sind zur Optimierung der Straßenausleuchtung und damit zur Erzielung einer Totalreflektion innerhalb des Lichtlenkungselements die Kantenbereiche vollflächig oder partiell verspiegelt oder poliert. Demgegenüber ist die Lichtaustrittsfläche an der Stirnseite des Lichtlenkungselements poliert oder mattiert ausgebildet. Alternativ hierzu kann das Lichtlenkungselement auch ein mehrdimensional verformtes Element sein, das nicht zwingend parallelwandig ausgestaltet sein muss. Der Reflektor ist dabei vorzugsweise als integraler Bestandteil des Schutzbleches ausgebildet und insbesondere für hier bevorzugt zu verwendende Hochstrom-LEDs einsetzbar, die als elektronisches Bauteil keinen eigenen Reflektor besitzen. Um verschiedene Beleuchtungsaufgaben wie Fernlicht oder Abblendlicht zu lösen ist es möglich, unterschiedliche Reflektorkonturen innerhalb des Lichtlenkungselementes auf verschiedenen Ebenen anzuordnen, welche das Licht an derselben Lichtaustrittsfläche mit unterschiedlicher Charakteristik abstrahlen.
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Um der Straßenverkehrsordnung zu entsprechen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass für den Frontscheinwerfer eine weiße LED und für das Rücklicht eine rote LED verwendet wird. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass für das Rücklicht kein parabelförmiger oder parabelähnlicher plattenförmiger Reflektor gemäß der
DE 20 2005 006 915 U1 verwendet wird, sondern vielmehr eine Streuscheibe, die das rote Licht in nicht gebündelter Form nach hinten abstrahlt. Alternativ hierzu kann auch eine Kombination aus plattenförmigem Reflektor und anderen lichtstreuenden Elementen vorgesehen sein.
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Damit insbesondere im Dunkeln andere Verkehrsteilnehmer das Fahrrad auch in der Seitenansicht bemerken, ist vorzugsweise mindestens ein weiteres Beleuchtungselement an dem Schutzblech angeordnet, das quer zur Fahrtrichtung abstrahlt. Allerdings kann hierzu auch das plattenförmige Lichtlenkungselement verwendet werden, das konstruktionsbedingt ein Teilen oder Abzweigen einer gewissen Lichtmenge zulässt, die seitlich abgestrahlt werden kann. Alternativ oder additiv hierzu sind seitlich an dem Schutzblech Reflektoren angeordnet.
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Nach einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung ist an dem Schutzblech eine Sensor- und Steuereinheit vorgesehen, mit der Fahrparameter aufgezeichnet und angezeigt werden können. Beispielsweise kann die gefahrene Strecke und/oder die erreichte Spitzen- und/oder Durchschnittsgeschwindigkeit angezeigt werden. Einstellungen, die zur Bestimmung dieser Werte benötigt werden, werden über die Steuereinheit eingegeben. Zum Ablesen der Werte dient eine Anzeige, die einen integrierten, gekapselten LCD-Display besitzt oder eine Anzeigeeinheit, die über eine kurze Funkstrecke (beispielsweise Bluetooth) am Fahrradlenker angeordnet ist. Auch das Ablesen und Verwerten der Daten mittels eines Mobiltelefons ist denkbar.
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Vorzugsweise ist das Schutzblech einstückig ausgebildet und besteht aus Polycarbonat (PC), einem vergleichbaren Thermoplast oder geeignetem Duroplast. Dieses Material soll äußerst schlagzäh und transparent und deswegen besonders gut als Material für Schutzbleche geeignet sein. Darüber hinaus sollte es gut zu verarbeiten sein, so dass die einzelnen Komponenten gut in das Schutzblech eingearbeitet werden können. Gegebenenfalls können die Schutzbleche unterschiedlichen werkstoffspezifischen Oberflächenbehandlungen unterzogen werden. Insbesondere ist zur Reflexionsverbesserung vorgesehen die Oberflächen mit mineralischen Oxiden zu bedampfen. Um die Schutzbleche auch optisch ansprechend auszugestalten, können sie mit einem Mehrkomponentenspritzgussverfahren herstellt werden, so dass die Schutzbleche verschiedenfarbig ausgebildet sein können.
