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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines von einem auf eine Tretlagerwelle eines Fahrrades wirkenden Drehmomentes, ein Tretlager mit der Vorrichtung und ein Fahrrad mit dem Tretlager.
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Aus der
DE 10 2011 005 896 A1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines mit einer Auslösevorrichtung vorgebbaren Bremswunsches an einem Fahrrad bekannt. Der Bremswunsch wird dabei über die Widerstandsänderung eines Schleifwiderstandes bestimmt, der in der Auslösevorrichtung zwischen einem Handhebel zum Vorgeben des Bremswunsches und einem Halter, in dem der Handhebel beweglich gelagert ist, gehalten ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erfassung des Bremswunsches an einem Fahrrad zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Erfassen eines mit einer Auslösevorrichtung vorgebbaren Bremswunsches an einem Fahrrad, der in der Auslösevorrichtung mit einem Handhebel durch relative Verschiebung gegenüber einem Halter, in dem der Handhebel beweglich gelagert ist, vorgebbar ist, ein Geberelement zum Erregen eines Geberfeldes und einen Messaufnehmer zum Ausgeben eines von der Lage des Geberfeld abhängigen Messsignals, wobei das Geberelement und der Messaufnehmer mit der Auslösevorrichtung derart verbindbar sind, dass eine relative Lage des Geberelements zum Messaufnehmer von einer relativen Lage des Handhebels zum Halter abhängig ist.
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Der angegebenen Vorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass es an einem Fahrrad hilfreich sein könnte, beim Abbremsen die kinetische Energie des Fahrrades zu rekurpieren und in einem elektrischen Energiespeicher zur Versorgung elektrischer Verbraucher am Fahrrad zu speichern. Ein derartiger elektrischer Verbraucher könnte beispielsweise ein Hilfsmotor sein, der dem Fahrrad eine Hilfsantriebsenergie zuführt, und das vom Fahrer auf das Tretlager des Fahrrades aufgebrachte Trittdrehmoment durch einen Elektromotor unterstützt.
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Für eine optimale Rekuperation ist dabei jedoch eine möglichst zuverlässige, also genaue und ausfallfreie Erfassung des Bremswunsches notwendig. Im Rahmen der eingangs genannten Vorrichtung ist diese jedoch nicht gegeben, weil sich der Schleifwiderstand nicht nur abnutzt, durch den Schleifwiderstand werden bei der Erfassung des Bremswunsches prinzipbedingt derart hohe Toleranzen in die Erfassung des Bremswunsches eingebracht, dass die Genauigkeit für die zuvor genannte optimale Rekuperation nicht akzeptabel ist.
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Hier greift die angegebene Vorrichtung mit der Überlegung an, den Bremswunsch berührungslos zu erfassen. Dies wird mit einem durch ein Geberelement erregten Geberfeld erreicht, das durch einen Messaufnehmer erfasst wird. Das Geberfeld erlaubt es, das Geberelement und den Messaufnehmer beabstandet zueinander anzuordnen, so dass sich beide Teile der genannten Vorrichtung aufgrund von aneinander schleifen nicht abnutzen können. Ferner ist bei der Messung auch kein mechanischer Schleifwiderstand zwischen den beiden Teilen zu überwinden, wodurch Toleranzen im erfassten Bremswunsch bei der Messung deutlich reduziert werden können.
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In einer Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist das Geberelement ein Gebermagnet und der Messaufnehmer ein Magnetfeldsensor. Auf diese Weise wird der Bremswunsch über ein Magnetfeld als Geberfeld erfasst. Da in einem Fahrrad in der Regel keine magnetischen Teile im Bereich der Auslösevorrichtung für die Bremse verwendet werden, erlaubt die Verwendung des Magnetfeldes als Geberfeld den Bremswunsch hochgenau zu erfassen.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist der zuvor genannte Gebermagnet ein Permanentmagnet, wodurch das Gebermagnetfeld ohne eine externe Zufuhr an Energie erregbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Bremse für ein auf wenigstens einem Rad getragenen Fahrrad einen Bremsaktuator zum Verzögern des Rades, eine Auslösevorrichtung mit einem Handhebel und einem Halter, in dem der Handhebel zum Auslösen des Bremsaktuators beweglich gelagert ist, und eine der zuvor genannten Vorrichtungen, die mit der Auslösevorrichtung verbunden ist.
