DE102011120675A1

DE102011120675A1 - Rotational torque acquisition arrangement for muscle power propelled vehicle e.g. bicycle, has stopper for limiting free travel unit and spring travel of torsion spring element, which is formed between driving wheel and input shaft

Info

Publication number: DE102011120675A1
Application number: DE102011120675A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Pinion GmbH
Current assignee: Pinion GmbH
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-12-03
Also published as: DE102011120675B4

Abstract

The arrangement has an input shaft through which a to-be-detected torque is transmitted. The drive wheels are mounted on input shaft, for transmitting torque to the driven wheels. The driven wheels are connected to drive wheels and input shaft by a torsion spring element. A detection unit is provided to detect rotation of the drive wheels relative to input shaft. The drive wheels are rotatably mounted on the input shaft by free travel unit. A stopper for limiting free travel unit and spring travel of spring element, is formed between driving wheel and input shaft. An independent claim is included for gear unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomenterfassungsanordnung für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer Eingangswelle, über die ein zu erfassendes Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs übertragbar ist, wenigstens einem Antriebsrad, das an der Eingangswelle gelagert ist und das zum Übertragen des Drehmoments mit einem angetriebenen Rad drehfest verbunden oder verbindbar ist, wobei das Antriebsrad und die Eingangswelle mittels eines Drehfederelementes in Rotationsrichtung federnd miteinander verbunden sind, und Verdrehwinkelerfassungsmitteln, die dazu ausgebildet sind, eine Verdrehung des Antriebsrads gegenüber der Eingangswelle zu erfassen.The present invention relates to a torque-sensing device for a muscle-powered vehicle, having an input shaft via which a torque to be detected for driving the vehicle is transferable, at least one drive wheel which is mounted on the input shaft and that for transmitting the torque with a driven wheel rotatably connected or connectable, wherein the drive wheel and the input shaft are connected by means of a torsion spring element in the rotational direction resiliently, and Verdrehwinkelerfassungsmitteln which are adapted to detect a rotation of the drive wheel relative to the input shaft.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Getriebeeinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug mit einer Eingangswelle, die als Durchgangswelle ausgebildet ist und die an ihren Enden mit Kurbeln zum Antreiben der Durchgangswelle verbindbar ist, und mit einer Drehmomenterfassungsanordnung der oben beschriebenen Art.The present invention further relates to a transmission unit for a muscle-powered vehicle having an input shaft which is formed as a through-shaft and which is connectable at its ends with cranks for driving the through-shaft, and with a torque-detecting arrangement of the type described above.

Derartige Drehmomenterfassungsanordnungen dienen dazu, ein Drehmoment, das durch Muskelkraft zum Antreiben eines Fahrzeugs bereitgestellt wird, zu erfassen.Such torque detecting assemblies serve to detect a torque provided by muscular power for driving a vehicle.

Es ist allgemein bekannt, Fahrräder mit Hilfsmotoren auszurüsten, die als Nabenmotor im Bereich der Vorderrad- bzw. der Hinterradnabe angeordnet sind oder als Mittelmotor im Bereich des Tretlagers angeordnet sind, um als alleiniger Antrieb das Fahrrad anzutreiben oder aber ein durch Muskelkraft bereitgestelltes Antriebsmoment zu unterstützen.It is well known to equip bicycles with auxiliary motors which are arranged as a hub motor in the region of the front and the rear hub or arranged as a mid-engine in the area of the bottom bracket to drive as the sole drive the bike or to support a provided by muscle power drive torque ,

Sofern das durch Muskelkraft bereitgestellte Antriebsmoment mittels des Hilfsmotors unterstützt werden soll, um den Antrieb des Fahrrads zu erleichtern, ist es notwendig, das durch Muskelkraft eingeleitete Drehmoment zu erfassen.If the drive torque provided by muscle power is to be assisted by means of the auxiliary motor in order to facilitate the drive of the bicycle, it is necessary to detect the torque introduced by muscle power.

Ein derartiger Drehmomentsensor für ein Fahrrad ist beispielsweise bekannt aus der WO 99/03960 . Dieser Drehmomentsensor ist zusammen mit einem Elektromotor in einem Tretlager des Fahrrads integriert und weist zwei bandförmige Magnetpole auf, die durch Torsion gegeneinander verschoben werden, wodurch sich das zwischen den Magnetpolen ausbildende Magnetfeld ändert und dadurch die Verdrehung der Magnetpole zueinander mittels zweier Induktionsspulen erfasst werden kann. Auf diese Weise wird das über die Tretkurbeln eingeleitete Drehmoment erfasst und der Elektromotor entsprechend angetrieben, um die Tretkraft zu unterstützen.Such a torque sensor for a bicycle is known for example from the WO 99/03960 , This torque sensor is integrated together with an electric motor in a bottom bracket of the bicycle and has two band-shaped magnetic poles, which are displaced by torsion against each other, whereby the magnetic field forming between the magnetic poles changes and thereby the rotation of the magnetic poles to each other can be detected by two induction coils. In this way, the torque introduced via the cranks is detected and the electric motor driven accordingly to support the pedaling force.

Nachteilig bei diesem Drehmomentsensor ist, dass der Aufbau und die Erfassung der Verdrehung mittels der Induktionsspulen technisch aufwendig sind und der Sensor einen großen Bauraum innerhalb des Tretlagers erfordert.A disadvantage of this torque sensor is that the structure and the detection of the rotation by means of the induction coils are technically complicated and the sensor requires a large space within the bottom bracket.

Weiterhin ist es bekannt, einen Drehmomentsensor mittels einer mechanischen Feder zu realisieren, wobei zwei mittels einer Torsionsfeder federnd miteinander verbundene Elemente gegeneinander verdreht werden und über den zu erfassenden Verdrehwinkel das eingeleitete Drehmoment erfasst werden kann. Nachteilig dabei ist es, dass zur präzisen Erfassung des Drehmomentes eine sehr geringe Federkonstante der Torsionsfeder notwendig ist und eine Torsionsfeder mit einer geringen Federkonstante einen großen Verdrehweg der beiden Elemente zulässt, wodurch ein Antreiben des Fahrzeugs mit Muskelkraft unkomfortabel wird. Ferner kann die Torsionsfeder bei großen Drehmomenten überlastet werden, wodurch die Feder dauerhaft beschädigt werden kann.Furthermore, it is known to realize a torque sensor by means of a mechanical spring, wherein two means of a torsion spring resiliently interconnected elements are rotated against each other and can be detected on the rotation angle to be detected, the introduced torque. The disadvantage here is that for precise detection of the torque, a very small spring constant of the torsion spring is necessary and a torsion spring with a low spring constant allows a large Verdrehweg the two elements, whereby driving the vehicle with muscle power is uncomfortable. Furthermore, the torsion spring can be overloaded at high torques, whereby the spring can be permanently damaged.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehmomenterfassungsanordnung für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug bereitzustellen, die mit technisch geringem Aufwand und hoher Genauigkeit ein eingeleitetes Drehmoment erfassen kann und gleichzeitig eine komfortable Nutzung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.Against this background, it is the object of the present invention to provide a torque-detecting arrangement for a powered by muscle power vehicle, which can detect with little technical effort and high accuracy an introduced torque while allowing comfortable use of the motor vehicle.

Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebeeinheit mit einem Drehmomentsensor bereitzustellen, der mit technisch geringem Aufwand ein mittels Muskelkraft eingeleitetes Drehmoment präzise erfassen kann.It is also the object of the present invention to provide a gear unit with a torque sensor that can accurately detect a torque introduced by means of muscle power with little technical effort.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Drehmomentsensor dadurch gelöst, dass das Antriebsrad an der Eingangswelle um einen vordefinierten Leerweg verdrehbar ist, wobei zwischen dem Antriebsrad und der Eingangswelle in der Rotationsrichtung ein Anschlag gebildet ist, der den Leerweg und einen Federweg des Federelements begrenzt.This object is achieved in the torque sensor mentioned above in that the drive wheel on the input shaft is rotatable about a predefined free travel, wherein between the drive wheel and the input shaft in the rotational direction, a stop is formed, which limits the free travel and a spring travel of the spring element.

