DE102009029653A1 - Crank drive for bicycle, comprises foot pedal shaft, two foot pedals, and hollow shaft, in which foot pedal shaft is arranged, where hollow shaft has permanent magnetic field and two bearings - Google Patents

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Abstract

The crank drive (1) comprises a foot pedal shaft (4), two foot pedals (3,5), and a hollow shaft (6), in which the foot pedal shaft is arranged. The hollow shaft has a permanent magnetic field and two bearings (7). A control unit (15) is provided, which is connected with the sensors (12,13). The torque at the hollow shaft is determined corresponding to the signals of the sensors. An independent claim is also included for a bicycle with an electric auxiliary drive fastened in a lower tube.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb für ein Fahrrad sowie ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb und einem derartigen Kurbeltrieb.The present invention relates to a crank mechanism for a bicycle and a bicycle with an electric auxiliary drive and such a crank mechanism.

Fahrräder mit einem elektrischem Hilfsantrieb in Form eines Radnabenantriebs oder in Form eines zentral angeordneten Zusatzantriebs (Zentralantrieb) sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, wobei beim Zentralantrieb die elektrisch erzeugte Kraft direkt in den Antriebsstrang eingebracht wird. Dabei erfolgt die Steuerung der elektrischen Leistung beim Zentralantrieb über einen Schalter oder über einen Regelmechanismus.Bicycles with an electric auxiliary drive in the form of a wheel hub drive or in the form of a centrally arranged auxiliary drive (central drive) are known from the prior art in different configurations, wherein the central drive the electrically generated force is introduced directly into the drive train. In this case, the control of the electric power in the central drive via a switch or via a control mechanism.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Kurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass ein Drehmoment zur Steuerung des Zentralantriebs direkt im Kurbeltrieb erfasst werden kann. Hierzu umfasst der Kurbeltrieb eine Tretkurbelwelle, zwei Tretkurbeln und eine Hohlwelle, in welcher die Tretkurbelwelle angeordnet ist, wobei die Hohlwelle ein permanentes Magnetfeld aufweist. Ferner umfasst der Kurbeltrieb ein erstes Lager und ein zweites Lager, wobei das erste Lager die Tretkurbelwelle an einer Rahmenhülse lagert und das zweite Lager die Tretkurbelwelle in der Hohlwelle lagert, sowie ein mit einem Abtriebsritzel des Fahrrads verbindbaren Kettenblattträger, der an der Hohlwelle angeordnet ist. Mindestens zwei Sensoren, die am äußeren Umfang der Hohlwelle im Magnetfeld angeordnet sind, erfassen eine Änderung eines magnetischen Flusses in einem Umfangsbereich der Hohlwelle. Die Hohlwelle ist vorzugsweise nur an einem vorbestimmten Abschnitt magnetisiert. Ferner ist eine Steuereinheit, die mit den Sensoren verbunden ist, ausgelegt, ein Drehmoment an der Hohlwelle basierend auf den Signalen der Sensoren zu bestimmen. Hierdurch wird eine kontinuierliche Erfassung des Drehmoments, das vom Fahrer und/oder dem Zentralantrieb in den Kurbeltrieb eingebracht wird, kosteneffizient mit einer minimalen Anzahl von Bauteilen erreicht. Ferner ist über das so erfasste Drehmoment eine kontinuierliche Steuerung des Zentralantriebs durch die Steuereinheit im Fahrbetrieb möglich.The crank mechanism according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a torque for controlling the central drive can be detected directly in the crank mechanism. For this purpose, the crank mechanism comprises a pedal crankshaft, two pedal cranks and a hollow shaft, in which the pedal crankshaft is arranged, wherein the hollow shaft has a permanent magnetic field. Furthermore, the crank mechanism comprises a first bearing and a second bearing, wherein the first bearing supports the pedal crankshaft on a frame sleeve and the second bearing supports the pedal crankshaft in the hollow shaft, as well as a sprocket carrier which can be connected to an output pinion of the bicycle and which is arranged on the hollow shaft. At least two sensors, which are arranged on the outer circumference of the hollow shaft in the magnetic field, detect a change in a magnetic flux in a peripheral region of the hollow shaft. The hollow shaft is preferably magnetized only at a predetermined portion. Further, a control unit connected to the sensors is configured to determine a torque on the hollow shaft based on the signals of the sensors. As a result, a continuous detection of the torque, which is introduced by the driver and / or the central drive in the crank mechanism, cost-effectively achieved with a minimum number of components. Furthermore, a continuous control of the central drive by the control unit in driving operation is possible via the torque thus detected.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Hohlwelle aus einem magnetisierbaren Material hergestellt. Hierdurch ist es möglich, die Hohlwelle durch Einleitung von Stromimpulsen zumindest in einem längsverlaufenden Teilbereich bis zu einer bestimmten Tiefe zu magnetisieren bzw. zu codieren, sodass eine Änderung des magnetischen Flusses bei einer Wellen-Drehmomentbelastung von den Sensoren auf einfache und sichere Weise erfasst werden kann.According to a preferred embodiment of the invention, the hollow shaft is made of a magnetizable material. This makes it possible to magnetize or encode the hollow shaft by introducing current pulses at least in a longitudinal portion to a certain depth, so that a change in the magnetic flux at a shaft torque load can be detected by the sensors in a simple and secure manner ,

