(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2008/14 EP B1 (13) T3 (1) Int. Cl. B60G11/27 B60G17/01 F16F9/0 ( ) ( ) ( ) (4) Tytuł wynalazku: Miechowa sprężyna powietrzna z zasilaniem elektrycznym (30) Pierwszeństwo: DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 200/30 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 08/2008 (73) Uprawniony z patentu: ContiTech Luftfedersysteme GmbH, Hannover, DE PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: Reck Siegfried, Nienburg, DE Bank Christoph, Lehrte, DE (74) Pełnomocnik: Polservice Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o. rzecz. pat. Balińska Ewa Warszawa skr. poczt. 33 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 83P22628PL00 EP B1 1 Opis [0001] Do pracy układów elektrycznych w obrębie miechowej sprężyny powietrznej potrzebna jest energia elektryczna. Według zastrzeżenia 1 przedmiotem wynalazku jest zasilanie miechowej sprężyny powietrznej energią elektryczną. Stan techniki [0002] 1. Energia do zasilania układów elektrycznych jest dotychczas przesyłana z zewnątrz do sprężyny powietrznej. Sposób przesyłania energii zależy od średniego poboru mocy zasilanego układu. Dla większych mocy potrzebne są elektryczne przewody zasilające. Do tego celu wymagane są z reguły dwie żyły prądowe, które zwiększają nakłady na okablowanie. 2. Przy małym zapotrzebowaniu mocy istnieje możliwość zintegrowania akumulatora energii (baterii) o odpowiedniej trwałości z zasilanym układem. Jednak takie akumulatory elektrochemiczne często nie nadają się do pracy w wymaganym zakresie temperatur. 3. Jeśli układ elektryczny ma działać sporadycznie i/lub tylko na krótki czas, to potrzebna energia może być dostarczana poprzez pole elektromagnetyczne (transponder). Zasadniczą wadą tej metody są drogie cewki sprzęgające po stronie nadajnika i odbiornika. Zadanie wynalazku [0003] Zadaniem niniejszego wynalazku jest zaproponowanie prostego i praktycznego zasilania energią elektryczną w szczególności miechowej sprężyny powietrznej. Rozwiązanie i korzyści [0004] Zadanie to jest rozwiązane w zasadzie poprzez cechy

3 2 zastrzeżenia głównego. Wymienione w zastrzeżeniach zależnych środki umożliwiają korzystne ulepszenia i inne postaci wykonania. [000] Poprzez zastosowanie elementów piezoelektrycznych w sprężynach powietrznych po raz pierwszy dostarczana jest według wynalazku energia elektryczna do zasilania odbiorników w obrębie poszczególnych sprężyn powietrznych. [0006] Wykorzystanie piezoelementów do wytwarzania energii elektrycznej umożliwia bezproblemowe zasilanie różnych pomocniczych zespołów elektrycznych w obrębie sprężyny powietrznej. Przy tym można zrezygnować z uciążliwego i tym samym pracochłonnego okablowania poszczególnych sprężyn powietrznych. Poza tym metoda lokalnego zasilania elektrycznego według wynalazku jest bardziej niezawodna niż wykorzystywanie transponderów. [0007] Znane jest samo w sobie wykorzystanie elementów piezoelektrycznych w sprężynach powietrznych. W szczególności znane jest montowanie piezoelementów na powierzchni tłoka miechowej sprężyny powietrznej. Według DE-PS C2 tego rodzaju piezoelementy służą jako czujniki do wyznaczania chwilowej wysokości sprężyny, tak, że za pomocą szeregu piezoelementów znajdujących się na powierzchni tłoka wykrywana jest siła nacisku miecha odwijanego po powierzchni tłoka. [0008] Podobnie jak przy wykorzystaniu piezoelementów jako czujników według podobnego pod względem rodzaju DE A1 w powiązaniu z DE-PS C2 do wyznaczania wysokości sprężyny, również tu są rozmieszczone elementy piezoelektryczne na powierzchni obwodowej tłoka tocznego odwijającego w zmiennej strefie odwijania miecha.