Diese Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Getriebeeinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug der eingangs genannten Art, mit einer Eingangswelle, die als Durchgangswelle ausgebildet ist und die zum Antreiben des Fahrzeugs an ihren Enden mit Kurbeln verbindbar ist und mit einer erfindungsgemäßen Drehmomenterfassungsanordnung der oben beschriebenen Art.This object is further achieved by a transmission unit for a powered by muscle power vehicle of the type mentioned, with an input shaft which is formed as a through shaft and which is connectable for driving the vehicle at its ends with cranks and with a torque sensor assembly according to the invention of the type described above ,

Dadurch, dass der Federweg des Drehfederelementes durch den Anschlag begrenzt ist, kann ein Drehfederelement mit einer beliebigen Federkonstante verwendet werden, wodurch bei geeigneter Wahl der Federkonstante die Präzision der Drehmomenterfassungsanordnung erhöht werden kann und das zu erfassende Drehmoment mit einer entsprechenden Empfindlichkeit bestimmt werden kann. Dadurch, dass der Leerweg durch den Anschlag begrenzt ist, weist die Drehmomenterfassungsanordnung ein übliches Ansprechverhalten auf, da bei einem entsprechend großen Drehmoment nach einer geringen Rotation der Eingangswelle gegenüber dem Antriebsrad das Drehmoment direkt übertragen wird. Ferner ist dadurch eine Überlastung des Drehfederelementes ausgeschlossen. Dadurch, dass im Wesentlichen mechanische Elemente zum Einstellen des Verdrehwinkels verwendet werden, kann die Drehmomenterfassungsanordnung mit technisch einfachen Mitteln realisiert werden. Im Ergebnis wird somit durch die vorliegende Erfindung eine Drehmomenterfassungsanordnung und eine entsprechende Getriebeeinheit bereitgestellt, die ein Drehmoment mit einfachen Mitteln präzise erfassen kann und gleichzeitig ein komfortables und übliches Ansprechverhalten aufweist.Because the spring travel of the torsion spring element is limited by the stop, a torsion spring element can be used with an arbitrary spring constant, whereby with a suitable choice of the spring constant, the precision of the Torque detection arrangement can be increased and the torque to be detected can be determined with a corresponding sensitivity. Characterized in that the free travel is limited by the stop, the torque detection arrangement has a common response, since at a correspondingly large torque after a small rotation of the input shaft relative to the drive wheel, the torque is transmitted directly. Furthermore, thereby overloading of the torsion spring element is excluded. By essentially using mechanical elements for adjusting the angle of rotation, the torque-detecting arrangement can be realized with technically simple means. As a result, there is thus provided by the present invention a torque detecting device and a corresponding gear unit which can accurately detect torque with simple means while having a comfortable and usual response.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.The object of the present invention is thus completely solved.

Vorzugsweise weist die Eingangswelle eine Außenverzahnung auf, die in eine mit dem Antriebsrad drehfest verbundene Innenverzahnung greift, wobei der Leerweg als Spiel zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung ausgebildet ist.Preferably, the input shaft has an external toothing, which engages in an inner toothing rotatably connected to the drive wheel, wherein the free travel is formed as a game between the external toothing and the internal toothing.

Dadurch kann der Leerweg mit technisch einfachen Mitteln und in kompakter Bauweise realisiert werden.As a result, the free travel can be realized with technically simple means and in a compact design.

Es ist ferner besonders bevorzugt, wenn an der Eingangswelle eine Hohlwelle gelagert ist, die die Innenverzahnung aufweist, wobei das Antriebsrad drehfest an der Hohlwelle gelagert ist.It is also particularly preferred if a hollow shaft is mounted on the input shaft, which has the internal toothing, wherein the drive wheel is rotatably mounted on the hollow shaft.

Dadurch kann der Leerweg je nach Anwendungsfall eingestellt werden, indem lediglich die Hohlwelle ausgetauscht bzw. vor dem Zusammenbau ausgewählt wird.Thereby, the free travel can be adjusted depending on the application by replacing only the hollow shaft or selected before assembly.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Drehfederelement umfänglich zu der Eingangswelle angeordnet ist und axial versetzt zu dem Antriebsrad an der Eingangswelle gelagert ist.It is further preferred if the torsion spring element is arranged circumferentially to the input shaft and axially offset from the drive wheel is mounted on the input shaft.

Dadurch können das Drehfederelement und das Antriebsrad als separate Bauteile gefertigt und montiert werden, wodurch sowohl die Herstellung der Elemente als auch die Montage der Elemente einfacher und kostengünstiger werden.Thereby, the torsion spring element and the drive wheel can be manufactured and mounted as separate components, whereby both the manufacture of the elements and the assembly of the elements are easier and less expensive.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Drehfederelement einen Innenring und einen Außenring aufweist, die mittels eines Federgliedes in der Rotationsrichtung federnd miteinander verbunden sind.It is further preferred if the torsion spring element has an inner ring and an outer ring, which are connected by means of a spring member in the rotational direction resiliently.

Dadurch kann mit einfachen Mitteln ein Drehfederelement realisiert werden, das in beliebiger Weise mit anderen Elementen der Drehmomenterfassungsanordnung montiert werden kann.This can be realized by simple means a torsion spring element which can be mounted in any manner with other elements of the torque sensor assembly.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Innenring drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist.It is further preferred if the inner ring is rotatably connected to the input shaft.

Dadurch kann das Drehfederelement mit einfachen Mitteln mit der Eingangswelle verbunden werden, um die entsprechende Verdrehung zu erfassen.As a result, the torsion spring element can be connected to the input shaft with simple means in order to detect the corresponding rotation.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Außenring verdrehfest mit dem Antriebsrad verbunden ist.It is further preferred if the outer ring is rotationally connected to the drive wheel.

Dadurch kann mit einfachen Mitteln das Drehfederelement zum Erfassen der Relativverdrehung mit dem Antriebsrad verbunden werden.As a result, the torsion spring element for detecting the relative rotation can be connected to the drive wheel with simple means.

In einer besonderen Ausführungsform ist der Innenring drehfest mit der Hohlwelle verbunden.In a particular embodiment, the inner ring is non-rotatably connected to the hollow shaft.

Dadurch kann der Innenring mit technisch geringem Aufwand drehfest mit den Antriebsrädern verbunden werden.As a result, the inner ring can be rotatably connected to the drive wheels with little technical effort.

Es ist dabei von besonderem Vorzug, wenn das Federglied eine Mehrzahl von Blattfederelementen aufweist, die sich in radialer Richtung erstrecken und S-förmig miteinander verbunden sind.It is of particular advantage if the spring member has a plurality of leaf spring elements which extend in the radial direction and are connected to each other in an S-shape.

Dadurch kann ein Drehfederelement bereitgestellt werden, das eine besonders kompakte Bauform aufweist.Thereby, a torsion spring element can be provided, which has a particularly compact design.

Es ist alternativ bevorzugt, wenn das Federglied wenigstens eine Spiralfeder aufweist, dessen Hauptachse im Wesentlichen in tangentialer Richtung zu dem Innenring angeordnet ist.It is alternatively preferred if the spring member has at least one spiral spring whose main axis is arranged substantially in the tangential direction to the inner ring.

Dadurch kann mit technisch einfachen Mitteln ein Drehfederelement bereitgestellt werden, das eine präzise einstellbare Federkonstante aufweist.This can be provided with technically simple means a torsion spring element having a precisely adjustable spring constant.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Verdrehwinkelerfassungsmittel ein erstes Detektorrad aufweisen, das mit dem Außenring verbunden ist.It is further preferred if the Verdrehwinkelerfassungungsmittel have a first Detektorrad, which is connected to the outer ring.

Dadurch kann in kompakter Bauform eine Drehwinkelerfassung bereitgestellt werden.As a result, a rotational angle detection can be provided in a compact design.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Verdrehwinkelerfassungsmittel ein zweites Detektorrad aufweisen, das drehfest an der Eingangswelle gelagert ist.It is further preferred if the Verdrehwinkelerfassungungsmittel have a second Detektorrad which is rotatably mounted on the input shaft.

Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Rotationsposition der Eingangswelle erfasst und der Verdrehwinkel bestimmt werden.As a result, the rotational position of the input shaft can be detected with simple means and the angle of rotation can be determined.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das erste Detektorrad und das zweite Detektorrad axial nebeneinander angeordnet sind und umfänglich Detektionsabschnitte aufweisen. It is furthermore preferred if the first detector wheel and the second detector wheel are arranged axially next to one another and have detection sections on the circumference.