Vorzugsweise weist der Kurbeltrieb ein drittes Lager auf, welches zwischen der Rahmenhülse und der Hohlwelle angeordnet ist. Dadurch wird ein Verbiegen der Hohlwelle weitgehend ausgeschlossen, die durch das dritte Lager zuverlässig abgestützt ist, und eine zuverlässige Messung des Drehmoments aufgrund der reinen Wellentorsion gewährleistet.Preferably, the crank mechanism has a third bearing, which is arranged between the frame sleeve and the hollow shaft. As a result, a bending of the hollow shaft is largely excluded, which is reliably supported by the third bearing, and ensures a reliable measurement of the torque due to the pure wave torsion.

Ferner bevorzugt umfasst der Kurbeltrieb ein mit der Hohlwelle verbundenes Zahnrad und einen elektrischen Hilfsantrieb, wobei der elektrische Hilfsantrieb über das Zahnrad mit der Hohlwelle verbunden ist. Hierdurch wird die elektrische Antriebskraft direkt und betriebssicher in die Hohlwelle des Kurbeltriebs eingeleitet.Further preferably, the crank mechanism comprises a gear connected to the hollow shaft gear and an electric auxiliary drive, wherein the electric auxiliary drive is connected via the gear to the hollow shaft. As a result, the electric drive power is introduced directly and reliably into the hollow shaft of the crank mechanism.

Weiterhin bevorzugt ist ein Freilauf zwischen der Tretkurbelwelle und der Hohlwelle angeordnet. Durch den Freilauf kann der Hilfsantrieb von der Tretkurbelwelle entkoppelt werden. Bei gesperrtem Freilauf kann eine positive Antriebskraft des Fahrers von der Tretkurbelwelle auf die Hohlwelle übertragen werden, wenn die Tretkurbelwelle sich (unter Berücksichtigung einer möglichen Untersetzung) synchron mit dem Hinterrad dreht. Eine Freilaufvorrichtung an der Hinterradnabe ist somit nicht mehr erforderlich. Außerdem kann der Fahrer zur Rekuperation von Antriebsenergie die Tretkurbelwelle synchron zur Drehzahl der Hohlwelle mittreten und einen anteiligen Beitrag zur Rückgewinnung von elektrischer Energie leisten.Further preferably, a freewheel between the pedal crankshaft and the hollow shaft is arranged. Due to the freewheel, the auxiliary drive can be decoupled from the pedal crankshaft. When the freewheel is locked, a positive driving force of the driver can be transmitted from the pedal crankshaft to the hollow shaft when the crankshaft rotates synchronously with the rear wheel (taking into account a possible reduction ratio). A freewheel device on the rear hub is therefore no longer necessary. In addition, the driver for recuperation of drive energy, the pedal crankshaft synchronous with the speed of the hollow shaft and make a share contribution to the recovery of electrical energy.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind das Zahnrad und der Kettenblattträger benachbart auf der gleichen Seite des Kurbeltriebs angeordnet. Dadurch das sowohl die mechanische Energie des Fahrers auf den Kettenblattträger als auch die elektrische Energie des Hilfsantriebs auf das Zahnrad auf der Seite des Kurbeltriebs des Fahrrads in die Hohlwelle eingeleitet werden, tritt nur eine einseitige Torsionsbeanspruchung der Hohlwelle auf. Zudem wird eine besonders einfache und kompakte Bauform erreicht.In a further advantageous embodiment of the invention, the gear and the chainring carrier are arranged adjacent on the same side of the crank mechanism. As a result, both the mechanical energy of the driver on the chainring carrier and the electrical energy of the auxiliary drive to the gear on the side of the crank mechanism of the bicycle are introduced into the hollow shaft, only one-sided torsional stress of the hollow shaft occurs. In addition, a particularly simple and compact design is achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetfeld radial in die Hohlwelle magnetisiert. Somit ist es möglich, das Magnetfeld durch eine entsprechende Magnetisierungstiefe an eine erforderliche Mess- und Regelgenauigkeit anzupassen.According to a preferred embodiment of the invention, the magnetic field is radially magnetized in the hollow shaft. Thus, it is possible to adapt the magnetic field by a corresponding depth of magnetization to a required measurement and control accuracy.

