Innovatie | Al trappend je AXS-batterijen opladen?

Techniek
13 January 2023 — Jan Geys

Zelfs in onze gekste ideeën, zelfs in onze wildste projecten, zelfs in onze meest absurde lijstjes voor 1 april, hadden we er niet aan gedacht. Sram heeft onlangs twee bijzondere patentaanvragen ingediend als oplossing voor de oplaadproblemen van de kleine batterijen waarmee zijn AXS-producten zijn uitgerust (ook al gaan ze vrij lang mee, dan nog is het iets om over na te denken). De ene aanvraag mag dan wel wat serieuzer lijken dan de andere, toch delen we ze alle twee met jullie: ziehier het zonnespatbord om de AXS-batterijen op te laden en de derailleur-generator!

De derailleur-generator

Laat ons beginnen met de derailleur-generator. Het idee is simpel: een elektrische derailleur heeft energie nodig om de motor aan te drijven. Als we dit zonder batterij willen doen, wat kan ter plaatse dan voor energie zorgen? De derailleurwieltjes, precies!

Omdat deze – aangedreven door de ketting – constant draaien terwijl je trapt, kunnen ze net zo goed een kleine generator aandrijven om te profiteren van deze anders verspilde energie (natuurlijk produceert een klassieke derailleur geen energie in de primaire betekenis van dit werkwoord. De energie komt van het trappen, dus van de persoon op de fiets). Sram bedacht daarom een ​​generator- en motorsysteem dat op de derailleurkooi is bevestigd in plaats van in de buurt van de parallellogram. Dat systeem wordt verbonden met het bovenste derailleurwieltje en een snaarwiel.

Zoals te zien op de tekening hierboven, is dat derailleurwieltje verbonden met een tandwiel dat, via een reeks tandwieloverbrengingen en riemen, de rotor van de generator laat draaien. Een derailleurwieltje draait namelijk veel te langzaam om de generator voldoende stroom te laten produceren. Het is daarom noodzakelijk om met de reductieverhoudingen te spelen om de rotatiesnelheid in elke fase te verhogen om een ​​voldoende waarde voor de rotor te verkrijgen. Het is het tegenovergestelde van hoe een e-bike werkt, waarbij je de uitgangssnelheid van de motor probeert te vertragen om deze op het crankstel over te kunnen brengen. Sram roept een verhouding op tussen 20:1 en 50:1 en stelt in dit voorbeeld 33,75:1 voor (3:1 dan 3:1 dan 3,75:1). Met andere woorden, wanneer het derailleurwieltje een volledige draai maakt, zou de rotor er bijna 34 maken.

Waarom tandwieloverbrengingen (items 37, 338, 339) en riemen (item 43, tussen snaarwielen 41 en 42)? Kwestie van “comfort” volgens de uitvinders. Bij hoge snelheden maken de tandwielen een hoog geluid dat behoorlijk onaangenaam kan zijn. Denk aan de ondersteuning van een e-bike. Op dit systeem staan de tandwielen dicht bij de derailleurwieltjes omdat de rotatiesnelheden dan nog relatief laag zijn en vinden we aan het andere uiteinde, net voor de rotor die veel sneller draait, een riem (stiller maar die een spansysteem vereist).

De generator stuurt de aldus geproduceerde elektriciteit vervolgens naar een opslagmodule (kleine batterij of supercondensator) die de motor voedt wanneer dat nodig is. Dit alles wordt op de kooi geïnstalleerd in hetzelfde doosje als de generator, wat voor een zekere betrouwbaarheid moet zorgen: er dwalen geen draden door de lucht.

We merken op dat het document ook een koppelingsmechanisme vermeldt om het systeem alleen in de pedaalrichting te laten werken. Als je de cranks in de tegenovergestelde richting draait, komt het derailleurwieltje los van de rest van het mechanisme en drijft het de rotor niet langer aan. In dat geval draait het derailleurwieltje vrij rond zoals bij elke derailleur.

De, verrassend complete, patentaanvraag stopt niet bij het mechanische gedeelte en beschrijft ook de elektrische werking van het systeem: opstarten, veiligheid bij overbelasting of oververhitting, …

En over veiligheid gesproken, Sram benoemt al snel een belangrijk punt mocht dit systeem ooit op de markt komen: het vervangen van de onderdelen. Hier worden de details niet gespecificeerd, maar het merk geeft aan dat dankzij deze configuratie de kooi en alles wat erin zit gemakkelijk te vervangen is in geval van een probleem, zonder dat de hele derailleur moet verwisseld worden.