Alternativ ist es bevorzugt, wenn das erste Detektorrad das zweite Detektorrad wenigstens teilweise umfänglich umgibt bzw. das zweite Detektorrad in dem ersten Detektorrad aufgenommen ist. Dabei sind die Umfangsflächen des ersten Detektorrades und des zweiten Detektorrades radial versetzt zueinander angeordnet.Alternatively, it is preferred if the first detector wheel surrounds the second detector wheel at least partially circumferentially or the second detector wheel is accommodated in the first detector wheel. In this case, the circumferential surfaces of the first detector wheel and the second detector wheel are arranged radially offset from one another.

Dadurch ist eine in axialer Richtung besonders kompakte Bauform möglich.As a result, a particularly compact design in the axial direction is possible.

Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Relativverdrehung von außen erfasst werden, wodurch gleichzeitig eine einfache Montage möglich ist.As a result, the relative rotation can be detected from the outside by simple means, whereby at the same time a simple assembly is possible.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn Detektionsmittel den Detektionsrädern zugeordnet sind, die die Rotationsposition der Detektionsabschnitte erfassen, um die Relativdrehung und/oder eine Drehzahl der Detektionsräder zu erfassen.It is further preferred if detection means are associated with the detection wheels which detect the rotational position of the detection sections in order to detect the relative rotation and / or a rotational speed of the detection wheels.

Dadurch kann die relative Verdrehung der beiden Detektorräder mit technisch einfachen Mitteln erfasst und in kompakter Bauform realisiert werden.Thereby, the relative rotation of the two detector wheels can be detected with technically simple means and realized in a compact design.

Bei der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit ist es bevorzugt, wenn ein elektrischer Antrieb mit einer Welle der Getriebeeinheit verbindbar ist, wobei dem elektrischen Antrieb eine Steuereinheit zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, den elektrischen Antrieb auf der Grundlage der erfassten Verdrehung anzusteuern, um ein entsprechendes Drehmoment in die Getriebeeinheit einzukoppeln.In the case of the gear unit according to the invention, it is preferred if an electric drive can be connected to a shaft of the gear unit, wherein the electric drive is assigned a control unit which is designed to control the electric drive on the basis of the detected rotation in order to generate a corresponding torque in to couple in the gear unit.

Dadurch kann präzise und individuell ein zusätzliches Antriebsmoment zum Antreiben des Fahrzeugs bereitgestellt werden, wodurch das Fahren mit dem Fahrzeug besonders komfortabel wird.As a result, an additional drive torque for driving the vehicle can be provided precisely and individually, which makes driving with the vehicle particularly comfortable.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Eingangswelle der Drehmomenterfassungsanordnung als Durchgangswelle ausgebildet ist und an ihren Enden mit Kurbeln zum Antreiben der Eingangswelle verwindbar ist.It is further preferred if the input shaft of the torque sensor assembly is formed as a through shaft and can be twisted at its ends with cranks for driving the input shaft.

Dadurch kann das Drehmoment, das mittels der Kurbeln bereitgestellt wird, direkt erfasst werden, wodurch eine Umrechnung eines Übersetzungsverhältnisses entfällt.As a result, the torque provided by the cranks can be directly detected, thereby eliminating a gear ratio conversion.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das angetriebene Rad an einer Vorgelegewelle der Getriebeeinheit gelagert ist und mit dem Antriebsrad ein Radpaar bildet.It is further preferred if the driven wheel is mounted on a countershaft of the gear unit and forms a pair of wheels with the drive wheel.

Dadurch lässt sich mit einfachen Mitteln ein Stirnradgetriebe bilden.As a result, a spur gear can be formed by simple means.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine Seitenansicht eines Fahrradrahmens mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb; 1 a side view of a bicycle frame with a multi-speed transmission and an electric drive;

2 in schematischer Darstellung einen Schaltplan einer Drehmomenterfassungsanordnung in einem Mehrganggetriebe; 2 a schematic diagram of a circuit diagram of a torque sensor assembly in a multi-speed transmission;

3 eine perspektivische Darstellung der Drehmomenterfassungsanordnung; 3 a perspective view of the torque detection arrangement;

4 eine Durchgangswelle mit einer Hohlwelle, die mit einem Leerweg an der Durchgangswelle gelagert ist; 4 a through shaft with a hollow shaft which is mounted with a free passage on the through shaft;

5 zeigt eine schematische Schnittansicht der Drehmomenterfassungsanordnung; 5 shows a schematic sectional view of the torque detection arrangement;

6 eine Explosionsdarstellung der Drehmomenterfassungsanordnung; 6 an exploded view of the torque detection arrangement;

7 die Drehmomenterfassungsanordnung in axialer Blickrichtung; 7 the torque detection arrangement in the axial direction;

8 eine perspektivische Darstellung der Drehmomenterfassungsanordnung mit einer ersten Ausführungsform eines Drehfederelementes; 8th a perspective view of the torque sensor assembly with a first embodiment of a torsion spring element;

9 eine perspektivische Darstellung der Drehmomenterfassungsanordnung mit einer zweiten Ausführungsform des Drehfederelementes; 9 a perspective view of the torque detection arrangement with a second embodiment of the torsion spring element;

10 einen Schaltplan einer Getriebeeinheit mit einer Drehmomenterfassungsanordnung und einer elektrischen Maschine als Hilfsantrieb; und 10 a circuit diagram of a transmission unit with a torque sensor assembly and an electric machine as an auxiliary drive; and

11 eine perspektivische Darstellung der Getriebeeinheit mit Drehmomenterfassungsanordnung. 11 a perspective view of the transmission unit with torque detection arrangement.

In 1 ist eine Getriebeeinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet.In 1 is shown a transmission unit for a muscle powered vehicle and generally with 10 designated.

1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrradrahmens 12, der ein Getriebegehäuse 14 aufweist, in dem die Getriebeeinheit 10 aufgenommen ist. Die Getriebeeinheit 10 ist in dieser Darstellung schematisch angedeutet und ist als kompakte Einheit ausgebildet. Die Getriebeeinheit 10 wird hierbei beispielsweise für den Einsatz bei einem Zweirad beschrieben, wobei allerdings auch der Einsatz bei anderen mit Muskelkraft angetriebenen Fahrzeugen möglich ist. 1 shows a side view of a bicycle frame 12 that has a gearbox 14 having, in which the gear unit 10 is included. The gear unit 10 is indicated schematically in this illustration and is formed as a compact unit. The gear unit 10 This is described, for example, for use in a two-wheeler, but also the use in other powered by muscle power vehicles is possible.

Die Getriebeeinheit 10, das Getriebegehäuse 14 bilden zusammen mit Tretkurbeln 16, 16' ein Mehrganggetriebe 18. Das Fahrrad 12 weist einen elektrischen Antrieb 20 auf, der mit dem Mehrganggetriebe 18 verbunden ist, um das Fahrzeug zusätzlich zu dem Antrieb über die Tretkurbeln 16, 16' anzutreiben. Der elektrische Antrieb 20 ist mit einer elektrischen Energiequelle 21 verbunden, die den elektrischen Antrieb 20 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energiequelle 21 ist vorzugsweise als Akkumulator 21 ausgebildet.The gear unit 10 , the gearbox 14 make up together with cranks 16 . 16 ' a multi-speed transmission 18 , The bike 12 has an electric drive 20 on that with the multi-speed transmission 18 connected to the vehicle in addition to the drive via the cranks 16 . 16 ' drive. The electric drive 20 is with an electrical energy source 21 connected to the electric drive 20 supplied with electrical energy. The energy source 21 is preferably as an accumulator 21 educated.

In 2 ist ein Drehmomentsensor dargestellt und allgemein mit 30 bezeichnet.In 2 a torque sensor is shown and generally with 30 designated.

Der Drehmomentsensor 30 ist in der Darstellung von 2 beispielhaft als Teil eines Wechselgetriebes 32 dargestellt.The torque sensor 30 is in the representation of 2 exemplary as part of a transmission 32 shown.