Vorzugsweise können die Sensoren auch die Drehzahl der Hohlwelle erfassen und an die Steuereinheit ausgeben. Dadurch wird eine verbesserte Regelung des elektrischen Hilfsantriebs erreicht.Preferably, the sensors can also detect the rotational speed of the hollow shaft and to the Output control unit. As a result, an improved control of the electric auxiliary drive is achieved.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrrad, das den erfindungsgemäßen Kurbeltrieb und einen elektrischen Hilfsantrieb umfasst, der mit dem Kurbeltrieb verbunden ist. Hierbei ist der elektrische Hilfsantrieb benachbart zum Kurbeltrieb angeordnet. Die besonders tiefe Anordnung des Hilfsantriebs im Bereich des Kurbeltriebs des Fahrrads trägt aufgrund der günstigen Schwerpunktlage zu guten und sicheren Fahreigenschaften aufgrund einer geringen Hochachsenträgheit des Fahrrads bei.Furthermore, the invention relates to a bicycle, which comprises the crank mechanism according to the invention and an electric auxiliary drive, which is connected to the crank mechanism. Here, the electric auxiliary drive is arranged adjacent to the crank mechanism. The particularly deep arrangement of the auxiliary drive in the region of the crank drive of the bicycle contributes due to the favorable center of gravity to good and safe driving characteristics due to a low Hochachsenträgheit of the bicycle.

Vorzugsweise ist der elektrische Hilfsantrieb an einem Unterohr befestigt. Dadurch wird eine platzsparende und gewichtsoptimale Anordnung des elektrischen Hilfsantriebs zusammen mit einer guten Drehmomentabstützung am Unterrohr des Fahrradrahmens erreicht.Preferably, the electric auxiliary drive is attached to a lower ear. As a result, a space-saving and weight-optimized arrangement of the electric auxiliary drive is achieved together with a good torque support on the down tube of the bicycle frame.

Weiterhin bevorzugt ist der elektrische Hilfsantrieb mittels einer Kette oder eines Zahnriemens oder eines Kardanantriebs mit der Hohlwelle des Kurbeltriebs verbunden. Je nach Einsatzzweck des Fahrrads und Leistung des elektrischen Hilfsantriebs ist es hierdurch möglich, eine in Bezug auf die Lebensdauer optimale Baukomponente auszuwählen.Further preferably, the electric auxiliary drive is connected by means of a chain or a toothed belt or a cardan drive with the hollow shaft of the crank mechanism. Depending on the intended use of the bicycle and the power of the electric auxiliary drive, this makes it possible to select an optimal construction component with regard to the service life.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Fahrrad eine Steuereinheit, welche ausgelegt ist, den elektrischen Hilfsantrieb zu steuern und welche mit mindestens zwei Sensoren zur Drehmomenterfassung verbunden ist und ausgelegt ist, ein Drehmoment an der Hohlwelle basierend auf Signalen der Sensoren zu bestimmen. Auf der Basis der von den Sensoren empfangenen aktuellen Drehmomentwerte der Hohlwelle, die durch die Muskelkraft des Fahrers erzeugt werden, steuert die Steuereinheit den Hilfsantrieb derart, dass der jeweils erforderliche Anteil der Leistung des Hilfsantriebs in Bezug auf ein vorgegebenes bzw. gespeichertes Solldrehmoment kontinuierlich bereitgestellt wird. Wenn dabei der Fahrer per Muskelkraft das Solldrehmoment bereitstellt, wird der Hilfsantrieb nicht betrieben.In a further advantageous embodiment of the invention, the bicycle comprises a control unit which is designed to control the electric auxiliary drive and which is connected to at least two sensors for torque detection and is designed to determine a torque on the hollow shaft based on signals from the sensors. On the basis of the current torque values of the hollow shaft received by the sensors, which are generated by the muscular force of the driver, the control unit controls the auxiliary drive such that the respective required proportion of the power of the auxiliary drive is continuously provided with respect to a predetermined or stored target torque , If the driver provides the nominal torque by muscle power, the auxiliary drive is not operated.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrrads mit einem integrierten elektrischen Zusatzantrieb, 1 a schematic view of a bicycle with an integrated electric auxiliary drive,

