DE102014207761A1 - Drehmomenterfassung mit Differenzwinkelsensor im Tretlager - Google Patents

Drehmomenterfassung mit Differenzwinkelsensor im Tretlager Download PDF

Info

Publication number
DE102014207761A1
DE102014207761A1 DE102014207761.3A DE102014207761A DE102014207761A1 DE 102014207761 A1 DE102014207761 A1 DE 102014207761A1 DE 102014207761 A DE102014207761 A DE 102014207761A DE 102014207761 A1 DE102014207761 A1 DE 102014207761A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bottom bracket
shaft
torque
bicycle
contraption
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014207761.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Henrik Antoni
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Priority to DE102014207761.3A priority Critical patent/DE102014207761A1/de
Publication of DE102014207761A1 publication Critical patent/DE102014207761A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (66) zum Erfassen eines von einem auf eine Tretlagerwelle (6) eines Fahrrades (2) wirkenden Drehmomentes (36), umfassend: – einen Messaufnehmer (56), der eingerichtet ist, vom Drehmoment (36) abhängigen Differenzwinkel (54) zwischen einem ersten Wellenabschnitt (42) der Tretlagerwelle (16) und einem zum ersten Wellenabschnitt (42) axial beabstandeten zweiten Wellenabschnitt (52) der Tretlagerwelle (16) zu erfassen, und – eine Ausgabeeinrichtung (64) zum Ausgeben eines vom Drehmoment (36) abhängigen Signals (65) basierend auf dem Differenzwinkel (54).