4 3 [0009] Piezogenerator jest usytuowany na tłoku tocznym odwijającym na środku w okolicy miejsca, w którym w położeniu konstrukcyjnym układu pojazdu znajduje się odwijana fałda sprężyny powietrznej. Podczas procesu sprężynowania miech pokrywa strefy piezogeneratora o różnej wielkości. Występujące przy tym naprężenia mechaniczne na powierzchni stykowej pomiędzy ścianką miecha i generatorem odkształcają piezoelementy i tym samym przesuwają ładunki elektryczne (efekt piezoelektryczny). Takie przemieszczenie ładunków jest źródłem energii elektrycznej. [0010] Inaczej niż w znanych już układach, piezoelementy nie rozciągają się osiowo lecz są rozmieszczone obwodowo w strefie odwijania fałdy. Piezoelementy nie służą według wynalazku jako czujniki, lecz są wykorzystywane (wyłącznie) do uzyskiwania energii do zasilania lokalnie usytuowanych odbiorników. Podobnie jak w przypadku ich użycia jako czujników, również w przypadku ich wykorzystania według wynalazku są stosowane korzystnie piezo-ceramiki i folie piezoelektryczne, na przykład z polifluorku winylidenu (PVFD), (natomiast nie czujniki tensometryczne). [0011] Piezoelementy mają stosunkowo dużą rezystancję wewnętrzną. Aby zwiększyć moc elektryczną zasilania, zgodnie z rozwinięciem wynalazku wiele piezoelementów jest łączonych równolegle celem zmniejszenia impedancji źródła. Takie piezoelementy mogą być umieszczone na obwodzie obok siebie albo mogą być nałożone na siebie. [0012] Piezogenerator wykorzystuje według wynalazku siły, które występują podczas sprężynowania pomiędzy ścianką miecha i zewnętrzną ścianką tłoka tocznego odwijającego. Pod

5 4 naciskiem miecha występuje na powierzchni styku skierowany promieniowo docisk (F R ). Ponadto powstają naprężenia styczne w kierunku osiowym (F Z ), gdy miech odwija się po tłoku. [0013] Inna możliwość napędu piezogeneratora polega na umieszczeniu folii piezoelektrycznej na ściance miecha. Dynamiczne naprężenia obwodowe i wzdłużne, jakie występują podczas odwijania w ściance miecha, działają także na folię i powodują w niej rozdzielenie ładunków wskutek efektu piezoelektrycznego, co może być wykorzystane jako źródło energii elektrycznej. [0014] W przypadku zewnętrznie prowadzonych sprężyn powietrznych istnieje dodatkowa możliwość umieszczenia wieńca generatorowego z piezoelementami w prowadnicy zewnętrznej. [001] Dzięki osadzeniu co najmniej jednego piezoelementu w elastomerze źródło energii jest trwale zabezpieczone przed szkodliwymi wpływami otoczenia (zabrudzenie i tak dalej). [0016] Za pomocą generatora może być wytwarzana energia elektryczna tam, gdzie jest ona potrzebna: czyli w sprężynie powietrznej. Energia wytwarzana jest wtedy, gdy jest ona potrzebna do wykonania pomiarów i przesłania danych pomiarowych: a więc w trybie pracy podczas jazdy. Rysunki [0017] Poniżej objaśnia się na czterech przykładach wykonania zasilanie energią według wynalazku. I tak: fig. 1 przedstawia pierwszy a fig. 2 drugi przykład wykonania, a mianowicie: fig. 1a i fig. 2a - w danym wypadku przedstawia sprężynę powietrzną w przekroju podłużnym, fig. 1b i fig. 2b - w danym wypadku przedstawia widok szczegółu X,