Der Drehmomentsensor weist eine Eingangswelle 34 auf, über die ein zu messendes Drehmoment M übertragbar ist. An der Eingangswelle sind Antriebsräder 36, 38, 40 gelagert, die drehfest miteinander verbunden sind. Die Antriebsräder 36, 38, 40 kämmen mit angetriebenen Rädern 42, 44, 46, die jeweils Radpaare bilden. Die angetriebenen Räder 42, 44, 46 sind an einer Vorgelegewelle 48 gelagert. Die Antriebsräder 36, 38, 40 und die angetriebenen Räder 42, 44, 46 bilden zusammen das Wechselgetriebe 32.The torque sensor has an input shaft 34 on, over which a torque to be measured M is transferable. At the input shaft are drive wheels 36 . 38 . 40 stored, which are rotatably connected to each other. The drive wheels 36 . 38 . 40 combing with driven wheels 42 . 44 . 46 , which form pairs of wheels. The driven wheels 42 . 44 . 46 are on a countershaft 48 stored. The drive wheels 36 . 38 . 40 and the driven wheels 42 . 44 . 46 together form the gearbox 32 ,

Alternativ kann der Drehmomentsensor 30 auch lediglich mit einem Antriebsrad 36 ausgebildet sein, das mit einem angetriebenen Rad 42 verbunden oder verbindbar ist, um ein Drehmoment M von der Eingangswelle 34 zu übertragen.Alternatively, the torque sensor 30 also only with a drive wheel 36 be formed with a driven wheel 42 is connected or connectable to a torque M from the input shaft 34 transferred to.

Die Antriebsräder 36, 38, 40 sind drehfest miteinander verbunden und mittels eines Torsionsfederelementes 50 in Rotationsrichtung federnd mit der Eingangswelle 34 verbunden. Die Antriebsräder 36, 38, 40 sind ferner mittels einer Drehwinkelbegrenzung 52 an der Eingangswelle 34 gelagert. Die Drehwinkelbegrenzung 52 weist in der Rotationsrichtung zwischen der Eingangswelle 34 und den Antriebsrädern 36, 38, 40 einen Leerweg auf, um den die Eingangswelle 34 relativ zu den Antriebsrädern 36, 38, 40 drehbar gelagert ist. Der Drehwinkel, um den die Eingangswelle 34 relativ zu den Antriebsrädern verdrehbar gelagert ist, ist durch den Leerweg begrenzt. Der Drehmomentsensor 30 weist Verdrehwinkelerfassungsmittel 54 auf, um eine Verdrehung zwischen der Eingangswelle 34 und den Antriebsrädern 36, 38, 40 zu erfassen. Die Verdrehwinkelerfassungsmittel 54 weisen ein erstes Detektorrad 56 auf, das mit den Antriebsrädern 36, 38, 40 drehfest verbunden ist. Die Verdrehwinkelerfassungsmittel 54 weisen ferner ein zweites Detektorrad 58 auf, das verdrehfest mit der Eingangswelle 34 verbunden ist. Die Detektorräder 56, 58 weisen einen identischen Durchmesser auf und sind axial nebeneinander angeordnet. Dem ersten Detektorrad 56 ist ein erster Drehwinkelsensor 60 zugeordnet und dem zweiten Detektorrad 58 ist ein zweiter Drehwinkelsensor 62 zugeordnet.The drive wheels 36 . 38 . 40 are rotatably connected to each other and by means of a Torsionsfederelementes 50 in the rotational direction resiliently with the input shaft 34 connected. The drive wheels 36 . 38 . 40 are also by means of a rotation angle limiter 52 at the input shaft 34 stored. The rotation angle limit 52 points in the direction of rotation between the input shaft 34 and the drive wheels 36 . 38 . 40 an idle path around which the input shaft 34 relative to the drive wheels 36 . 38 . 40 is rotatably mounted. The angle of rotation around which the input shaft 34 is mounted rotatably relative to the drive wheels is limited by the free travel. The torque sensor 30 has twist angle detecting means 54 on to a twist between the input shaft 34 and the drive wheels 36 . 38 . 40 capture. The twist angle detecting means 54 have a first detector wheel 56 on, with the drive wheels 36 . 38 . 40 rotatably connected. The twist angle detecting means 54 also have a second detector wheel 58 on, the rotationally fixed to the input shaft 34 connected is. The detector wheels 56 . 58 have an identical diameter and are arranged axially next to one another. The first detector wheel 56 is a first rotation angle sensor 60 assigned and the second detector wheel 58 is a second rotation angle sensor 62 assigned.

Durch die Drehwinkelbegrenzung 52 ist die Eingangswelle 34 relativ zu den Antriebsrädern 36, 38, 40 um den vordefinierten Drehwinkel verdrehbar gelagert, wobei der vordefinierte Verdrehwinkel durch einen Leerweg der Drehwinkelbegrenzung 52 gebildet ist. Wenn das zu messende Drehmoment über die Eingangswelle 34 übertragen wird, kann die Eingangswelle 34 um den Leerweg relativ zu den Antriebsrädern 36, 38, 40 verdreht werden, wodurch das Torsionsfederelement 50 gespannt wird. Je nach Größe des eingeleiteten Drehmomentes stellt sich der Verdrehwinkel in Abhängigkeit einer Federkonstante des Torsionsfederelementes 50 ein. Der Verdrehwinkel kann durch die Drehwinkelsensoren 60, 62 der Verdrehwinkelerfassungsmittel 54 erfasst werden und ist proportional zu dem eingeleiteten Drehmoment M. Sofern das Drehmoment einen vorbestimmten Wert überschreitet, sodass der Verdrehwinkel den durch den Leerweg vordefinierten Verdrehwinkel überschreitet, schlägt die Eingangswelle 34 an einem Anschlag an, der den Leerweg begrenzt, sodass das eingeleitete Drehmoment direkt auf die Antriebsräder 36, 38, 40 übertragen wird.By the rotation angle limitation 52 is the input shaft 34 relative to the drive wheels 36 . 38 . 40 mounted rotatably about the predefined angle of rotation, wherein the predefined angle of rotation by a free travel of the rotational angle limit 52 is formed. When the torque to be measured across the input shaft 34 is transmitted, the input shaft 34 about the free travel relative to the drive wheels 36 . 38 . 40 be twisted, causing the torsion spring element 50 is tense. Depending on the size of the introduced torque, the angle of rotation is dependent on a spring constant of the Torsionsfederelementes 50 one. The angle of rotation can be determined by the rotation angle sensors 60 . 62 the twist angle detecting means 54 is detected and is proportional to the introduced torque M. If the torque exceeds a predetermined value, so that the angle of rotation exceeds the predefined by the free travel angle of rotation, beats the input shaft 34 at a stop, which limits the free travel, so that the torque introduced directly to the drive wheels 36 . 38 . 40 is transmitted.

Durch die Drehwinkelbegrenzung 52 bzw. den Leerweg kann das Torsionsfederelement 50 ferner derart vorgespannt werden, dass das Torsionsfederelement 50 in einem unbelasteten Zustand, also wenn das eingeleitete Drehmoment M gleich Null ist oder einen vorbestimmten Wert unterschreitet, zunächst nicht weiter belastet wird. Erst wenn das Drehmoment M den vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Torsionsfederelement 50 durch das Drehmoment M belastet, bis das Drehmoment M einen zweiten vorbestimmten Wert erreicht, so dass die Eingangswelle 34 an dem Anschlag anschlägt. Dadurch kann ein bestimmter Drehmomentbereich definiert werden, in dem das Drehmoment M von dem Drehmomentsensor 30 erfasst werden soll.By the rotation angle limitation 52 or the free travel, the torsion spring element 50 further biased such that the torsion spring element 50 in an unloaded state, that is, when the introduced torque M is equal to zero or falls below a predetermined value, initially is not further charged. Only when the torque M exceeds the predetermined value, the torsion spring element 50 loaded by the torque M until the torque M reaches a second predetermined value, so that the input shaft 34 strikes at the stop. Thereby, a specific torque range can be defined in which the torque M from the torque sensor 30 should be recorded.

Dadurch, dass der Verdrehwinkel durch die Drehwinkelbegrenzung 52 begrenzt ist, kann die Federkonstante des Torsionsfederelementes 50 sehr klein gewählt werden, wodurch die Empfindlichkeit des Drehmomentsensors 30 erhöht wird. Dadurch kann mit technisch einfachen Mitteln ein präziser und empfindlicher Drehmomentsensor 30 bereitgestellt werden, der durch die Drehwinkelbegrenzung 52 ein normales und akzeptables Ansprechverhalten zeigt.Because the angle of rotation is limited by the angle of rotation limitation 52 is limited, the spring constant of the torsion spring element 50 be chosen very small, reducing the sensitivity of the torque sensor 30 is increased. Thereby can with technically simple means a precise and sensitive torque sensor 30 be provided by the rotation angle limit 52 shows a normal and acceptable response.

Es versteht sich, dass die Anwendung des Drehwinkelsensors 30, die in 2 mit dem Wechselgetriebe 32 dargestellt ist, lediglich beispielhaft ist. Alternativ kann der Drehmomentsensor 30 auch mit einem einzelnen Antriebsrad verbunden sein, das mit einem angetriebenen Rad verbunden oder verbindbar ist, wobei das angetriebene Rad auch koaxial zu dem Antriebsrad angeordnet sein kann.It is understood that the application of the rotation angle sensor 30 , in the 2 with the gearbox 32 is shown by way of example only. Alternatively, the torque sensor 30 Also connected to a single drive wheel, which is connected to a driven wheel or connectable, wherein the driven wheel may also be arranged coaxially with the drive wheel.

In einer weiteren Ausführungsform kann das einzelne Antriebsrad auch Teil eines Planetengetriebes sein oder mit einem Planetengetriebe verbunden oder verbindbar sein. Dabei kann das einzelne Antriebsrad drehfest verbunden oder verbindbar sein mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger oder einem Hohlrad des Planetengetriebes.In a further embodiment, the individual drive wheel may also be part of a planetary gear or connected to a planetary gear or be connectable. In this case, the individual drive wheel can be rotatably connected or connectable with a sun gear, a planet carrier or a ring gear of the planetary gear.

In 3 ist der Drehmomentsensor 30 perspektivisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind. Die Eingangswelle 34 weist an ihren axialen Enden Verbindungsabschnitte 63, 63' auf, um die Eingangswelle 34 mit den Kurbeln 16, 16' zu verbinden. Der Drehmomentsensor 30 weist die Antriebsräder 36, 38, 40 und ein zusätzliches Antriebsrad 64 auf. Die Antriebsräder 36, 38, 40, 64 sind drehfest an einer Hohlwelle 66 gelagert. Die Hohlwelle 66 ist koaxial zu der Eingangswelle 34 angeordnet und an der Eingangswelle 34 gelagert. Die Hohlwelle weist eine Innenverzahnung 68 auf, die in eine Außenverzahnung 70 der Eingangswelle 34 greift. Die Innenverzahnung 68 und die Außenverzahnung 70 weisen zueinander ein Spiel auf, das einen Leerweg 72 in der Rotationsrichtung bildet. Wie oben erläutert, kann somit die Eingangswelle 34 relativ zu den Antriebsrädern um einen vordefinierten Verdrehwinkel verdreht werden, um so das Torsionsfederelement 50 zu verspannen. Die Detektorräder 56, 58 sind axial neben den Antriebsrädern angeordnet und weisen an ihrer äußeren Umfangsfläche Detektorelemente 74 auf, über die die Drehwinkelsensoren 60, 62 die Drehposition der Detektorräder 56, 58 erfassen und somit eine Relativdrehung der Detektorräder 56, 58 zueinander und eine Relativverdrehung der Eingangswelle zu den Antriebsrädern 36, 38, 40, 64 ermitteln können. Weiterhin kann über die Drehwinkelsensoren 60, 62 auch die Drehzahl der Eingangswelle 34 ermittelt werden. Dabei wird über die Positionsänderung in Abhängigkeit der Zeit die Drehzahl bestimmt.In 3 is the torque sensor 30 shown in perspective. The same elements are designated by the same reference numerals, in which case only the special features are explained. The input shaft 34 has connecting sections at its axial ends 63 . 63 ' on to the input shaft 34 with the cranks 16 . 16 ' connect to. The torque sensor 30 has the drive wheels 36 . 38 . 40 and an additional drive wheel 64 on. The drive wheels 36 . 38 . 40 . 64 are non-rotatable on a hollow shaft 66 stored. The hollow shaft 66 is coaxial with the input shaft 34 arranged and on the input shaft 34 stored. The hollow shaft has an internal toothing 68 on that in an external toothing 70 the input shaft 34 attacks. The internal toothing 68 and the external teeth 70 have a game to each other, the one Leerweg 72 forms in the direction of rotation. As explained above, thus, the input shaft 34 be rotated relative to the drive wheels by a predefined angle of rotation, so as to the torsion spring element 50 to tense. The detector wheels 56 . 58 are arranged axially adjacent to the drive wheels and have on their outer peripheral surface detector elements 74 on, over which the rotation angle sensors 60 . 62 the rotational position of the detector wheels 56 . 58 detect and thus a relative rotation of the detector wheels 56 . 58 to each other and a relative rotation of the input shaft to the drive wheels 36 . 38 . 40 . 64 can determine. Furthermore, via the rotation angle sensors 60 . 62 also the speed of the input shaft 34 be determined. The speed is determined via the change in position as a function of time.

In 4 ist die Eingangswelle 34 zusammen mit der Hohlwelle 66 perspektivisch dargestellt. Die Hohlwelle 66 ist koaxial zu der Eingangswelle 34 gelagert. Die Hohlwelle 66 weist die Innenverzahnung 68 auf, die in die Außenverzahnung 70 der Eingangswelle 34 greift. Die Innenverzahnung 68 und die Außenverzahnung 70 weisen in der Rotationsrichtung ein Spiel auf, das den Leerweg 72 bildet. Der Leerweg 72 bildet den Verdrehwinkel, um den die Eingangswelle 34 relativ zu der Hohlwelle 66 verdreht werden kann, um das Torsionsfederelement 50 zu verspannen. Die Hohlwelle 66 weist eine zweite Außenverzahnung 76 auf, mittels der die Antriebsräder 36, 38, 40, 64 verdrehfest an der Hohlwelle 66 gelagert sind. Die Eingangswelle 34 weist ferner eine Außenverzahnung 78 auf, mittels der das Torsionsfederelement 50 verdrehfest an der Eingangswelle 34 gelagert ist, wie im Weiteren näher erläutert wird.In 4 is the input shaft 34 together with the hollow shaft 66 shown in perspective. The hollow shaft 66 is coaxial with the input shaft 34 stored. The hollow shaft 66 has the internal teeth 68 on that in the external teeth 70 the input shaft 34 attacks. The internal toothing 68 and the external teeth 70 have in the direction of rotation on a game that the idle path 72 forms. The empty way 72 forms the angle of rotation around which the input shaft 34 relative to the hollow shaft 66 can be twisted to the torsion spring element 50 to tense. The hollow shaft 66 has a second external toothing 76 on, by means of the drive wheels 36 . 38 . 40 . 64 rotationally fixed to the hollow shaft 66 are stored. The input shaft 34 also has an outer toothing 78 on, by means of the torsion spring element 50 rotationally fixed to the input shaft 34 is stored, as will be explained in more detail below.

Durch die Hohlwelle 66 können die Antriebsräder 36, 38, 40, 64 verdrehfest miteinander verbunden werden und in ihrer Gesamtheit an der Eingangswelle mit dem Leerweg 72 gelagert werden.Through the hollow shaft 66 can drive the wheels 36 . 38 . 40 . 64 rotationally connected to each other and in their entirety on the input shaft with the Leerweg 72 be stored.

In 5 ist eine schematische Schnittansicht des Drehmomentsensors 30 dargestellt. Die Antriebsräder 36, 38, 40, 64 sind verdrehfest miteinander verbunden und an der Hohlwelle 66 verdrehfest gelagert. Die Antriebsräder 36, 38, 40, 64 sind axial nebeneinander an der Hohlwelle 66 gelagert. Die Hohlwelle 66 ist koaxial an der Eingangswelle 34 gelagert. Das Antriebsrad 40 ist verdrehfest mit dem ersten Detektorrad 56 verbunden, das koaxial zu der Eingangswelle 34 angeordnet ist. Das erste Detektorrad 56 ist axial neben dem Antriebsrad 40 angeordnet. In dem Antriebsrad 40 ist das Torsionsfederelement 50 aufgenommen und verbindet das Antriebsrad 40 mit der Eingangswelle 32 federnd. Mit anderen Worten ist das Torsionsfederelement 50 in radialer Richtung zwischen einem Zahnabschnitt des Antriebsrades 40 und der Eingangswelle 34 angeordnet. Das zweite Detektorrad 58 ist axial neben dem ersten Detektorrad 56 angeordnet. Das zweite Detektorrad 58 ist verdrehfest mit der Eingangswelle 34 verbunden.In 5 is a schematic sectional view of the torque sensor 30 shown. The drive wheels 36 . 38 . 40 . 64 are rotationally connected to each other and on the hollow shaft 66 mounted rotationally. The drive wheels 36 . 38 . 40 . 64 are axially adjacent to each other on the hollow shaft 66 stored. The hollow shaft 66 is coaxial with the input shaft 34 stored. The drive wheel 40 is rotationally fixed with the first detector wheel 56 connected, coaxial with the input shaft 34 is arranged. The first detector wheel 56 is axially adjacent to the drive wheel 40 arranged. In the drive wheel 40 is the torsion spring element 50 picked up and connects the drive wheel 40 with the input shaft 32 springy. In other words, the torsion spring element 50 in the radial direction between a tooth portion of the drive wheel 40 and the input shaft 34 arranged. The second detector wheel 58 is axially adjacent to the first detector wheel 56 arranged. The second detector wheel 58 is rotationally fixed to the input shaft 34 connected.

Die Verdrehwinkelerfassungsmittel 54 können unterschiedlich ausgeführt sein. In einer ersten Ausführungsform sind die Drehwinkelsensoren 60, 62 als Hall-Sensoren ausgebildet und das erste und das zweite Detektorrad 56, 58 weisen an ihrer Umfangsfläche magnetisierte Bereiche 74 auf, deren Position durch die Hall-Sensoren erfasst werden können. Dadurch ist eine berührungslose Erfassung des Drehwinkels und der Drehzahl möglich. In einer alternativen Ausführungsform sind die Drehwinkelsensoren 60, 62 als optische Sensoren ausgebildet, die eine Rotationsposition der Detektorräder 56, 58 optoelektronisch erfassen. Vorteil dabei ist es, dass diese Erfassung berührungslos erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Drehwinkelsensoren 60, 62 als Sinusgeber ausgebildet und die Detektorelemente 74 als magnetisierbare Elemente, so dass über eine Änderung des magnetischen Flusses des Sinusgebers die Rotationsposition und die Drehzahl erfasst werden kann. In einer weiteren Ausführungsform sind die Drehwinkelsensoren 60, 62 als elektromechanische Sensoren ausgebildet, die mechanisch über die Detektorelemente 74 die Rotationsposition der Detektorräder 56, 58 erfassen und die Drehzahl bestimmen.The twist angle detecting means 54 can be different. In a first embodiment, the rotation angle sensors 60 . 62 designed as Hall sensors and the first and the second detector wheel 56 . 58 have magnetized areas on their peripheral surface 74 whose position can be detected by the Hall sensors. As a result, a non-contact detection of the rotation angle and the speed is possible. In an alternative embodiment, the rotation angle sensors 60 . 62 formed as optical sensors having a rotational position of the detector wheels 56 . 58 detect opto-electronically. The advantage here is that this detection takes place without contact. In another embodiment, the rotation angle sensors 60 . 62 designed as a sine wave generator and the detector elements 74 as magnetizable elements, so that a change in the magnetic flux of the sine encoder, the rotational position and the speed can be detected. In another embodiment, the rotation angle sensors 60 . 62 designed as electromechanical sensors that are mechanically on the detector elements 74 the rotational position of the detector wheels 56 . 58 detect and determine the speed.

In einer alternativen Ausführungsform weisen die Drehwinkelerfassungsmittel 54 lediglich einen Drehwinkelsensor 60, 62 auf, der drehfest mit einem der Detektorräder 56, 58 verbunden ist und über die Detektorelemente 74 des anderen Detektorrades 56, 58 die Relativverdrehung der Detektorräder 56, 58 gegeneinander erfassen. Dadurch kann mit einfachen Mitteln eine Relativdrehung der Detektorräder 56, 58 zueinander und somit eine Relativdrehung der Eingangswelle 34 zu den Antriebsrädern 36, 38, 40, 64 ermittelt werden.In an alternative embodiment, the rotation angle detecting means 54 only one rotation angle sensor 60 . 62 on, the rotation with one of the detector wheels 56 . 58 is connected and via the detector elements 74 of the other detector wheel 56 . 58 the relative rotation of the detector wheels 56 . 58 capture against each other. As a result, with simple means a relative rotation of the detector wheels 56 . 58 to each other and thus a relative rotation of the input shaft 34 to the drive wheels 36 . 38 . 40 . 64 be determined.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Detektorräder 56, 58 unterschiedliche Durchmesser auf und sind ineinander angeordnet, so dass die Umfangsflächen der Detektorräder 56, 58 radial zueinander versetzt angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist einer der Drehwinkelsensoren 60, 62 oder beide Drehwinkelsensoren 60, 62 radial zwischen den Umfangsflächen der Detektorräder 56, 58 angeordnet, um die Relativdrehung zu erfassen. Dadurch ist eine in axialer Richtung besonders kompakte Bauform möglich.In a further embodiment, the detector wheels 56 . 58 different diameter and are arranged one inside the other, so that the peripheral surfaces of the detector wheels 56 . 58 are arranged offset radially to each other. In this embodiment, one of the rotation angle sensors 60 . 62 or both rotation angle sensors 60 . 62 radially between the peripheral surfaces of the detector wheels 56 . 58 arranged to detect the relative rotation. As a result, a particularly compact design in the axial direction is possible.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist das erste Detektorrad 56 axial neben dem Antriebsrad 40 angeordnet und wie das Antriebsrad 40 drehfest mit der Hohlwelle 66 verbunden.In a further particular embodiment, the first detector wheel 56 axially next to the drive wheel 40 arranged and like the drive wheel 40 rotatably with the hollow shaft 66 connected.

In 6 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Drehmomentsensors 30 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind. Die Hohlwelle 66 weist die Innenverzahnung 68 auf, die im zusammengebauten Zustand in die Außenverzahnung 70 der Eingangswelle 34 greift. Die Antriebsräder 36, 38, 40, 64 sind verdrehfest miteinander verbunden und werden an der Außenverzahnung 76 der Hohlwelle 66 angeordnet und mit dieser drehfest verbunden. Das Detektorrad 56 weist in axialer Richtung einen Fortsatz 80 auf, der in einen hier nicht gesondert dargestellten Hohlraum des Antriebsrades 40 hineinragt, um das Detektorrad 56 mit dem Antriebsrad 40 drehfest zu verbinden. Das Antriebsrad 40 ragt im zusammengebauten Zustand in axialer Richtung über die Außenverzahnung 78 der Eingangswelle 34. Mit anderen Worten ist das Antriebsrad 40 im zusammengebauten Zustand in radialer Richtung umfänglich um die Außenverzahnung 78 angeordnet. Im zusammengebauten Zustand wird das Torsionsfederelement 50 mit einer Innenverzahnung 82 mit der Außenverzahnung 78 der Eingangswelle 34 verdrehfest verbunden, sodass das Torsionsfederelement 50 von dem Antriebsrad 40 umfänglich umgeben ist. In diesem zusammengebauten Zustand wird das Torsionsfederelement 50 mit dem Antriebsrad verdrehfest verbunden, sodass die Eingangswelle 34 und das Antriebsrad 40 mittels des Torsionsfederelements 50 in der Rotationsrichtung zueinander federnd gelagert sind.In 6 is an exploded perspective view of the torque sensor 30 shown. The same elements are designated by the same reference numerals, in which case only the special features are explained. The hollow shaft 66 has the internal teeth 68 on, in the assembled state in the external toothing 70 the input shaft 34 attacks. The drive wheels 36 . 38 . 40 . 64 are rotationally connected to each other and are on the external teeth 76 the hollow shaft 66 arranged and rotatably connected with this. The detector wheel 56 has an extension in the axial direction 80 on, in a not separately shown cavity of the drive wheel 40 protrudes to the detector wheel 56 with the drive wheel 40 rotatably connect. The drive wheel 40 protrudes in the assembled state in the axial direction over the outer teeth 78 the input shaft 34 , In other words, the drive wheel 40 in the assembled state in the radial direction circumferentially around the external teeth 78 arranged. In the assembled state, the torsion spring element 50 with an internal toothing 82 with the external teeth 78 the input shaft 34 rotationally connected, so that the torsion spring element 50 from the drive wheel 40 surrounded circumferentially. In this assembled state, the torsion spring element 50 rotatably connected to the drive wheel, so that the input shaft 34 and the drive wheel 40 by means of the torsion spring element 50 are resiliently mounted in the direction of rotation.

In 7 ist der Drehmomentsensor 30 in einer axialen Blickrichtung auf eine Stirnfläche des Antriebsrads 64 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.In 7 is the torque sensor 30 in an axial viewing direction on an end face of the drive wheel 64 shown. The same elements are designated by the same reference numerals, in which case only the special features are explained.

Das Antriebsrad 64 ist an der Hohlwelle 66 gelagert und drehfest mit dieser verbunden. Das Antriebsrad 64 weist eine Innenverzahnung 84 auf, die in die Außenverzahnung 76 der Hohlwelle 66 greift. Die Hohlwelle 66 ist an der Eingangswelle 34 gelagert. Die Hohlwelle 66 weist die Innenverzahnung 68 auf, die in die Außenverzahnung 70 der Eingangswelle 34 greift. Zwischen der Innenverzahnung 68 und der Außenverzahnung 70 ist der Leerweg 72 gebildet, der eine Relativdrehung zwischen der Hohlwelle 66 und der Eingangswelle 34 um einen Verdrehwinkel 86 ermöglicht. Mit anderen Worten ist an der Eingangswelle 34 dadurch ein Anschlag 88 gebildet, der den Leerweg 72 begrenzt.The drive wheel 64 is on the hollow shaft 66 stored and rotatably connected to this. The drive wheel 64 has an internal toothing 84 on that in the external teeth 76 the hollow shaft 66 attacks. The hollow shaft 66 is at the input shaft 34 stored. The hollow shaft 66 has the internal teeth 68 on that in the external teeth 70 the input shaft 34 attacks. Between the internal teeth 68 and the external teeth 70 is the free path 72 formed, which is a relative rotation between the hollow shaft 66 and the input shaft 34 around a twist angle 86 allows. In other words, on the input shaft 34 thereby a stop 88 formed, which the free path 72 limited.

Dadurch, dass der Leerweg 72 den Verdrehwinkel 86 zwischen der Eingangswelle 34 und der Hohlwelle 66 und somit den Verdrehwinkel 86 zwischen den Antriebsrädern und der Eingangswelle 34 bildet, kann mittels des Torsionsfederelements 50 das eingeleitete Drehmoment M bestimmt werden, wobei der Federweg des Torsionsfederelements 50 durch den Leerweg 72 und den Anschlag 88 begrenzt ist. Dadurch kann eine geringe Federkonstante des Torsionsfederelements 50 und gleichzeitig ein normales Ansprechverhalten des Drehmomentsensors realisiert werden.Because of the free travel 72 the twist angle 86 between the input shaft 34 and the hollow shaft 66 and thus the twist angle 86 between the drive wheels and the input shaft 34 forms, can by means of the Torsionsfederelements 50 the introduced torque M are determined, wherein the spring travel of the Torsionsfederelements 50 through the free path 72 and the stop 88 is limited. As a result, a small spring constant of the Torsionsfederelements 50 and at the same time a normal response of the torque sensor can be realized.

In 8 ist der Drehmomentsensor 30 mit einer ersten Ausführungsform des Torsionsfederelements 50 perspektivisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.In 8th is the torque sensor 30 with a first embodiment of the Torsionsfederelements 50 shown in perspective. The same elements are designated by the same reference numerals, in which case only the special features are explained.

Das Torsionsfederelement 50 ist ringförmig ausgebildet und radial zwischen dem Antriebsrad 40 und der Hohlwelle 66 bzw. der Eingangswelle 34 angeordnet. Das Torsionsfederelement 50 weist einen Außenring 90 und einen Innenring 92 auf. Der Innenring 92 weist die Innenverzahnung 82 auf, die verdrehfest mit der Außenverzahnung 76 der Hohlwelle 66 verbunden ist. Der Außenring 90 und der Innenring 92 sind mittels einer Torsionsfeder 94 miteinander verbunden. Die Torsionsfeder 94 weist eine Mehrzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Blattfederelementen 96 auf, die mittels Tangentialabschnitten 98 zu S-förmigen Federgliedern 100 verbunden sind. Dadurch kann in kompakter Bauform das Torsionsfederelement 50 zwischen dem Antriebsrad 40 und der Eingangswelle 34 gebildet werden.The torsion spring element 50 is annular and radially between the drive wheel 40 and the hollow shaft 66 or the input shaft 34 arranged. The torsion spring element 50 has an outer ring 90 and an inner ring 92 on. The inner ring 92 has the internal teeth 82 on, the rotationally fixed with the external teeth 76 the hollow shaft 66 connected is. The outer ring 90 and the inner ring 92 are by means of a torsion spring 94 connected with each other. The torsion spring 94 has a plurality of substantially radially extending leaf spring elements 96 on, by means of tangential sections 98 to S-shaped spring members 100 are connected. As a result, in a compact design, the torsion spring element 50 between the drive wheel 40 and the input shaft 34 be formed.

In 9 ist eine alternative Ausführungsform des Torsionsfederelementes 50' perspektivisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.In 9 is an alternative embodiment of the torsion spring element 50 ' shown in perspective. The same elements are designated by the same reference numerals, in which case only the special features are explained.

Das Torsionsfederelement 50' weist den Außenring 90' und den Innenring 92' auf. Der Außenring 90' weist nach innen ragende Anlageabschnitte 102 auf und der Innenring 92' weist nach außen ragende Anlageabschnitte 104 auf. Zwischen den Anlageabschnitten 102, 104 ist jeweils ein Spiralfederelement 106 angeordnet. Der Außenring 90' und der Innenring 92' sind gegeneinander verdrehbar gelagert, wobei die Federelemente 106 den Außenring 90' und den Innenring 92' federnd miteinander verbinden. Dadurch kann mit einfachen Mitteln das Torsionsfederelement 50' realisiert werden.The torsion spring element 50 ' has the outer ring 90 ' and the inner ring 92 ' on. The outer ring 90 ' has inward projecting sections 102 on and the inner ring 92 ' has outwardly projecting abutment sections 104 on. Between the plant sections 102 . 104 is in each case a spiral spring element 106 arranged. The outer ring 90 ' and the inner ring 92 ' are rotatably mounted against each other, wherein the spring elements 106 the outer ring 90 ' and the inner ring 92 ' connect resiliently together. As a result, with simple means the torsion spring element 50 ' will be realized.

In 10 ist eine Getriebeeinheit mit dem Drehmomentsensor 30 und einem elektrischen Antrieb 108 schematisch dargestellt und allgemein mit 110 bezeichnet. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.In 10 is a gear unit with the torque sensor 30 and an electric drive 108 shown schematically and generally with 110 designated. The same elements are designated by the same reference numerals, in which case only the special features are explained.

Die Eingangswelle 34 bildet die Eingangswelle der Getriebeeinheit 110 und ist als Durchgangswelle ausgebildet. Zum Antreiben des Fahrzeugs ist die Eingangswelle 34 an ihren axialen Enden mit den Kurbeln 16, 16' verbindbar. Koaxial zu der Eingangswelle 34 ist eine Ausgangswelle 112 angeordnet, die ein Ausgangsglied 114 aufweist, das vorzugsweise als Kettenblatt 114 ausgebildet ist. Die angetriebenen Räder 42, 44, 46 sind als schaltbare Losräder an der Vorgelegewelle 48 gelagert, sodass durch wechselndes Verbinden der angetriebenen Räder 42, 44, 46 mit der Vorgelegewelle 48 das Wechselgetriebe 32 als erstes Teilgetriebe der Getriebeeinheit 110 gebildet wird. An der Vorgelegewelle 48 sind ferner Antriebsräder 116, 118 als Losräder gelagert, die Räder eines zweiten Teilgetriebes 120 bilden. Die Antriebsräder 116, 118 bilden zusammen mit angetriebenen Rädern 122, 124 Radpaare des zweiten Teilgetriebes 120. Die angetriebenen Räder 122, 124 sind drehfest an der Ausgangswelle 112 gelagert. Durch die zwei Teilgetriebe 32, 120 kann in diesem Fall die Getriebeeinheit 110 mit sechs schaltbaren Gangstufen gebildet werden.The input shaft 34 forms the input shaft of the gear unit 110 and is formed as a through shaft. To drive the vehicle is the input shaft 34 at their axial ends with the cranks 16 . 16 ' connectable. Coaxial with the input shaft 34 is an output shaft 112 arranged, which is an output member 114 having, preferably as a chainring 114 is trained. The driven wheels 42 . 44 . 46 are as switchable idler gears on the countershaft 48 stored, so by changing connecting the driven wheels 42 . 44 . 46 with the countershaft 48 the change gear 32 as the first partial transmission of the transmission unit 110 is formed. At the countershaft 48 are also drive wheels 116 . 118 stored as idler gears, the wheels of a second sub-transmission 120 form. The drive wheels 116 . 118 make up together with powered wheels 122 . 124 Wheel pairs of the second partial transmission 120 , The driven wheels 122 . 124 are non-rotatable on the output shaft 112 stored. Through the two partial transmissions 32 . 120 can in this case the gear unit 110 be formed with six shiftable grades.

Der Elektromotor 108 weist eine Motorwelle 126 auf, die drehfest verbunden ist mit einem angetriebenen Rad 128, das als Losrad an der Vorgelegewelle 48 gelagert ist. In einer besonderen Ausführungsform kann das angetriebene Rad 128 auch als Festrad an der Vorgelegewelle 48 gelagert sein. Dem Elektromotor ist eine Steuereinheit 130 zugeordnet, die den Elektromotor 108 ansteuert und ein entsprechendes Drehmoment M_E an der Motorwelle 126 einstellt.The electric motor 108 has a motor shaft 126 on, which is rotatably connected to a driven wheel 128 , as idler gear on the countershaft 48 is stored. In a particular embodiment, the driven wheel 128 also as a fixed gear on the countershaft 48 be stored. The electric motor is a control unit 130 assigned to the electric motor 108 controls and a corresponding torque M _E on the motor shaft 126 established.

Der Drehmomentsensor 30 bzw. die Verdrehwinkelerfassungsmittel 54 des Drehmomentsensors 30 sind mit der Steuereinheit 130 verbunden. Die Steuereinheit 130 bestimmt auf der Grundlage der Messwerte der Verdrehwinkelerfassungsmittel 54 das über die Eingangswelle 34 eingeleitete Drehmoment M und stellt entsprechend des Drehmomentes M das Drehmoment M_E an der Motorwelle 126 bereit. Vorzugsweise wird das Motormoment M_E proportional eingestellt mit dem über die Eingangswelle 34 eingeleiteten Drehmoment M. Dadurch kann das mit Muskelkraft eingeleitete Drehmoment M über den Elektromotor 108 unterstützt werden, und zwar präzise auf der Grundlage der von dem Drehmomentsensor 30 bereitgestellten Messwerte. Ferner ist es bevorzugt, wenn eine Drehzahl, die über den Elektromotor 108 auf die Vorgelegewelle 48 übertragen wird, identisch ist mit der Drehzahl, die durch die Muskelkraft auf die Vorgelegewelle 48 übertragen wird.The torque sensor 30 or the rotation angle detection means 54 of the torque sensor 30 are with the control unit 130 connected. The control unit 130 determined on the basis of the measured values of the rotation angle detecting means 54 that over the input shaft 34 introduced torque M and corresponding to the torque M, the torque M _E on the motor shaft 126 ready. Preferably, the engine torque M _E is set proportionally with that via the input shaft 34 introduced torque M. This allows the introduced by muscle force torque M via the electric motor 108 supported precisely on the basis of that of the torque sensor 30 provided readings. Furthermore, it is preferable if a rotational speed, via the electric motor 108 on the countershaft 48 is identical to the speed that is due to the muscle power on the countershaft 48 is transmitted.

In 11 ist die Getriebeeinheit 110 schematisch perspektivisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Eingangswelle 34 und die Vorgelegewelle 48 sind parallel versetzt zueinander angeordnet. Das angetriebene Rad 128, über das das Drehmoment ME des Elektromotors 108 eingekoppelt wird, ist axial zwischen den beiden Teilgetrieben 32, 120 angeordnet. Die Verdrehwinkelerfassungsmittel 54 mit den Detektorrädern 58, 60 sind axial zwischen den beiden Teilgetrieben 32, 120 angeordnet.In 11 is the gear unit 110 shown schematically in perspective. Like elements are designated by like reference numerals. The input shaft 34 and the countershaft 48 are offset parallel to each other. The driven wheel 128 , about which the torque ME of the electric motor 108 is coupled axially between the two partial transmissions 32 . 120 arranged. The twist angle detecting means 54 with the detector wheels 58 . 60 are axially between the two partial transmissions 32 . 120 arranged.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 99/03960 [0006]

Claims

Torque detecting arrangement ( 30 ) for a muscle-powered vehicle, comprising: - an input shaft ( 34 ), via which a torque (M) to be detected for driving the vehicle is transferable, - at least one drive wheel ( 36 . 38 . 40 ) connected to the input shaft ( 34 ) and that for transmitting the torque (M) with a driven wheel ( 42 . 44 . 46 ) is rotatably connected or connectable, wherein the drive wheel ( 36 . 38 . 40 ) and the input shaft ( 34 ) by means of a torsion spring element ( 50 ) are resiliently connected to each other in the rotational direction, and - Verdrehwinkelerfassungsmitteln ( 54 ), which are adapted to a rotation of the drive wheel ( 36 . 38 . 40 ) opposite the input shaft ( 34 ), characterized in that the drive wheel ( 36 . 38 . 40 ) on the input shaft ( 34 ) by a predefined free travel ( 72 ) is mounted rotatably, wherein between the drive wheel ( 36 . 38 . 40 ) and the input shaft ( 34 ) in the direction of rotation a stop ( 88 ) is formed, the Leerweg ( 72 ) and a spring travel of the torsion spring element ( 50 ) limited.

Torque detection arrangement according to claim 1, characterized in that the input shaft ( 34 ) an outer toothing ( 70 ), which in one with the drive wheel ( 36 . 38 . 40 ) rotatably connected internal toothing ( 70 ), whereby the free path ( 70 ) as a game between the external teeth ( 70 ) and the internal toothing ( 68 ) is trained.

Torque detecting arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that on the input shaft ( 34 ) a hollow shaft ( 66 ) is mounted, which the internal toothing ( 68 ), wherein the at least one drive wheel rotationally fixed to the hollow shaft ( 66 ) is stored.

Torque detection arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the torsion spring element ( 50 ) is arranged circumferentially to the input shaft and axially offset from the drive wheel ( 36 . 38 . 40 ) on the input shaft ( 34 ) is stored.

Torque detection arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the torsion spring element an inner ring ( 92 ) and an outer ring ( 90 ), which by means of a spring member ( 94 ) are resiliently connected to each other in the rotational direction.

Torque detection arrangement according to claim 5, characterized in that the inner ring rotatably with the input shaft ( 34 ) connected is.

Torque detection arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the outer ring ( 90 ) rotatably with the drive wheel ( 36 . 38 . 40 . 64 ) connected is.

Torque detection arrangement according to one of claims 5 to 7, characterized in that the spring member ( 94 ) a plurality of leaf spring elements ( 96 ) which extend in the radial direction.

Torque detection arrangement according to one of claims 5 to 7, characterized in that the spring member has at least one spiral spring whose major axis substantially in the tangential direction to the inner ring ( 90 ' ) is arranged.

Torque detecting arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the Verdrehwinkelerfassungsmittel ( 54 ) a first detector wheel ( 56 ), which with the outer ring ( 90 ) connected is.

Torque detection arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the Verdrehwinkelerfassungsmittel ( 54 ) a second detector wheel ( 58 ), which is non-rotatably connected to the input shaft ( 34 ) connected is.

A torque detecting arrangement according to claim 10 or 11, characterized in that the first and the second detector wheel ( 56 . 58 ) are arranged axially next to each other and circumferentially arranged detection sections ( 74 ) exhibit.

Torque detection arrangement according to one of claims 10 to 12, characterized in that detection means ( 60 . 62 ) the detector wheels ( 56 . 58 ) associated with a rotational position of the detection sections ( 74 ) detect the relative rotation and / or a speed of the detection wheels ( 54 . 56 ) to capture.

Gear unit ( 110 ) for a muscle-powered vehicle, with an input shaft ( 34 ), which is formed as a through shaft and at its ends with cranks ( 16 . 16 ' ) for driving the input shaft ( 34 ) is connectable, and with a torque detection arrangement ( 30 ) according to one of claims 1 to 13.

Transmission unit according to claim 14, further comprising an electric drive ( 108 ), with a wave ( 32 . 48 . 112 ) of the transmission unit ( 110 ) is connectable, wherein the electric drive ( 108 ) a control unit ( 130 ), which is adapted to the electric drive ( 108 ) on the Basis of the rotation angle detection means ( 54 ) detected rotation to drive a corresponding torque (M _E ) in the transmission unit ( 110 ).