Description

  • 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.
  • Aus der DE 10 2007 062 156 A1 ist eine Drehmomentenerfassungsvorrichtung für ein Fahrrad bekannt. Dabei wird an einem Tretlager ein Drehmoment durch ein invers magnetostriktives Messprinzip erfasst, das über Tretkurbeln in eine als Hohlwelle ausgebildete Tretlagerwelle eingeleitete wird. Dafür ist die Hohlwelle tordierbar ausgebildet und weist eine von der Torsion der Hohlwelle abhängige Magnetisierung auf. Mit einem Sensor werden das Magnetfeld der Magnetisierung und damit die Torsion der Hohlwelle erfasst, wodurch auf das Drehmoment geschlossen werden kann.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erfassung des Drehmoments auf die Tretlagerwelle in einem Fahrrad zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Erfassen eines von einem auf eine Tretlagerwelle eines Fahrrades wirkenden Drehmomentes einen Messaufnehmer, der eingerichtet ist, einen vom Drehmoment abhängigen Differenzwinkel zwischen einem ersten Wellenabschnitt der Tretlagerwelle und einem zum ersten Wellenabschnitt axial beabstandeten zweiten Wellenabschnitt der Tretlagerwelle zu erfassen und eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines vom Drehmoment abhängigen Signals basierend auf dem erfassten Differenzwinkel.
  • Der angegebenen Vorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass es in einigen Fahrrädern, beispielsweise in Fahrrädern mit Hilfsmotoren, notwendig sein kann, den Fahrerwunsch zu erfassen.
  • Der Fahrerwunsch ist in der Regel vom Drehmoment abhängig, mit dem der Fahrer die Tretlagerwelle über die Pedale dreht. Je größer die Trittkraft des Fahrers auf die Tretlagerwelle und damit das Drehmoment ist, desto größer ist der Wunsch des Fahrers, das Fahrzeug zu beschleunigen. Mit dem Drehmoment steht daher eine zuverlässige Aussage darüber zur Verfügung, inwieweit der Fahrer zusätzliche Beschleunigungsenergie abrufen möchte, um das Fahrrad zu beschleunigen. Die Drehmomenterfassung basierend auf dem Magnetfeld der Magnetisierung in der eingangs genannten Drehmomenterfassungsvorrichtung ist jedoch wegen des sehr geringen Nutz-Magnetfeldes sehr fehleranfällig, weil äußere Einflüsse sowie Ungenauigkeiten an der Hohlwelle können die Messung mit hohen Toleranzen stören. Dies kann bis zu sicherheitskritischen Situationen führen. Der Aufwand zum sicheren Betreiben dieses Prinzips ist relativ hoch und in Zukunft sicherlich nicht wirtschaftlich.
  • Demgegenüber wird im Rahmen der angegebenen Vorrichtung vorgeschlagen, das Drehmoment über einen Differenzwinkel erfassen. Die Tretlagerwelle wird basierend auf dem vom Fahrer aufgebrachten Tretmoment prinzipbedingt tordiert, wobei der Differenzwinkel durch äußere Magnetfelder oder andere Ungenauigkeiten an der Hohlwelle nicht verfälscht werden kann. Daher werden das Drehmoment und damit der Fahrerwunsch mit der angegebenen Vorrichtung robuster erfasst, wodurch sich die vom Fahrer gewünschte zusätzliche Beschleunigungsenergie des für das Fahrrad genauer abschätzen und das Fahrrad genauer auf die vom Fahrer gewollte Geschwindigkeit beschleunigen lässt.
  • In einer Weiterbildung umfasst die angegebene Vorrichtung einen ortsfest zum ersten Wellenabschnitt angeordneten Geber, der eingerichtet ist, ein sich in Umfangsrichtung der Tretlagerwelle veränderndes physikalisches Geberfeld auszugeben, und ein ortsfest zum zweiten Wellenabschnitt angeordnetes Leitelement, das eingerichtet ist, das physikalische Geberfeld aufzunehmen, über den Messaufnehmer zu leiten und in Umfangsrichtung der Tretlagerwelle versetzt wieder abzugeben. Das Geberfeld ist durch die Anordnung des Gebermagneten in Umfangsrichtung der Tretlagerwelle codiert. Drehen sich der erste Wellenabschnitt und der zweite Wellenabschnitt aufgrund eines an die Tretlagerwelle angelegten Drehmomentes relativ zueinander, so verändert sich das in Umfangsrichtung codierte und am Leitelement ankommende Geberfeld. Entsprechend verändert sich auch das vom Messaufnehmer erfasste Geberfeld, so dass der Differenzwinkel und damit das Drehmoment erfassbar sind.
  • In einer zusätzlichen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung umfasst die angegebene Vorrichtung eine Hülse, wobei der Geber in der Axialebene des zweiten Wellenabschnittes angeordnet ist und die Hülse den ersten Wellenabschnitt und den Geber verbindet. Durch die Hülse kann der Geber unmittelbarer Nähe zum Leitelement angeordnet werden, wodurch das am Leitelement ankommende Geberfeld besonders stark ist. Andererseits können die beiden zueinander zu verdrehenden Wellenabschnitte zur Erfassung des Differenzwinkels axial weit auseinander positioniert werden, wodurch der Differenzwinkel mit einer sehr hohen Sensitivität erfassbar ist.