6 fig. 1c i fig. 2c - w danym wypadku przedstawia fragment elementów piezoelektrycznych, i fig. 1d i fig. 2d - w danym wypadku przedstawia odwijający tłok toczny w widoku perspektywicznym. 10 Fig. 3 przedstawia układ miech/tłok toczny odwijający z folią piezoelektryczną umieszczoną według wynalazku na ściance miecha w widoku perspektywicznym, i fig. 4 - przekrój podłużny prowadzonej zewnętrznie sprężyny powietrznej, z umieszczonym w prowadnicy zewnętrznym pasmem piezoelementów. Opis [0018] Sprężyny powietrzne 2 przedstawione w przekroju podłużnym na fig. 1a i fig. 2a składają się w zasadzie z miecha 4 i dwóch członów krańcowych 6, 8 umieszczonych względem siebie w zmieniającym się odstępie, a mianowicie z płyty wierzchniej 6 i odwijającego tłoka tocznego 8, przy czym miech 4 i człony krańcowe 6, 8 otaczają wspólnie wnętrze 10 sprężyny powietrznej. Przy średniej wysokości sprężyny lub w spoczynkowym położeniu sprężyny 2 miech 4 pokrywa prawie w połowie odwijający tłok toczny 8. Podczas sprężania i rozprężania fałda 4a miecha 4 odwija się po zewnętrznej powierzchni tłoka 8. Przy tym miech 4 zasilany sprężonym powietrzem, w chwilowym obszarze fałdy 4a miecha, wywiera na odwijający tłok 8 nacisk F zmieniający się w rytmie sprężania i rozprężania. [0019] Ten nacisk F zmieniający się w rytmie sprężynowania i wywierany na środkową część odwijającego tłoka tocznego 8 jest wykorzystywany według wynalazku za pomocą piezoelementów 12 do wytwarzania energii elektrycznej zasilającej odbiorniki wewnątrz sprężyny powietrznej.

7 6 [0020] W tym celu odwijający tłok toczny 8 w swoim środkowym obszarze jest zaopatrzony w obwodową wnękę 14 (patrz "widok szczegółu X"), w którą jest wprowadzony (wpuszczony) pakiet piezoelementów 12a +... ("wieniec generatorowy" ). [0021] W przypadku przedstawionego na fig. 1 "wieńca generatorowego " 16 piezoelementy 12a,... tworzą pasmo nałożonych na siebie, elastycznych folii piezoelektrycznych 12, które są zwinięte w obwodowej wnęce 14 (fig. 1d). [0022] Według fig. 2 wieniec generatorowy 16 składa się z szeregu umieszczonych na obsadzie 18 elementów piezoceramicznych 12, które są wpuszczone w obwodową wnękę 14 odwijającego tłoka tocznego 8 (patrz w szczególności fig. 2b i 2d). [0023] W trakcie przewijania fałda 4a zasilana sprężonym powietrzem wywiera na wpuszczone we wnękę 14 piezoelementy 12 siłę promieniową F R, a także siłę osiową F Z. Wskutek ściskania asymetrycznie strukturyzowanej sieci krystalicznej piezoelementów 12 następuje przesunięcie rozkładu ładunków elektrycznych, czego skutkiem są ładunki elektryczne na każdych dwóch przeciwlegle umieszczonych elektrodach płytkowych 20, a przy zmianach nacisku powstają zmiany ładunków, to znaczy powstaje prąd elektryczny, który może być odbierany przez styki przyłączowe 22. [0024] Aby zwiększyć uzyskiwaną moc elektryczną, stosowane są całe "pakiety" 12a +... piezoelementów 12. [002] Pojemność elektryczna elementów piezoelektrycznych 12 jest stosunkowo mała mimo dość wysokiej względnej stałej dielektrycznej ε r. Dlatego według wynalazku proponuje się równoległe połączenie elektryczne poszczególnych elementów

8 7 12a,... złożonych w pakiet piezomodułów 12a,... W ten sposób zwiększa się ich całkowita pojemność. W takim samym stopniu zmniejsza się impedancja źródłowa, tak że ma się do dyspozycji większy prąd. [0026] Fig. 1 i 2 przedstawiają odmiany wykonania wynalazku, w których piezoelementy 12 są wpuszczone we wnękę 14 odwijającego tłoka tocznego 8. Natomiast fig. 3 przedstawia kolejny przykład wykonania. Przy tym pasma folii piezoelektrycznej 12 są wpuszczone lub naklejone na zewnętrznej powierzchni miecha 4. Podczas gdy stosowane w odmianie wykonania według fig. 1 i 2 piezoelementy 12 działają głównie jako "oscylator grubościowy", to wpuszczona w miech według fig. 3 folia piezoelektryczna 12 funkcjonuje w wyniku procesu odwijania na tłoku 8 zarówno jako "oscylator ugięciowy" jak też jako "oscylator grubościowy". W przypadku wykorzystania jako oscylator grubościowy promieniowo wewnętrzne folie piezoelektryczne 12 są poddane ściskaniu, a promieniowo zewnętrzne folie piezoelektryczne 12 są rozciągane. Ten fakt trzeba uwzględnić przy podłączaniu styków 22, gdy pakiety folii znajdują się w "neutralnej" płaszczyźnie miecha. [0027] Gdy sprężyna powietrzna 2 ma zewnętrzną prowadnicę ("kołpak") 24, to istnieje możliwość, aby zamiast wpuszczonej w zewnętrzną ściankę odwijającego tłoka tocznego 8 i zaopatrzonej w piezoelementy 12 wnęki 14 ukształtować wpuszczoną w wewnętrzną powierzchnię zewnętrznej prowadnicy 24 wnękę 14 z piezoelementami 12 (fig. 4). Jest to zawsze celowe wówczas, gdy odbiornik znajduje się w strefie ustalonej części płyty pokrywy 6 sprężyny powietrznej.

9 8 Wykaz odnośników [0028] 2 miechowa sprężyna powietrzna, sprężyna powietrzna, sprężyna 4 miech 4a fałda odwijana 6,8 człony krańcowe 6 płyta wierzchnia, pokrywa sprężyny powietrznej 8 odwijający tłok toczny, tłok 10 wnętrze sprężyny powietrznej 12,12,12 piezoelement, moduł piezoelektryczny 12a,... piezoelementy, pakiet folii piezoelektrycznych 12 piezofolia, folia piezoelektryczna 12 element piezo-ceramiczny F R F Z siła promieniowa siła osiowa 14,14 wnęka 16 "wieniec generatorowy " 18 obsada 20 elektroda(-y) płytkowa(-e), elektroda(-y) 22 styki przyłączowe 24 prowadnica zewnętrzna, płaszcz, "kołpak" ContiTech Luftfedersysteme GmbH Pełnomocnik:

10 83P22628PL00 EP B1 9 Zastrzeżenia patentowe 1. Miechowa sprężyna powietrzna (2) z pokrywą (6) sprężyny powietrznej, miechem (4) mającym odwijaną fałdę (4a), i odwijającym tłokiem tocznym (8) znamienna tym, że celem wytwarzania energii elektrycznej na zewnętrznej powierzchni obwodowej odwijającego tłoka tocznego (8) w strefie odwijania miecha (4) jest umieszczonych wiele elementów piezoelektrycznych (12, 12 i/lub 12 ), które są połączone ze sobą elektrycznie równolegle. 2. Miechowa sprężyna powietrzna według zastrz. 1, znamienna przez "wieniec generatorowy" (16), który jest zbudowany z elementów piezoceramicznych (12,...) lub z pakietu folii piezoelektrycznych (12,...) (12a +...) i jest wpuszczony na zewnętrznym obwodzie odwijającego tłoka tocznego (8) w obwodową wnękę (14). 3. Miechowa sprężyna powietrzna według jednego z zastrzeżeń 1 do 2, znamienna przez płaszcz (24), który na stronie obwodowej w strefie odwijania fałdy (4a) jest zaopatrzony we wnękę (14 ) mieszczącą osadzone w niej piezoelementy (12a...). 4. Miechowa sprężyna powietrzna według jednego z zastrzeżeń 1 do 3, znamienna tym, że miech (4) w strefie odwijania fałdy (4a) jest obłożony folią piezoelektryczną (12 ).. Miechowa sprężyna powietrzna według jednego z zastrzeżeń 1 do 4, znamienna tym, że co najmniej jeden piezoele-

11 10 ment (12, 12 i/lub 12 ) jest umieszczony na obsadzie (18) i/lub jest osadzony w elastomerze. ContiTech Luftfedersysteme GmbH Pełnomocnik:

12 83P22628PL00

13 83P22628PL00

14 83P22628PL00