2 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tretlagers, 2 a schematic sectional view of an embodiment of the bottom bracket according to the invention,

3 eine schematische Ansicht einer Hohlwelle des Kurbeltriebs bei einem Magnetisierungsvorgang, 3 a schematic view of a hollow shaft of the crank mechanism in a magnetization process,

4 eine schematische Ansicht der Hohlwelle von 2 mit einem magnetisierten Teilbereich, und 4 a schematic view of the hollow shaft of 2 with a magnetized portion, and

5 eine schematische Ansicht der Hohlwelle von 2 bei einer Messung einer Torsionsbeanspruchung. 5 a schematic view of the hollow shaft of 2 in a measurement of a torsional stress.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 ein erfindungsgemäßer Kurbeltrieb 1 für ein Fahrrad sowie ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb und einem derartigen Kurbeltrieb 1 detailliert beschrieben.The following is with reference to the 1 to 5 an inventive crank mechanism 1 for a bicycle and a bicycle with an electric auxiliary drive and such a crank mechanism 1 described in detail.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrrads 2 mit einem nachträglich integrierten elektrischen Zusatzantrieb bzw. Zentralantrieb. Wie aus 1 ersichtlich, umfasst der Zentralantrieb einen Kurbeltrieb 1, einen elektrischen Hilfsantrieb 18, eine Steuereinheit 15, eine Bedieneinheit 28 und eine wiederaufladbare Energiequelle 27. Der elektrische Hilfsantrieb 18 ist unterhalb eines Unterrohrs 26 und in Fahrtrichtung vor dem Kurbeltrieb 1 des Fahrrads 2 angeordnet und am Unterohr 26 befestigt. Der Kurbeltrieb 1 weist eine Tretkurbelwelle 4 auf, an der eine Tretkurbel 3 und eine Tretkurbel 5 befestigt sind. Wie aus 1 weiter ersichtlich, ist die Steuereinheit 15 am Unterohr 26 befestigt und mit dem elektrischen Hilfsantrieb 18 und der Bedieneinheit 28 an einem Lenker 30 des Fahrrads 2 verbunden. Die Steuereinheit 15 ist außerdem zur Energieversorgung ebenso wie der elektrische Hilfsantrieb 18 an der wiederaufladbaren Energiequelle 27 angeschlossen, die im oberen Rahmendreieck zwischen dem Unterrohr 26 und einem Oberrohr 29 angeordnet ist. Der elektrische Hilfsantrieb 18 ist über ein am Kurbeltrieb 1 befestigtes Zahnrad 17 mittels eines Zahnriemens 33 verbunden, welches unmittelbar benachbart zu einem Kettenblattträger 11 auf der gleichen Seite des Kurbeltriebs 1 angeordnet ist. Der Kettenblattträger 11 ist mit einem am Hinterrad des Fahrrads angeordneten Abtriebsritzel 25 über eine Kette 28 verbunden. 1 shows a schematic representation of a bicycle 2 with a subsequently integrated electric auxiliary drive or central drive. How out 1 can be seen, the central drive comprises a crank mechanism 1 , an electric auxiliary drive 18 , a control unit 15 , a control unit 28 and a rechargeable power source 27 , The electric auxiliary drive 18 is below a down tube 26 and in the direction of travel in front of the crank mechanism 1 of the bicycle 2 arranged and on the lower ear 26 attached. The crank mechanism 1 has a pedal crankshaft 4 on, on a pedal 3 and a pedal 5 are attached. How out 1 further apparent is the control unit 15 on the lower ear 26 attached and with the electric auxiliary drive 18 and the control unit 28 on a handlebar 30 of the bicycle 2 connected. The control unit 15 is also to power as well as the electric auxiliary drive 18 at the rechargeable energy source 27 connected in the upper frame triangle between the down tube 26 and a top tube 29 is arranged. The electric auxiliary drive 18 is about one on the crank mechanism 1 attached gear 17 by means of a toothed belt 33 connected, which immediately adjacent to a chainring carrier 11 on the same side of the crank mechanism 1 is arranged. The chainring carrier 11 is with a arranged on the rear wheel of the bicycle output pinion 25 over a chain 28 connected.