  • In einer anderen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist der Geber in der Axialrichtung der Tretlagerwelle gesehen länger ausgebildet als das Leitelement. Dies hat den Vorteil, dass das axial neben dem Leitelement weitere Messaufbauten angeordnet werden können, die dann beispielsweise die Drehzahl der Tretlagerwelle erfassen können, um zusätzliche Auswertungen zu ermöglichen, wie beispielsweise die Plausibilisierung mit dem Momentensignal zur Vermeidung von ungewollten Unterstützungen oder ob das Drehmoment an einem Berg oder auf einer geraden Ebene angelegt wird, weil der Fahrer prinzipbedingt am Berg zum Halten einer bestimmten Geschwindigkeit ein höheres Drehmoment aufbringen muss, als auf der geraden Ebene. Daher umfasst die angegebene Vorrichtung vorzugsweise auch den weiteren Messaufnehmer zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit des Gebers, die von der Drehzahl der Tretlagerwelle abhängig ist.
  • In einer noch anderen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung weist das Leitelement zwei sich in der Axialrichtung der Tretlagerwelle erstreckende Zahnkränze auf, die mit einem Luftspalt voneinander beabstandet ineinandergreifen. Diese beiden Zahnkränze sind axial und in Umfangsrichtung der Tretlagerwelle voneinander getrennt und können das in Umfangsrichtung kodierte Geberfeld an verschiedenen Stellen aufnehmen und abgeben, so dass sich das vom Leitelement aufgenommene und zum Messaufnehmer geleitete Geberfeld bei einer relativen Verdrehung der beiden Wellenabschnitte zueinander verändert.
  • In einer besonderen Weitebildung der angegebenen Vorrichtung weist das Leitelement ein von den Zahnkränzen in der Radialrichtung der Tretlagerwelle abragendes Überbrückungselement mit einem sich in der Axialrichtung erstreckenden weiteren, im Vergleich zum Luftspalt kleineren Luftspalt auf, in dem der Messaufnehmer angeordnet ist. Auf diese Weise kann das von den Zähnen aufgenommene Geberfeld zunächst gesammelt und im Anschluss an den Messaufnehmer transportiert werden. Der Luftspalt sollte dabei deswegen größer als der weiter Luftspalt sein, damit das Geberfeld nicht ungewollt an den beiden Zähnen kurzgeschlossen sondern über das Überbrückungselement geleitet wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Tretlager für ein Fahrrad eine Tretlagerwelle mit einem tordierbaren Hohlwellenelement, das drehfest mit einem Antriebsrad zum Antrieb des Fahrrades verbindbar ist, und einem konzentrisch im Hohlwellenelement gehaltenen Innenwellenelement, das axial beabstandet zum Abtriebsrad drehfest mit dem Hohlwellenelement verbunden und über zwei Pedale drehbar ist, wobei das Hohlwellenelement der Tretlagerwelle einen ersten Wellenabschnitt und einen zum ersten Wellenabschnitt axial beabstandeten zweiten Wellenabschnitt aufweist, an den eine der angegebenen Vorrichtungen anschließbar ist.
  • Dem angegebenen Tretlager liegt die Überlegung zugrunde, dass das vom Fahrer angelegte Drehmoment möglichst nur zwischen dem vom Fahrer getretenen Pedal und dem Abtriebsrad gemessen werden sollte, so dass das Drehmoment, aufgebracht durch das linke und rechte Bein des Fahrers, erfasst wird und keine falschen Fahrerwünsche gemessen werden, wenn der Fahrer beispielsweise fälschlicherweise mit beiden Füssen auf den beiden Pedalen steht. Daher sind im Rahmen der vorliegenden Ausführung beide Pedale über ein Innenwellenelement verbunden, an dem die Torsion jedoch nicht gemessen wird. Tordiert wird von der Tretlagerwelle nur das Hohlwellenelement, zwischen dem Innenwellenelement und dem Antriebsrad verbaut ist. Auf diese Weise wird immer nur das Drehmoment erfasst, das vom Fahrer beabsichtigten Fahrerwunsch gehört.
  • In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Tretlager eine Tretlagerschale, in der die Tretlagerwelle gehalten ist und den Messaufnehmer der Vorrichtung, der in der Tretlagerschale gehalten ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Fahrrad einen Rahmen, der über wenigstens ein Rad auf einem Untergrund bewegbar gehalten ist, eines der angegebenen Tretlager, das zum Antrieb des Rades in dem Rahmen gehalten ist, und eine der angegebenen Vorrichtungen, zum Erfassen eines auf die Tretlagerwelle des Fahrrades wirkenden Drehmomentes.
  • 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:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrrades mit einem unterstützenden Hilfsantrieb,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Tretlagers für das Fahrrad der 1,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen eines von einem auf eine Tretlagerwelle des Tretlagers der 2 wirkenden Drehmomentes, und
  • 4 eine schematische Darstellung einer alternativen Vorrichtung zum Erfassen des Drehmomentes zeigen.
  • In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
  • Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Fahrrades 2 mit einem unterstützenden Hilfsantrieb 4 zeigt.
  • Das Fahrrad 2 besitzt einen Rahmen 6, der über ein Vorderrad 8 und ein Hinterrad 10 fahrbar auf einem Untergrund 11, wie beispielsweise einer Straße getragen wird. Das Hinterrad 10 ist dabei über ein Tretlager 12 antreibbar, was nachstehend beschrieben werden soll.