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In einer Weiterbildung der angegebenen Bremse sind das Geberelement beweglich mit dem Handhebel und der Messaufnehmer ortsfest am Halter befestigt. Diese Weiterbildung ist besonders günstig, wenn das Geberelement in der oben genannten Weise als Permanentmagnet ausgeführt ist, weil hier zum beweglichen Teil der Bremse, also dem Handhebel, keine Leitungen zur Energieversorgung des Geberelementes gelegt werden müssen.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung der angegebenen Bremse ist das das beweglich zum Handhebel befestigte Geberelement an einem Teil eines Übertragungselements befestigt, das eingerichtet ist, den Bremswunsch an den Bremsaktuator zu übertragen. Dieses Übertragungselement kann beispielsweise in einer hydraulischen Bremse den Druckkolben zur Ansteuerung der Hydraulikflüssigkeit basierend auf dem Bremswunsch sowie die Hydraulikflüssigkeit selbst umfassen. In einer Bowdenzugbremse kann das Übertragungselement der Bowdenzug sein, der am Handhebel eingehängt wird.
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In einer besonderen Weiterbildung der angegebenen Bremse umfasst das Übertragungselement einen durch den Handhebel bewegbares Bewegungsaufnahmeelement und ein Übertragungsmedium, das eingerichtet ist, den Bremsaktuator basierend auf einer Bewegung des Bewegungsaufnahmeelement auszulösen. Das Bewegungsaufnahmeelement kann dabei im Rahmen der hydraulischen Bremse der Druckkolben und im Rahmen der Bowdenzugbremse ein Nippel sein, über den der Bowdenzug am Handhebel eingehängt wird.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der angegebenen Bremse ist das Geberelement ein Spritzgussteil, das an das Bewegungsaufnahmeelement angespritzt ist. Ein derartiges Spritzgussteil lässt sich nicht nur bei der Erstfertigung der Bremse fertigungstechnisch besonders einfach am Bewegungsaufnahmeelement anbringen, weil die Form des Bewegungsaufnahmeelementes beliebig gewählt werden kann, bereits im Einsatz befindliche Bremsen können ebenfalls sehr einfach durch Anspritzen des Geberelementes nachgerüstet werden. Wenn als Geberelement ein Gebermagnet, insbesondere ein Permanentmagnet gewählt wird, dann kann als Ausgangsstoff für den als Spritzgussteil ausgeführten Gebermagneten ein kunststoffgebundenes magnetisches Material gewählt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrrad einen Rahmen, der über wenigstens ein Rad auf einem Untergrund bewegbar gehalten ist, und eine der angegebenen Bremsen.
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In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Fahrrad einen Energiespeicher, der eingerichtet ist, kinetische Energie des Rades in Abhängigkeit des vom Messaufnehmer ausgegebenen Messsignals aufzunehmen. Durch die Verwendung der angegebenen Vorrichtung in dem Fahrrad kann die kinetische Energie des Fahrrades optimal zu elektrischer Energie rekuperiert werden. Diese gewonnene elektrische Energie kann dann an einem elektrischen Verbraucher am Fahrrad, wie beispielsweise einem Hilfsmotor verwendet werden. Derartige Fahrräder sind auch unter dem Namen Pedelecs bekannt.
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In einer besonderen Weiterbildung umfasst das angegebene Fahrrad einen derartigen Hilfsmotor, der an den Energiespeicher angeschlossen ist.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrrades mit einer über eine Auslösevorrichtung betätigbaren Bremse,
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführung für die Auslösevorrichtung aus 1, und
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3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung für die Auslösevorrichtung aus 1 zeigen.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Fahrrades 2 mit einem unterstützenden Hilfsantrieb 4 zeigt.
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Das Fahrrad 2 umfasst einen Rahmen 6, der auf einem Vorderrad 8 und einem Hinterrad 10 fahrbar auf einem nicht weiter dargestellten Untergrund, wie beispielsweise einer Straße getragen wird. Das Hinterrad 10 ist dabei über ein Kettenblatt 12 und eine Kette 13 antreibbar, wobei das Kettenblatt 12 über ein Tretlager 14 mit einer Tretlagerwelle 16 und zwei axial beabstandeten und radial von der Tretlagerwelle 16 abragenden Kurbelarmen 18 in an sich bekannter Weise drehbar ist.
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Das Vorderrad 8 ist dabei an einer drehbar am Rahmen gehaltenen Vorderradgabel 20 gehalten während das Hinterrad 10 an einer einstückig mit dem Rahmen 6 ausgebildeten Hinterradgabel 22 gehalten ist.
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Im Betrieb des Fahrrades 2 kann ein Fahrer die Vorderradgabel 20 über einen Lenker 24 relativ zum Rahmen 6 drehen, um die Fahrtrichtung des Fahrrades 2 zu ändern. Um die Tretlagerwelle 16 über die Kurbelarme 18 zu drehen sind an diesem radial beabstandet zur Tretlagerwelle 16 Pedale 26 angeordnet, die der Fahrer mit seinen Füßen treten kann. Ferner ist an dem Fahrrad 6 ein Sitz 28 angeordnet, auf dem der Fahrer während der Fahrt sitzen kann.
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Um das Fahrrad 2 während der Fahrt abzubremsen ist an dem Fahrrad 2 eine Vorderbremse 30 und eine Hinterbremse 32 angeordnet. Der Fahrer kann an beide Bremsen 30, 32 über eine Auslösevorrichtung 33 seinen Bremswunsch vorgeben. Dieser soll dann im Rahmen der vorliegenden Ausführung rein illustrativ an der Vorderbremse mit einem einen Bowdenzug 31 enthaltenden Übertragungselement 34 und an der Hinterbremse 32 mit einem alternativen Übertragungselement 36 übertragen werden, dass eine Hydraulikflüssigkeit 35 umfasst. Diese Übertragungselemente 34, 36 steuern im Rahmen der vorliegenden Ausführung an sich bekannte Bremsaktuatoren 37 an, die dann entsprechend an das Vorderrad 8 und an das Hinterrad 10 angreifen und das Fahrrad 2 mit einem mechanischen Widerstand verzögern. Eine derartige Bremse, die ein Fahrzeug basierend auf einem mechanischen Widerstand verzögert soll nachstehend Widerstandsbremse genannt werden.
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Eine Alternative zur Widerstandsbremse stellt eine Rekuperationsbremse 38 dar. Diese soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung entweder alternativ zur oder zusätzlich zur Widerstandsbremse an einem Fahrrad verbaut sein. Im Rahmen der vorliegenden Ausführung ist die Rekuperationsbremse 38 illustrativ zusätzlich zur als Widerstandsbremse ausgebildeten Hinterbremse 32 verbaut.
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Kern der Rekuperationsbremse 38 ist ein Bremsgenerator 39 am Hinterrad 10 des Fahrrades 2. Zum Betrieb der Rekuperationsbremse 38 wird der oben genannte Bremswunsch mit einem Positionssensor 41 in der Auslösevorrichtung 33 der Hinterbremse 32 erfasst und in Form eines Messsignals 40 an eine Bremssteuervorrichtung 42 übertragen. Diese schaltet daraufhin (der Übersichtlichkeit halber in nicht näher dargestellter Weise) den Bremsgenerator 39 ein, der das Hinterrad 10 in an sich bekannter Weise durch Wandeln der kinetischen Energie des Hinterrades 10 in elektrische Bremsenergie 43 abbremst. Optional könnte die Bremssteuervorrichtung 42 noch anhand der Bremsenergie ermitteln, inwieweit zusätzlich noch die als Widerstandsbremse ausgebildete Hinterbremse 32 benötigt wird und den Bremsaktuator 37 mit einem geeigneten Steuersignal 44 ansteuern.
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Die gewonnene elektrische Bremsenergie 43 kann dann in einem elektrischen Energiespeicher 46 gespeichert und bei Bedarf zum Antrieb des Hilfsmotors 4 verwendet werden, der im Rahmen der vorliegenden Ausführung beispielsweise zur Unterstützung des Fahrers des Fahrrades 2 zum Antrieb des Tretlagers 14 eingerichtet sein kann.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer Ausführung für die Auslösevorrichtung 33 der Hinterbremse 32 aus 1 zeigt.
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Die Auslösevorrichtung weist einen Halter 48 auf, an dem ein nicht weiter dargestellter Handhebel in an sich bekannter Weise drehbar gelagert sein kann, um den Bremswunsch für das Fahrrad 2 vorzugeben. Als Handhebel kann beispielsweise der Handhebel verwendet werden, der im Rahmen des weiteren Ausführungsbeispiels der Auslösevorrichtung 33 in 3 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 50 versehen ist.