Wie aus der Schnittansicht des Kurbeltriebs 1 von 2 detailliert ersichtlich, wird die Tretkurbelwelle 4 durch ein erstes Lager 7 an einer Rahmenhülse 9 gelagert, die fest mit dem Rahmen des Fahrrads 2 verbunden ist, und durch ein zweites Lager 8 in der Hohlwelle 6 gelagert. Darüber hinaus umfasst der Kurbeltrieb 1 ein drittes Lager 16, welches zwischen der Rahmenhülse 9 und der Hohlwelle 6 angeordnet ist und die Hohlwelle 6 in der Rahmenhülse 9 lagert.As seen from the sectional view of the crank mechanism 1 from 2 can be seen in detail, the pedal crankshaft 4 through a first camp 7 on a frame sleeve 9 Stored firmly with the frame of the bicycle 2 connected, and by a second camp 8th in the hollow shaft 6 stored. In addition, the crank mechanism includes 1 a third camp 16 which is between the frame sleeve 9 and the hollow shaft 6 is arranged and the hollow shaft 6 in the frame sleeve 9 outsourced.

Zwischen der Hohlwelle 6 und der Rahmenhülse 9 ist ein luftgefüllter Raum 32 ausgebildet. Zwischen dem Zahnrad 17 und dem unmittelbar daneben angeordneten Kettenblattträger 11 ist eine Scheibe 10 eingefügt. Im Innern der Hohlwelle 6 ist ein Freilauf 19 so ausgerichtet angeordnet, dass nur bei einer Vorwärtsdrehung der Tretkurbelwelle 4 eine Kraftübertragung auf die Hohlwelle 6 durch den gesperrten Freilauf 19 erfolgt. Bei einer Rückwärtsdrehung der Tretkurbelwelle 4 läuft der Freilauf frei. Der elektrische Hilfsantrieb 18 ist zur Rückgewinnung von mechanischer Energie in elektrische Energie darüber hinaus als Generator ausgelegt. Hierbei erfolgt ein Kraftfluss der mechanischen Kraft vom Hinterrad über die Kette 28 auf den Kettenblattträger 11 bzw. das Kettenblatt und über das Zahnrad 17 auf den elektrischen Antrieb 18.Between the hollow shaft 6 and the frame sleeve 9 is an air filled space 32 educated. Between the gear 17 and the immediately adjacent chainring carrier 11 is a slice 10 inserted. Inside the hollow shaft 6 is a freewheel 19 arranged so aligned that only during a forward rotation of the pedal crankshaft 4 a power transmission to the hollow shaft 6 through the locked freewheel 19 he follows. In a reverse rotation of the pedal crankshaft 4 the freewheel runs free. The electric auxiliary drive 18 is also designed to recover mechanical energy to electrical energy as a generator. In this case, a force flow of the mechanical force from the rear wheel via the chain 28 on the chainring carrier 11 or the chainring and the gear 17 on the electric drive 18 ,

Zwischen dem Außenumfang der Hohlwelle 6 und der Rahmenhülse 9 sind zwei Sensoren 12, 13 angeordnet, die jeweils mit der Steuereinheit 15 verbunden sind, an der der elektrische Hilfsantrieb 18 angeschlossen ist. Die Sensoren 12, 13 sind als Flusssensoren ausgelegt, um eine Änderung eines magnetischen Flusses in einem Umfangsbereich 14 der Hohlwelle 6 zu erfassen, die erfindungsgemäß aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist.Between the outer circumference of the hollow shaft 6 and the frame sleeve 9 are two sensors 12 . 13 arranged, each with the control unit 15 are connected to the electric auxiliary drive 18 connected. The sensors 12 . 13 are designed as flow sensors to detect a change in magnetic flux in a peripheral region 14 the hollow shaft 6 to detect, which is made according to the invention of a magnetizable material.