  • Das Tretlager 12 weist ein in 2 gezeigtes Kettenblatt 14 auf, dass in einer noch zu beschreibenden Weise drehfest mit einer Tretlagerwelle 16, auch Kurbelwelle genannt, verbunden ist. Von der Tretlagerwelle 16 ragen in an sich bekannter Weise radial zwei Kurbelarme 18, 20 ab, an deren der Tretlagerwelle 16 gegenüberliegenden Enden je eine Pedale 22, 24 drehbar gehalten ist. Ein Fahrer des Fahrrades 2 kann dann durch Treten auf eines der Pedale 22, 24 die Tretlagerwelle 16 und damit das Kettenblatt 14 drehen. Das sich drehende Kettenblatt 14 bewegt dabei eine Kette 26, die wiederum die Drehung des Kettenblattes 14 auf ein drehfest am Hinterrad 10 befestigtes Zahnrad 28 überträgt. Auf diese Weise wird das Hinterrad 10 angetrieben, wodurch das Fahrrad 2 durch die Tretbewegungen des Fahrers auf dem Untergrund 11 bewegt werden kann.
  • Der Fahrer selbst kann während seiner Tretbewegungen auf einem Sattel 30 sitzen und sich an einem Lenker 32 zur Steuerung des Fahrrades 2 festhalten.
  • Um den Fahrer beim Antrieb des Fahrrades 2 zu unterstützen ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung der Hilfsantrieb 4 vorgesehen. Dieser wird aus einer elektrischen Energiequelle 34 mit der notwendigen Hilfsenergie versorgt und soll in Abhängigkeit des Fahrerwunschs des Fahrers zugeschaltet werden. Ein derartiger Hilfsantrieb 4 ist beispielsweise aus der DE 10 2011 087 544 A1 bekannt, wobei Fahrräder mit derartigen Hilfsantrieben auch Pedelecs genannt werden. Weitere Informationen zu Pedelecs lassen sich in der zuvor genannten Druckschrift finden.
  • Der Hilfsantrieb 4 ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung als Unterstützung für den Fahrer des Fahrrades 2 vorgesehen. Er soll das Fahrrad 2 neben dem Fahrer zusätzlich antreiben, wenn die Trittkraft des Fahrers beispielsweise an einer Steigung allein nicht ausreicht, das Fahrrad 2 gemäß seinem Fahrerwunsch zu bewegen. Zum Bestimmen des Fahrerwunsches kann beispielsweise das auf die Tretlagerwelle 16 wirkende Drehmoment 36 bestimmt werden, mit dem der Fahrer über die Tretlagerwelle 16 über die Pedale 22, 24 dreht.
  • Die Erfassung dieses Drehmomentes 36 wird nachstehend beschrieben.
  • Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung des Tretlagers 12 für das Fahrrad 2 der 1 zeigt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführung ist die Tretlagerwelle 16 zweiteilig aus einem Innenwellenelement 38 und einem tordierbaren Hohlwellenelement 40 aufgebaut, wobei das Innenwellenelement 38 konzentrisch in dem Hohlwellenelement 40 gehalten ist. Dabei sind das Innenwellenelement 38 und das Hohlwellenelement 40 an einem ersten Wellenabschnitt 42 drehfest miteinander verbunden.
  • Die Tretlagerwelle 16 ist am Hohlwellenelement 40 über Wälzelemente 44 in einer ersten Lagerschale 46 und in einer zweiten Lagerschalte 48 um eine Rotationsachse 50 drehbar gehalten. Dabei ist radial auf die Lagerschalen 46, 48 ein Tretlagergehäuse 51 zum Schutz der Tretlagerwelle 16 aufgesetzt. Dabei sind die beiden Kurbelarme 18, 20 jeweils axial beabstandet zu den Lagerschalen 46, 48 angeordnet, wobei durch die Kurbelarme 18, 20 Befestigungsbohrungen 50 geführt sind, um die Pedale 22, 24 zu befestigen.
  • Das Kettenblatt 14 ist an einem zweiten Wellenabschnitt 52 gehalten.
  • Tritt der Fahrer die Pedale 22, 24 dann wird das Hohlwellenelement 40 aufgrund des angelegten Drehmomentes 36 und der Trägheit des Fahrrades 2 zwischen dem ersten Wellenabschnitt 42 und dem zweiten Wellenabschnitt 52 tordiert. Je größer das angelegte Drehmoment 36 ist, desto mehr Kraft bringt der Fahrer 2 des Fahrrades 2 auf, um die Geschwindigkeit des Fahrrades 2 zu erhöhen, ohne dass sich jedoch der gewünschte Erfolg einstellt – so wie beispielsweise an einem sehr steilen Berg, an dem der notwenige Kraftaufwand durch den Fahrer selbst bei geringen Steigungen sehr hoch ist.
  • Hier kann der Hilfsantrieb 4 eingreifen und das Fahrrad 2 mit Hilfsenergie soweit antreiben, bis das an die Tretlagerwelle 16 angelegte Drehmoment 36 und damit die Torsion des Hohlwellenelements 40 unter eine bestimmte Schwelle gefallen ist. Hierzu muss jedoch das an die Tretlagerwelle 16 angelegte Drehmoment 36 erfasst werden, das im Rahmen der vorliegenden Ausführung basierend auf einem in 3 angedeuteten Differenzwinkel 54 zwischen dem ersten Wellenanschnitt 42 und dem zweiten Wellenabschnitt 52 gemessen wird. Ist dieser Differenzwinkel 54 bekannt, ist das angelegte Drehmoment 36 über die Materialkenngrößen des Hohlwellenelements 40 ableitbar.
  • Der Differenzwinkel 54 wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung mit einem Messaufnehmer erfasst, das als Magnetfeld-empfindliches Sensorelement 56, wie beispielsweise ein Hall-Sensorelement oder ein magnetoresistives Sensorelement ausgebildet ist. Das Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56 erfasst ein sich in Umfangsichtung der Tretlagerwelle 16 erstreckendes Geberfeld in Form eines in 3 angedeuteten Gebermagnetfeldes 58, das von einem über eine Hülse 59 ortsfest zum ersten Wellenabschnitt 42 befestigten Geber in Form eines als Encoderring aufgebauten Gebermagneten 60 erregt wird.