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In dem Halter 48 ist ferner ein Teil des Übertragungselementes 36 der Hinterbremse 32 eingesetzt. Dieser Teil umfasst einen Über den Handhebel mit einer Druckkraft 52 bewegbaren Druckkolben 54 und die Hydraulikflüssigkeit 35 mit der der Bremsaktuator 37 über den Druckkolben 54 direkt angesteuert werden kann. Dabei kann der Druckkolben 54 beim Nachlassen der Druckkraft 52 über eine Rückstellfeder 57 immer in eine Ausgangsposition zurückgestellt werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Ausführung umfasst der Positionssensor 41 ein am Druckkolben 54 befestigtes Geberelement in Form eines an den Druckkolben 54 angespritzten Permanentmagneten 58 und einen am Halter befestigten Messaufnehmer 60, der ein Magnetfeld des Permanentmagneten 58 als Geberfeld basierend auf dem magnetoresistiven Effekt oder basierend auf dem Hall-Prinzip erfassen kann. Das am Messaufnehmer 60 ankommende Geberfeld hängt von der Position des Permanentmagneten 58 zum Messaufnehmer 60 ab. Basiert der Messaufnehmer 60 beispielsweise auf dem Hall-Prinzip, ist das am Messaufnehmer ankommende Geberfeld umso größer, je näher beide Elemente aneinander angenähert sind. Der Messaufnehmer 60 wandelt das ankommende Geberfeld in das den Bremswunsch repräsentierende Messsignal 40 um und gibt es an die Steuervorrichtung 46 aus.
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Der Messaufnehmer 60 kann Teil einer elektronischen Messschaltung 62 sein, die das Messsignal 40 vor der Ausgabe noch verarbeitet, um es beispielsweise zu verstärken und robust gegenüber Störungen zu machen. Diese elektronische Messschaltung kann in an sich bekannter Weise elektronische Bauelemente wie Filterkondensatoren, und integrierte Schaltungen umfassen, die auf einem Schaltungsträger, wie einem printed circuit board, nachstehend PCB genannt oder einem Leadframe gehalten sind. Zum Schutz der elektronischen Messschaltung kann der Schaltungsträger gemeinsam mit den darauf getragenen elektronischen Bauelementen eingehaust oder von einer Schutzmasse, wie beispielsweise einem Kunststoff ummantelt sein. Das Messsignal 40 kann dabei in einem Übertragungskabel 64 übertragen werden, dass an den Schaltungsträger angelötet, angecrimpt, angeschweißt oder in beliebig anderer Weise mit diesem mechanisch und elektrisch kontaktiert sein kann.
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Alternativ könnte die Übertragung des Messsignals 40 auch kabellos über an sich bekannte Techniken, wie Bluetooth erfolgen. In der Regel benötigt der Messaufnehmer 60 eine elektrische Energieversorgung. Um diese gemeinsam mit der kabellosen Übertragung des Messsignals 40 bereitzustellen, könnte als Übertragungstechnik auch die radio-frequency identification-Technologie, nachstehend RFID-Technologie genannt, gewählt werden.
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Der Teil des Positionssensors 41 mit dem Messaufnehmer 60 könnte an das Gehäuse 48 in beliebiger Weise beispielsweise durch Schrauben, Nieten oder Clipsen angebunden werden.
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Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung für die Auslösevorrichtung 33 aus 1 zeigt.
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Im Rahmen der vorliegenden Ausführung ist der Handhebel 50 um einen Drehpunkt 66 drehbar im Halter 48 gehalten, der wiederrum fest am Lenker 24 montiert ist. Der Bowdenzug 31 ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung an einem Nippel 68 befestigt, der den Bowdenzug 31 über einen Formschluss am Handhebel 50 hält. Wird der Handhebel 50 daher durch den Fahrer aufgrund seines Bremswunsches um den Drehpunkt 66 mit einer Zugkraft 69 gezogen, dann wird entsprechend auch der Bowdenzug 31 gezogen und der daran angeschlossene Bremsaktuator 37 betätigt.
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Auch in die Auslösevorrichtung 33 der vorliegenden Ausführung könnte ein Positionssensor 41 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 verbaut werden, der den Bremswunsch in einem Messsignal 40 an die Steuervorrichtung 42 zur weiteren Verarbeitung sendet. Im Rahmen der vorliegenden Ausführung ist als Alternative zur Ausführung der 2 jedoch beispielhaft die drahtlose Übertragung des Messsignals 40 mit einem entsprechenden Drahtlossender 70 verdeutlicht, der das Messsignal 40 mit einem Trägersignal 72 sendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011005896 A1 [0002]