Wie aus 3 ersichtlich, wird der Umfangsbereich 14 der Hohlwelle 6, der durch zwei Ringelektroden 20, 21 begrenzt wird, durch Zufuhr eines Stroms 24 in die Ringelektroden 20, 21 magnetisiert. Dadurch wird ein permanentes Magnetfeld 22 erzeugt, das durch umlaufende Feldlinien auf der Wellenoberfläche symbolisiert dargestellt ist. Hierbei ist nur ein Teilbereich der Hohlwelle 6 magnetisiert. Mit steigender Magnetisierungstiefe in das Hohlwellenmaterial, die z. B. durch geeignete Impulslängen des Stroms 24 beeinflusst werden kann, erhöht sich die Stärke des permanenten Magnetfelds 22 und die Genauigkeit der Messung des magnetischen Flusses. Dieses permanente Magnetfeld 22 hat die Eigenschaft, dass bei der in 4 dargestellten belastungsfreien Hohlwelle 6 außerhalb der Hohlwelle 6 kein Magnetfeld auftritt, da die Feldlinien infolge eines fehlenden Streufelds (kein Drehmoment) in der Hohlwelle 6 in sich geschlossen sind. Die Sensoren 12, 13 erfassen demzufolge kein magnetisches Flusssignal. Bei einer Drehmomentbelastung der Hohlwelle 6, wie sie in 5 dargestellt ist, treten Zug- und/oder Druckspannungen σ mit einem Winkel von 45° zur Wellenachse der Hohlwelle 6 auf, die durch ein Pfeilsymbol 30 symbolisiert dargestellt sind.How out 3 can be seen, the peripheral area 14 the hollow shaft 6 passing through two ring electrodes 20 . 21 is limited by supplying a current 24 into the ring electrodes 20 . 21 magnetized. This will create a permanent magnetic field 22 generated, which is symbolized by circulating field lines on the shaft surface. Here is only a portion of the hollow shaft 6 magnetized. With increasing depth of magnetization in the hollow shaft material, the z. B. by suitable pulse lengths of the current 24 can be influenced, the strength of the permanent magnetic field increases 22 and the accuracy of the magnetic flux measurement. This permanent magnetic field 22 has the property that at the in 4 illustrated load-free hollow shaft 6 outside the hollow shaft 6 no magnetic field occurs because the field lines due to a lack of stray field (no torque) in the hollow shaft 6 are self-contained. The sensors 12 . 13 consequently do not detect a magnetic flux signal. At a torque load of the hollow shaft 6 as they are in 5 is shown, tensile and / or compressive stresses σ occur at an angle of 45 ° to the shaft axis of the hollow shaft 6 on that by an arrow symbol 30 symbolized.

Aufgrund der magnetoelastischen Wechselwirkung versucht das permanente Magnetfeld 22, sich in diese 45°-Richtung hineinzudrehen, wobei der Drehwinkel proportional zur Drehmomentbelastung ansteigt. Als Folge davon ist das innere Magnetfeld 22 nicht mehr geschlossen ausgebildet, sodass an den seitlichen Grenzen des magnetisierten Umfangsbereichs 14 der Hohlwelle 6 die Feldlinien in den die Hohlwelle 6 umgebenden luftgefüllten Raum 32 austreten und über den luftgefüllten Raum 32 geschlossen werden. Ein dadurch im luftgefüllten Raum 32 auftretendes äußeres Magnetfeld 31 ist durch einen gestrichelten Bereich in 5 dargestellt. Der magnetische Fluss des äußeren Magnetfelds 31 kann von den Sensoren 12, 13 gemessen und an die Steuereinheit 15 als Maß für das anliegende Drehmoment in der Hohlwelle 6 ausgegeben werden. Die Größenordnung dieses so erzeugten Magnetfelds liegt im Bereich von 1 bis 100 μT.Due to the magnetoelastic interaction, the permanent magnetic field tries 22 to turn in this 45 ° direction, with the angle of rotation increasing in proportion to the torque load. As a result, the internal magnetic field 22 no longer closed, so that at the lateral boundaries of the magnetized peripheral region 14 the hollow shaft 6 the field lines in the hollow shaft 6 surrounding air-filled space 32 exit and over the air filled space 32 getting closed. A thereby in the air-filled space 32 occurring external magnetic field 31 is indicated by a dashed area in 5 shown. The magnetic flux of the external magnetic field 31 can from the sensors 12 . 13 measured and sent to the control unit 15 as a measure of the applied torque in the hollow shaft 6 be issued. The magnitude of this magnetic field thus generated is in the range of 1 to 100 μT.

Es sei angemerkt, dass zur Kompensation von ggf. in der Umgebung vorhandenen weiteren homogenen Magnetfeldern, wie z. B. dem Erdmagnetfeld, vorzugsweise zwei permanente Magnetfelder mit unterschiedlichem Vorzeichen nebeneinander auf die Welle aufmagnetisiert werden können, wobei jedes der beiden Magnetfelder von jeweils zwei Sensoren erfasst wird. Die so von den insgesamt vier Sensoren gemessenen Werte für die beiden bei einer Wellentorsion auftretenden äußeren Magnetfelder der Welle werden von der Steuereinheit 15 voneinander subtrahiert. Dadurch werden die beiden Signalfelder der Welle addiert und vorliegende homogene Magnetfelder in der Umgebung dadurch kompensiert.It should be noted that to compensate for any existing in the environment further homogeneous magnetic fields, such. B. the earth's magnetic field, preferably two permanent magnetic fields with different signs next to each other can be magnetized onto the shaft, each of the two magnetic fields is detected by two sensors. The values thus measured by the total of four sensors for the two external magnetic fields of the shaft occurring during a shaft torsion are transmitted by the control unit 15 subtracted from each other. As a result, the two signal fields of the wave are added and compensated for existing homogeneous magnetic fields in the environment.

Durch den erfindungsgemäßen Kurbeltrieb ist es möglich, eine Drehmomentmessung sowie eine Freilauffunktion gemeinsam im Bauraum des Kurbeltriebs vorzusehen. Durch den im Kurbeltrieb angeordneten Freilauf kann auch bei einem nachträglich an einem Fahrrad integrierten Zentralantrieb eine einfache Rekuperationsfunktion bereitgestellt werden.By the crank mechanism according to the invention, it is possible to provide a torque measurement and a freewheeling function together in the space of the crank mechanism. By arranged in the crank drive freewheel a simple recuperation function can be provided even in a subsequently integrated on a bicycle central drive.

Claims (12)