  • Das Gebermagnetfeld 58 wird von einem ortsfest zum zweiten Wellenabschnitt 52 angeordneten Leitelement 62 aufgefangen, durch das Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56 geleitet und zum Gebermagneten 60 zurückgeführt. Die Höhe des vom Leitelement 62 zum Magnetfeld-empfindlichen Sensorelement 56 geleiteten Gebermagnetfeldes 58 hängt dabei in einer noch zu beschreibenden Weise vom Differenzwinkel 54 zwischen dem ersten Wellenabschnitt 52 und dem zweiten Wellenabschnitt 52 ab. Daher kann aus dem vom Magnetfeld-empfindlichen Sensorelement 56 erfassten Gebermagnetfeld 58 unmittelbar der Differenzwinkel 54 abgeleitet und über ein in 3 gezeigten Signalkabel 64 als Ausgabesignal 65 ausgegeben werden. Das Ausgabesignal 65 ist in 4 angedeutet.
  • Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 66 zum Erfassen des auf die Tretlagerwelle 16 des Tretlagers 12 der 2 wirkenden Drehmomentes 36 zeigt.
  • Die Vorrichtung 66 umfasst im Rahmen der vorliegenden Ausführung das Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56, den Gebermagneten 60 und das Leitelement 62. Neben den genannten Elementen können zur Vorrichtung 66 weitere Elemente, wie beispielsweise die zuvor genannte Hülse 59 dazu gezählt werden.
  • Das Leitelement 62 weist im Rahmen der vorliegenden Ausführung zwei magnetisch leitfähige Zahnkränze 68 auf, die je einen umfänglich um die Tretlagerwelle 16 umlaufenden Ring 70 mit axial davon abragenden Zähnen 72 umfassen. Von diesen Zähnen 72 sind in 3 der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen. Die beiden magnetisch leitfähigen Zahnkränze 68 sind mit ihren Zähnen 72 aufeinander zu gerichtet derart angeordnet, dass die Zähne 72 ineinander greifen und zwischen sich einen mit einer gestrichelten Linie verdeutlichten Luftspalt 74 ausbilden. An die beiden Zahnkränze 68 ist ein Überbrückungselement 76 mit zwei Flusssammelringen 78 angeschlossen, wobei an jeden Zahnkranz 68 ein Flusssammelring 78 angelegt ist. Von jedem Flusssammelring 78 ragt dabei axial zum jeweils anderen Flusssammelring 78 eine Flussleitnase 80 ab, wobei die beiden Flussleitnasen 80 jeweils auf der gleichen Umfangshöhe um die Tretlagerwelle 16 gesehen angeordnet sind. Axial zwischen den beiden Flussleitnasen 80 ist dabei ein weiterer Luftspalt 82 ausgebildet, in dem das Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56 angeordnet ist.
  • Liegen in der Vorrichtung 66 der 3 in einem ersten Extremfall die Zähne 72 des einen Zahnkranzes 68 über den Südpolen des Gebermagneten 60 und die Zähne 72 des anderen Zahnkranzes 68 über den Nordpolen des Gebermagneten 60, dann wird das Gebermagnetfeld 58 aus den Nordpolen über die Zähne 72 des einen Zahnkranzes 68 aufgenommen, vom Flusssammelring 78 des an diesem Zahnkranz 68 anliegenden Überbrückungselementes 76 gesammelt und über den weiteren Luftspalt 82 zum axial gegenüberliegenden Überbrückungselement 76 geleitetet. Dort wird es dann über die Zähne 72 des entsprechend daran anliegenden Zahnkranzes 68 an die Südpole wieder ausgegeben. Je größer dabei der Luftspalt 74 gegenüber dem weiteren Luftspalt 82 ist, desto größer ist die Menge des über das Leitelement 62 geführten Gebermagnetfeldes 58. In diesem ersten Extremfall durchtritt das Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56 eine maximale Menge des Gebermagnetfeldes 58.
  • In einem zweiten Extremfall, wenn der Übergang zwischen den Nord- und Südpolen des Gebermagneten 60 genau zwischen den Zähnen 72 liegt, dann tritt das gesamte Gebermagnetfeld 58 aus dem gleichen Zahn 72 aus, in den es auch eingetreten ist. Dann durchtritt kein Gebermagnetfeld 58 das Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56.
  • Zwischen diesen beiden Extremfällen kann jeder relativen Lage zwischen dem Gebermagneten 60 und dem Leitelement 62 und damit jedem Differenzwinkel 54 eine eindeutige Höhe des Magnetfeldes 58 zugeordnet werden, so dass der Differenzwinkel 54 eindeutig erfassbar ist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführung kann das Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 56 und optional zusätzlich auch die Flusssammelringe 78 des Überbrückungselementes 76 in die zweite Tretlagerschale 48 eingespritzt werden. Dann würden sich die Zahnkränze 70 in den Flusssammelringen 78 drehen und in diesen schleifen. Um dabei das Signalkabel 64 aus der zweiten Tretlagerschale 48 nach außen zu führen und eine elektrische Anbindung zu ermöglichen kann die elektrische Schaltung des Magnetfeld-empfindlichen Sensorelementes 56 als Leadframeschaltung ausgeführt sein.
  • Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer optionalen Weiterbildung der Vorrichtung 66 zum Erfassen des Drehmomentes 36 beziehungsweise des Differenzwinkels 54 zeigt. In 4 sind der Übersichtlichkeit halber nicht alle technischen Elemente, die bereits in 3 erläutert wurden mit einem Bezugszeichen versehen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Ausführung kann neben dem Magnetfeld-empfindlichen Sensorelement 56 ein weiteres Magnetfeld-empfindliches Sensorelement 84 angeordnet werden, das das Gebermagnetfeld 58 direkt erfasst. Auf diese Weise kann das mit der Tretlagerwelle 16 rotierende Gebermagnetfeld 58 erfasst und beispielsweise gemäß der DE 101 46 949 A1 als Drehzahlsignal ausgewertet werden. Hierbei erregt das rotierende Gebermagnetfeld 58 im weiteren Magnetfeld-empfindlichen Sensorelement 84 Signalpulse, die dann beispielsweise pro Zeiteinheit gezählt werden können. Je mehr Pulse pro Zeiteinheit gezählt werden, desto schneller dreht sich die Tretlagerwelle 16. Um die Auflösung des sich ergebenden Geschwindigkeitssignals zwischen den Zeiteinheiten zu erhöhen, kann das aus den gezählten Pulsen abgeleitete Geschwindigkeitssignal interpoliert werden.
  • Um das weitere Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 84 in der Vorrichtung 66 gemäß der 4 in besonders günstiger Weise anzuordnen weist der Gebermagnet 60 gegenüber dem Leitelement 62 eine axiale Verlängerung 86 auf, über der das weitere Magnetfeld-empfindliche Sensorelement 84 radial angeordnet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007062156 A1 [0002]
    • DE 102011087544 A1 [0028]
    • DE 10146949 A1 [0047]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (66) zum Erfassen eines von einem auf eine Tretlagerwelle (6) eines Fahrrades (2) wirkenden Drehmomentes (36), umfassend: – einen Messaufnehmer (56), der eingerichtet ist, einen vom Drehmoment (36) abhängigen Differenzwinkel (54) zwischen einem ersten Wellenabschnitt (42) der Tretlagerwelle (16) und einem zum ersten Wellenabschnitt (42) axial beabstandeten zweiten Wellenabschnitt (52) der Tretlagerwelle (16) zu erfassen, und – eine Ausgabeeinrichtung (64) zum Ausgeben eines vom Drehmoment (36) abhängigen Signals (65) basierend auf dem Differenzwinkel (54).
  2. Vorrichtung (66) nach Anspruch 1, umfassend: – einen ortsfest zum ersten Wellenabschnitt (42) angeordneten Geber (60), der eingerichtet ist, ein sich in Umfangsrichtung der Tretlagerwelle (16) veränderndes physikalisches Geberfeld (58) auszugeben, – ein ortsfest zum zweiten Wellenabschnitt (52) angeordnetes Leitelement (62), das eingerichtet ist, das physikalische Geberfeld (58) aufzunehmen, über den Messaufnehmer (56) zu leiten und in Umfangsrichtung der Tretlagerwelle (16) versetzt wieder abzugeben.
  3. Vorrichtung (66) nach Anspruch 2, umfassend eine Hülse (59), wobei der Geber (60) in der Axialebene des zweiten Wellenabschnittes (52) angeordnet ist und die Hülse (59) den ersten Wellenabschnitt (42) und den Geber (60) verbindet.
  4. Vorrichtung (66) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Geber (60) in der Axialrichtung der Tretlagerwelle (12) gesehen länger (86) ausgebildet ist als das Leitelement (62).
  5. Vorrichtung (66) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, umfassend einen weiteren Messaufnehmer (84) zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit des Gebers (60).
  6. Vorrichtung (66) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Leitelement (62) zwei sich in der Axialrichtung der Tretlagerwelle (16) erstreckende Zahnkränze (68) aufweist, die mit einem Luftspalt (74) voneinander beabstandet ineinandergreifen.
  7. Vorrichtung (66) nach Anspruch 6, wobei das Leitelement (62) ein von den Zahnkränzen (68) in der Radialrichtung der Tretlagerwelle (16) abragendes Überbrückungselement (76) mit einem sich in der Axialrichtung erstreckenden weiteren, im Vergleich zum Luftspalt (74) kleineren Luftspalt (82) aufweist, in dem der Messaufnehmer (56) angeordnet ist.
  8. Tretlager (12) für ein Fahrrad, umfassend eine Tretlagerwelle (16) mit – einem tordierbaren Hohlwellenelement (40), das drehfest mit einem Abtriebsrad (14) zum Antrieb des Fahrrades (2) verbindbar ist, und – einem konzentrisch im Hohlwellenelement (40) gehaltenen Innenwellenelement (38), das axial beabstandet zum Antriebsrad (14) drehfest mit dem Hohlwellenelement (40) verbunden und über zwei Pedale (22, 24) drehbar ist, – wobei das Hohlwellenelement (40) der Tretlagerwelle (16) einen ersten Wellenabschnitt (42) und einen zum ersten Wellenabschnitt (42) axial beabstandeten zweiten Wellenabschnitt (52) aufweist, an den eine Vorrichtung (66) nach einem der vorstehenden Ansprüche anschließbar ist.
  9. Tretlager (12) nach Anspruch 8, umfassend – eine Tretlagerschale (48), in der die Tretlagerwelle (16) gehalten ist, und – den Messaufnehmer (56) der Vorrichtung (66), der in der Tretlagerschale (48) gehalten ist.
  10. Fahrrad (2) umfassend: – einen Rahmen (6), der über wenigstens ein Rad (10) auf einem Untergrund (11) bewegbar gehalten ist, – ein Tretlager (12) nach Anspruch 8 oder 9, das zum Antrieb des Rades (10) in dem Rahmen (6) gehalten ist, und – eine Vorrichtung (66) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Erfassen eines auf die Tretlagerwelle (16) des Fahrrades (2) wirkenden Drehmomentes (36).
DE102014207761.3A 2014-04-24 2014-04-24 Drehmomenterfassung mit Differenzwinkelsensor im Tretlager Withdrawn DE102014207761A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014207761.3A DE102014207761A1 (de) 2014-04-24 2014-04-24 Drehmomenterfassung mit Differenzwinkelsensor im Tretlager