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Schließlich sind vorzugsweise zur Vibrationsdämpfung elastomere Elemente an der Aufhängung der Schutzbleche angeordnet. Insbesondere die elektrischen Komponenten des Schutzblechs sind hierdurch den Umständen entsprechend schonend gelagert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und konkrete Ausführungsformen des Schutzblechs sowie des Lichtlenkungselements werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert, wobei die
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1a und b eine Seitenansicht eines Schutzblechs mit integrierter Beleuchtung,
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2a, b und c einen Querschnitt durch ein Reifensegment mit Dynamo und
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3a und b jeweils ein Lichtlenkungselement zeigen.
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In den 1a und b ist jeweils ein Vorderrad 1 eines Fahrrads dargestellt, das an der Vorderradgabel 2 befestigt ist. Um den Fahrer während des Fahrens von Spritzwasser und weiterem Schmutz zu schützen, ist ein Schutzblech 3 vorgesehen, das oberhalb des Vorderrads 1 befestigt ist. Das Schutzblech 3 besitzt an dem vorderen Ende ein plattenförmiges Lichtlenkungselement 4, innerhalb dessen eine LED 5 angeordnet ist. Die LED 5 und das plattenförmige Lichtlenkungselement 4 bilden zusammen den Frontscheinwerfer. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lichtlenkungselement 4 gewölbt bzw. gebogen ausgebildet und der äußeren Kontur des Schutzbleches 3 angepasst.
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Zur Stromversorgung ist ein berührungsloser Dynamo vorgesehen, der eine gewickelte Spule 6 als Stator und mehrere Magnete 7 als Rotor besitzt. Bei der Ausführungsform nach 1a ist die Spule 6 an der Oberseite des Schutzblechs 3 angeordnet und die Magnete 7 sind im Mantel befestigt. Eine hierzu alternative Ausgestaltung ist in 1b gezeigt, wo die Magnete 7 an den Speichen befestigt sind und die Spule 6 an einem seitlich des Reifens angeordneten Halteelement 10 an dem Schutzblech 3 angeordnet ist. In beiden Fällen werden bei der Rotation des Vorderrades 1 die Magnete 7 sukzessiv an der gewickelten Spule 6 vorbeigeführt, so dass an der gewickelten Spule 6 ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt wird. Mit anderen Worten, es werden die Magnetfeldlinien durch die Spulenwicklung geschnitten. Hierdurch wird in der Spule 6 ein Strom induziert, der zum Aufladen des Energiepuffers und/oder direkt zum Betreiben der Beleuchtungselemente dient. Selbstverständlich kann die Stromzufuhr mittels eines (nicht dargestellten) Schalters unterbrochen werden, so dass bei Tagfahrten kein Strom generiert wird.
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Weiterhin ist an dem Schutzblech 6 eine Steuer- und Auswerteinheit 9 angeordnet, die ein Display besitzt, wo beispielsweise die gefahrene Strecke und/oder die erreichte Geschwindigkeit abgelesen werden kann. Wie bei bekannten Bordcomputern können Änderungen eines Magnetfeldes verwertbare Daten liefern, die von einer Elektronik in die gewünschten Informationen umgewandelt werden können.
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Je eine konkrete Ausführungsform des berührungslosen Dynamos ist in den 2a und b im Querschnitt gezeigt. Der Reifen besteht im Wesentlichen aus einer Felge 21, die über die Speichen 22 mit einer (nicht dargestellten) Nabe verbunden ist. Auf der Felge 21 sind jeweils ein Mantel 23 sowie ein Schlauch 24 angeordnet. Bei der Ausführungsform nach 2a wird der Mantel 23 von einem Schutzblech 3 bedeckt, an dem seitlich ein Halteelement 10 für die gewickelte Spule 6 angeordnet ist. Die Magnete 7 sind dabei an den Speichen 22 befestigt. Durch diese Art der Lagerung der Magnete 7 ergibt sich der Vorteil, dass die Magnete 7 sehr dicht an der gewickelten Spule 6 vorbeigeführt werden können, womit aufgrund des stark variierenden Magnetfeldes ein vergleichsweise hoher Strom induziert wird. Bei einer anderen konkreten Ausführungsform (s. 2b) ist die gewickelte Spule 6 in dem Schutzblech 3 integriert, wobei die Magnete 7 zwischen dem Schlauch 24 und dem Mantel 23 angeordnet sind. Beispielsweise können die Magnete 7 mit einem Halteband oder einem Pannenschutzband 25 festgeklebt werden. Bei dieser Ausgestaltung ist zwar der Abstand zwischen den Magneten 7 und der gewickelten Spule 6 vergleichsweise größer, allerdings ergeben sich insbesondere bei der Justierung der Magnetelemente Vorteile, da diese aufgrund der festen Anordnung innerhalb des Mantels 23 nicht verrutschen können.
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Schließlich ist in 2c ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zwei parallel zueinander angeordnete Spulen 6, 6' vorgesehen sind, die zudem mit einem Eisenkern 26 verbunden sind, was die Induktivität der Spulen erhöht. Beide Ausgestaltungen bewirken, dass wesentlich mehr Strom pro Raddrehung erzeugt wird. Insbesondere sind mit dieser Ausgestaltung auch eine Umkehrung des Stromflusses und damit eine Art Antriebseinheit vorgesehen. Hierzu wird der Strom von dem Energiepuffer ausgehend durch die Spulen 6, 6' geleitet, so dass ein Magnetfeld entsteht, welches der Bewegung bei der Aufladung des Energiepuffers entgegensteht. Somit kann mit dem Energiepuffer nicht nur die Beleuchtungseinrichtung versorgt werden, sondern auch eine Antriebseinheit geschaffen werden. Gegebenenfalls kann der Energiepuffer auch über ein externes Kabel aufgeladen werden, so dass schon zu Beginn der Fahrt genügend elektrische Energie für eine Antriebseinheit zur Verfügung steht.
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Für das Lichtlenkungselement sind im Wesentlichen zwei verschiedene Ausführungsformen vorgesehen. Bei einer besteht das Lichtlenkungselement 4 lediglich aus einem parabelförmigen Körper oder zumindest einem parabelähnlichen Körper, in dem eine LED 31 angeordnet ist (s. 3a). Die Kantenbereiche 32 des Lichtlenkungselements 4 wirken totalreflektierend, so dass ein nahezu parallel ausgerichtetes Lichtbündel aus der Stirnseite 33 des Lichtlenkungselements 4 austritt. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des parabelähnlichen Körpers lässt sich der Lichtaustritt beeinflussen und den jeweils gewünschten Bedingungen anpassen. Bei der Ausführungsform nach 3b besteht das Lichtlenkungselement 4 im Wesentlichen aus mehren parabelförmigen Teilkörpern (4', 4'', 4'''), die ineinander verschachtelt angeordnet sind, wobei die Scheitelpunkte 34 vorzugsweise auf einer Geraden liegen. Durch eine horizontale Trennung des Lichtlenkungselements 4 ist es ferner möglich verschiedene Abstrahlcharakteristiken einzustellen. Insbesondere kann zwischen Fern- und Abblendlicht gewählt werden, wozu unterschiedlich geformte Reflektoren bzw. Lichtlenkungselemente bis jeweils zur halben Materialstärke eingebracht werden.
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Zusammenfassend kann mit einem derartigen Schutzblech auf viele Einzelkomponenten verzichtet werden, die sonst einzeln am Lenkrad angebracht werden müssen und über lange störanfällige Kabel und Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Es wurde somit eine kompakte, robuste und wartungsfreie Möglichkeit geschaffen, einen Bordcomputer sowie die Fahrradbeleuchtung und Teile des Dynamos in einem Gerät zu integrieren, die zudem problemlos an allen Fahrrädern nachgerüstet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006038225 A1 [0002]
- DE 202005006915 U1 [0010, 0011]