Kurbeltrieb für ein Fahrrad, umfassend: – eine Tretkurbelwelle (4), – zwei Tretkurbeln (3, 5), – eine Hohlwelle (6), in welcher die Tretkurbelwelle (4) angeordnet ist, wobei die Hohlwelle (6) ein permanentes Magnetfeld (22) aufweist, – ein erstes Lager (7) und ein zweites Lager (8), wobei das erste Lager (7) die Tretkurbelwelle (4) an einer Rahmenhülse (9) lagert und das zweite Lager (8) die Tretkurbelwelle (4) in der Hohlwelle (6) lagert, – ein mit einem Abtriebsritzel (25) des Fahrrads verbindbarer Kettenblattträger (11), der an der Hohlwelle (6) angeordnet ist, – mindestens zwei Sensoren (12, 13), die am äußeren Umfang der Hohlwelle (6) angeordnet sind, um eine Änderung eines magnetischen Flusses an der Hohlwelle (6) zu erfassen, und – eine Steuereinheit (15), die mit den Sensoren (12, 13) verbunden ist, und die ausgelegt ist, ein Drehmoment an der Hohlwelle (6) basierend auf den Signalen der Sensoren (12, 13) zu bestimmen.Crank drive for a bicycle, comprising: - a crankshaft ( 4 ), - two cranks ( 3 . 5 ), - a hollow shaft ( 6 ), in which the crankshaft ( 4 ), wherein the hollow shaft ( 6 ) a permanent magnetic field ( 22 ), - a first bearing ( 7 ) and a second warehouse ( 8th ), the first bearing ( 7 ) the crankshaft ( 4 ) on a frame sleeve ( 9 ) and the second warehouse ( 8th ) the crankshaft ( 4 ) in the hollow shaft ( 6 ), - one with a driven pinion ( 25 ) of the bicycle connectable chainring carrier ( 11 ), which on the hollow shaft ( 6 ), - at least two sensors ( 12 . 13 ), which on the outer circumference of the hollow shaft ( 6 ) are arranged to a change of a magnetic flux on the hollow shaft ( 6 ), and - a control unit ( 15 ) connected to the sensors ( 12 . 13 ), and which is adapted to a torque on the hollow shaft ( 6 ) based on the signals of the sensors ( 12 . 13 ). Kurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (6) aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist.Crank drive according to claim 1, characterized in that the hollow shaft ( 6 ) is made of a magnetizable material. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein drittes Lager (16), welches zwischen der Rahmenhülse (9) und der Hohlwelle (6) angeordnet ist.Crank drive according to claim 1 or 2, further comprising a third bearing ( 16 ), which between the frame sleeve ( 9 ) and the hollow shaft ( 6 ) is arranged. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein mit der Hohlwelle verbundenes Zahnrad (17) und einen elektrischen Hilfsantrieb (18), wobei der elektrische Hilfsantrieb (18) über das Zahnrad (17) mit der Hohlwelle (6) verbunden ist.Crank drive according to one of the preceding claims, further comprising a gear connected to the hollow shaft ( 17 ) and an electric auxiliary drive ( 18 ), wherein the electric auxiliary drive ( 18 ) via the gear ( 17 ) with the hollow shaft ( 6 ) connected is. Kurbeltrieb nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Freilauf (19) zwischen der Tretkurbelwelle (4) und der Hohlwelle (6).Crank drive according to claim 4, further comprising a freewheel ( 19 ) between the crankshaft ( 4 ) and the hollow shaft ( 6 ). Kurbeltrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (17) und der Kettenblattträger (11) benachbart auf der gleichen Seite des Kurbeltriebs angeordnet sind.Crank drive according to claim 4 or 5, characterized in that the gear ( 17 ) and the chainring carrier ( 11 ) are arranged adjacent to the same side of the crank mechanism. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (22) radial in die Hohlwelle (6) magnetisiert ist.Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field ( 22 ) radially in the hollow shaft ( 6 ) is magnetized. Fahrrad umfassend einen Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen elektrischen Hilfsantrieb (18), der mit dem Kurbeltrieb verbunden ist.Bicycle comprising a crank mechanism according to one of the preceding claims and an electric auxiliary drive ( 18 ), which is connected to the crank mechanism. Fahrrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Hilfsantrieb (18) benachbart zum Kurbeltrieb angeordnet ist.Bicycle according to claim 8, characterized in that the electric auxiliary drive ( 18 ) is arranged adjacent to the crank mechanism. Fahrrad nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet dass der Hilfsantrieb an einem Unterohr (26) befestigt ist.Bicycle according to claim 8 or 9, characterized in that the auxiliary drive on a lower ear ( 26 ) is attached. Fahrrad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass der elektrische Hilfsantrieb (18) mittels einer Kette oder eines Zahnriemens mit der Hohlwelle (6) des Kurbeltriebs verbunden ist.Bicycle according to one of claims 8 to 10, characterized in that the electric auxiliary drive ( 18 ) by means of a chain or a toothed belt with the hollow shaft ( 6 ) of the crank mechanism is connected. Fahrrad nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner umfassend eine Steuereinheit (15), welche ausgelegt ist, den elektrischen Hilfsantrieb (18) zu steuern, und welche mit mindestens zwei Sensoren (12, 13) zur Drehmomenterfassung verbunden ist und ausgelegt ist, ein Drehmoment an der Hohlwelle (6) basierend auf Signalen der Sensoren (12, 13) zu bestimmen.Bicycle according to one of claims 8 to 11, further comprising a control unit ( 15 ), which is designed, the electric auxiliary drive ( 18 ) and which with at least two sensors ( 12 . 13 ) is connected to the torque detection and is designed, a torque on the hollow shaft ( 6 ) based on signals from the sensors ( 12 . 13 ).
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