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014207761.3A DE102014207761A1 (de) 2014-04-24 2014-04-24 Drehmomenterfassung mit Differenzwinkelsensor im Tretlager

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014207761A1 true DE102014207761A1 (de) 2015-10-29

Family

ID=54261694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014207761.3A Withdrawn DE102014207761A1 (de) 2014-04-24 2014-04-24 Drehmomenterfassung mit Differenzwinkelsensor im Tretlager

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014207761A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016201455B3 (de) * 2016-02-01 2017-06-01 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Messeinrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Betriebsparametern an Wellen
DE102017111770A1 (de) * 2017-05-30 2018-12-06 Disco Drives Kirschey Gmbh Antriebseinheit für ein Fahrrad
WO2020064827A1 (de) * 2018-09-25 2020-04-02 Marquardt Gmbh KURBELGETRIEBE MIT EINER KURBELWELLE ZUR VERBINDUNG MIT WENIGSTENS EINER FUß- ODER HANDKURBEL
US12123795B2 (en) 2018-09-25 2024-10-22 Marquardt Gmbh Crank transmission with a crankshaft for connection to at least one foot-operated or hand-operated crank

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3826141A1 (de) * 1987-10-30 1989-06-08 Koyo Seiko Co Drehmoment-sensor
DE10146949A1 (de) 2000-11-22 2002-06-06 Continental Teves Ag & Co Ohg Aktiver Magnetsensor für elektronische Bremssysteme
DE10120580A1 (de) * 2001-04-26 2002-11-07 Siemens Ag Sensor zur Messung eines Drehmomentes an einer rotierenden Welle
DE102004034260B3 (de) * 2004-07-14 2005-12-01 Hirt, Jürgen, Dipl.-Ing. Messanordnung zur Ermittlung von Drehmomenten an Wellen
DE102007062156A1 (de) 2007-12-21 2009-06-25 Schaeffler Kg Tretlager mit Drehmomentsensorik
DE102009025928A1 (de) * 2008-06-06 2009-12-10 General Electric Company Unmittelbare Wellenleistungsmessungen für rotierende Maschinen
DE102011006644A1 (de) * 2011-04-01 2012-10-04 Robert Bosch Gmbh Kurbeltrieb für ein Fahrzeug
DE102011087544A1 (de) 2011-12-01 2013-06-06 Continental Automotive Gmbh Elektrischer Hilfsantrieb für ein Fahrrad
DE102012109173A1 (de) * 2012-09-27 2014-04-17 Barigo Barometerfabrik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des auf einen um eine Drehachse drehbar antreibbaren Rotationskörper ausgeübten Drehmoments