Dient dit nu enkel om de derailleur op te laden? “Je moet begrijpen dat de opslagmodule ook andere elektrische accessoires van stroom kan voorzien, zelfs diegene die een eindje van de derailleur verwijderd zijn, denk maar aan een snelheidssensor op het wiel, een snelheidssensor op de cassette, lampen, een energiemeter, de voorderailleur, een dropper post, enz. Of het kan de motor en andere hulpapparatuur aandrijven”, lezen we in de laatste zinnen van de beschrijving. Dit zou echter het gebruik van kabels vereisen, wat indruist tegen alle moeite die Sram zich getroost heeft om draadloze technologieën aan te bieden.

Je derailleur opladen met energie die hij zelf produceert, is op papier een knap idee, maar als je wat serieuzer nadenkt over de uitvoering ervan, rijzen er al snel vragen. Hoeveel plaats zal het systeem innemen? Wat zou de impact zijn op het rendement? Het doen draaien van tandwielen en een (kleine) motor kost immers meer moeite dan wanneer er helemaal niets zou zijn. In dit opzicht is het moeilijk om een ​​toepassing voor te stellen buiten onze stadsfietsen of e-bikes … als er al ooit effectief een toepassing van komt.

Het zonnespatbord

Deze patentaanvraag vereist minder uitleg. In feite zegt de titel al voldoende: Sram heeft een spatbord bedacht dat bedekt is met fotovoltaïsche cellen om een ​​AXS-batterij op te laden.

Het merk legt uit dat “moderne fietsen steeds meer worden uitgerust met elektronische componenten, zoals shifters, derailleurs, vermogensmeters en dropper posts. Als de batterijen die deze componenten voeden niet worden vervangen of opgeladen, verslijten ze en werken de componenten niet meer. Sommige fietsers denken er niet altijd aan om de laadtoestand van deze batterijen te controleren of ze regelmatig op te laden. Daarom dat er fietsers zijn die een reservebatterij meenemen tijdens het fietsen. Maar zelfs deze reservebatterijen zullen zichzelf op natuurlijke wijze ontladen. Er zijn ook interne chemische reacties die bijdragen aan zelfontlading. Dit betekent dat een reservebatterij mogelijk niet volledig opgeladen blijft, zelfs als deze nooit wordt gebruikt.”

In de aanvraag worden allerlei variaties overwogen: een versie voor een upside-down vork, een versie voor het achterspatbord, een flexibel paneel om overal op het frame te plaatsen en zelfs een bidonhouder.

Sram heeft ook al een oplossing klaar voor wanneer je te maken krijgt met modder of schaduw: “Onder bepaalde lichtomstandigheden kunnen bepaalde delen of locaties van de zonnecellen verschillende niveaus van straling ervaren. Bij parallel geschakelde zonnecellen blijft het uitgangsvermogen van de cellen die in het licht liggen dezelfde, ook al kunnen een of meer van die cellen in de schaduw liggen. Wanneer alle cellen parallel zijn geschakeld, wordt de spanning van een open circuit echter gelijk aan die van een enkele cel, die dus in de schaduw kan liggen. ​​Daarom worden de zonnecellen geschakeld in een combinatie van serie- en parallelschakelingen.”

Jammer genoeg (of niet) heeft het United States Patent and Trademark Office de patentaanvraag voor het zonnespatbord afgewezen. Ondanks alle argumenten die Sram aanvoert om te bewijzen dat het om iets anders gaat, bestaat er al een patent voor dit onderwerp, dat in 2007 verleend werd in Zuid-Korea (referentie KR100866988B1). Aan de andere kant zijn de claims in verband met het derailleur-generatorproject onderhevig aan enkele herzieningen, maar de claim is niet afgewezen. Zullen we dit soort technologie ooit op een fiets zien? Sram werkt hard aan de nabije toekomst (lees Spyshot | Een nieuwe Sram Eagle AXS?!), dus je weet nooit wat we de komende jaren nog mogen verwachten …  

Hier kan je de volledige brevetten nalezen:

Bicycle Derailleur

Energy Harvesting for a Bicycle