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3826141A1 (de) * 1987-10-30 1989-06-08 Koyo Seiko Co Drehmoment-sensor
DE10146949A1 (de) 2000-11-22 2002-06-06 Continental Teves Ag & Co Ohg Aktiver Magnetsensor für elektronische Bremssysteme
DE10120580A1 (de) * 2001-04-26 2002-11-07 Siemens Ag Sensor zur Messung eines Drehmomentes an einer rotierenden Welle
DE102004034260B3 (de) * 2004-07-14 2005-12-01 Hirt, Jürgen, Dipl.-Ing. Messanordnung zur Ermittlung von Drehmomenten an Wellen
DE102007062156A1 (de) 2007-12-21 2009-06-25 Schaeffler Kg Tretlager mit Drehmomentsensorik
DE102009025928A1 (de) * 2008-06-06 2009-12-10 General Electric Company Unmittelbare Wellenleistungsmessungen für rotierende Maschinen
DE102011006644A1 (de) * 2011-04-01 2012-10-04 Robert Bosch Gmbh Kurbeltrieb für ein Fahrzeug
DE102011087544A1 (de) 2011-12-01 2013-06-06 Continental Automotive Gmbh Elektrischer Hilfsantrieb für ein Fahrrad
DE102012109173A1 (de) * 2012-09-27 2014-04-17 Barigo Barometerfabrik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des auf einen um eine Drehachse drehbar antreibbaren Rotationskörper ausgeübten Drehmoments

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016201455B3 (de) * 2016-02-01 2017-06-01 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Messeinrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Betriebsparametern an Wellen
DE102017111770A1 (de) * 2017-05-30 2018-12-06 Disco Drives Kirschey Gmbh Antriebseinheit für ein Fahrrad
WO2020064827A1 (de) * 2018-09-25 2020-04-02 Marquardt Gmbh KURBELGETRIEBE MIT EINER KURBELWELLE ZUR VERBINDUNG MIT WENIGSTENS EINER FUß- ODER HANDKURBEL
US12123795B2 (en) 2018-09-25 2024-10-22 Marquardt Gmbh Crank transmission with a crankshaft for connection to at least one foot-operated or hand-operated crank

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2156156B1 (de) Antriebseinrichtung mit einer antriebswelle und einer einrichtung zur erfassung eines drehmoments
EP3020621B1 (de) Sensoranordnung zur Steuerung eines Hilfsmotors sowie Radnabeneinheit mit einer derartigen Sensoranordnung
DE102011120675B4 (de) Getriebeeinheit
DE102012106627B4 (de) Fahrradmotorsteuervorrichtung und Fahrrad
EP1087884B1 (de) Elektrisch unterstützte hilfskraftlenkung für kraftfahrzeuge
EP2748573B1 (de) Tretlager
DE102010031848A1 (de) Tretlager für ein Fahrrad
EP2159547A2 (de) Sensorbaugruppe für einen Drehgeber und mit einer solchen Sensorbaugruppe ausgestatteter Drehgeber
DE10219332A1 (de) Motorunterstütztes Fahrrad
DE102018101911A1 (de) Drehmomenterfassungsanordnung und Getriebeeinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug
DE102009029653B4 (de) Kurbeltrieb für ein Fahrrad
EP2984466A1 (de) Sensorvorrichtung mit einer drehmomentsensoreinrichtung und einer inkrementalsensoreinrichtung und kraftfahrzeug
DE102014207761A1 (de) Drehmomenterfassung mit Differenzwinkelsensor im Tretlager
EP3450200B1 (de) Radnabenübertragungseinheit für eine radnabe eines fahrzeugs, radnabe und hilfsangetriebenes fahrzeug
DE102018116428A1 (de) Tretlager und Fahrrad mit einem solchen Tretlager
DE102010023355A1 (de) Anordnung zur Drehmomentmessung und Fahrrad mit einer solchen Anordnung
EP1312534B1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrades
DE102011084191A1 (de) Lenkanordnung
DE102010050585A1 (de) Tretlagereinheit mit Drehzahlsensor
DE102014210522A1 (de) Drehzahlsensor mit wesentlichem Bauteil als Impulsgeber
DE102013100100B4 (de) Steuereinrichtung für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug
DE102014219595A1 (de) Längsdynamiksteuerung am Pedelec
DE19737568C1 (de) Fahrzeug mit muskelkraftbetätigtem Antrieb
DE19627402C2 (de) Vorrichtung zur Erfassung der Antriebskraft eines durch Muskelkraft betriebenen Geräts
DE102008042402A1 (de) Rotorlagesensorik in einem elektrischen Antriebsmotor

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee