DE102014209024B4 - Vorrichtung zur Messung eines an einer Welle anliegenden Drehmomentes - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Messung eines an einer Welle (3, 20) anliegenden Drehmomentes (M), aufweisend – mindestens eine Kondensatoranordnung, die mindestens zwei Elektroden (1, 2, 29, 40, 41) aufweist, – wobei die Kapazität der mindestens einen Kondensatoranordnung von dem an der Welle (3, 20) anliegenden Drehmoment (M) abhängig ist, – mindestens eine Elektrode (1, 2, 29, 40, 41), die zylinderförmig mit einem ersten Radius (R1) ausgebildet ist, – und mindestens eine weitere Elektrode (1, 2, 29, 40, 41), die zylinderförmig mit einem zweiten Radius (R2) ausgebildet ist, – wobei die Elektroden (1, 2, 29, 40, 41) koaxial ineinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – wobei der Radius (R1, R2) mindestens einer der Elektroden (1, 29, 41) veränderlich ist und wobei die Radiusveränderung (ΔR) der mindestens einen Elektrode (1, 29, 41) von einer Änderung des an der Welle (3, 20) anliegenden Drehmomentes (M) abhängig ist.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines an einer Welle anliegenden Drehmomentes und ein mit dieser Vorrichtung ausgestattetes Fahrrad, insbesondere ein Pedelec oder e-Bike.
• Hintergrund der Erfindung
• Aus dem bisherigen Stand der Technik sind bereits Anordnungen zur Messung eines an einer Welle anliegenden Drehmomentes bekannt. Die DE102011006644 offenbart eine Sensoranordnung zur kapazitiven Bestimmung eines auf die Tretkurbelwelle eines Fahrrads aufgebrachten Drehmomentes. Die Tretkurbelwelle ist ein Teil der Sensoranordnung und weist eine Außenverzahnung auf, deren Zähne auf einer Seite jeweils eine Elektrode aufweisen. Diese sind gegenüberliegend von Elektroden auf Zähnen einer Innenverzahnung angeordnet, die ein Teil einer auf die Tretkurbelwelle aufgepressten Sensorhülse ist.
• Der Zahnabstand und somit die resultierend Kapazität ändern sich in Abhängigkeit des anliegenden Drehmomentes. Zur berührungslosen Messung an der rotierbaren Tretkurbelwelle ist ein die Sensoranordnung umhüllender Kunststoffmantel mit innenseitigen Elektroden eines Koppelkondensators vorgesehen.
• DE102011006637 beschreibt eine ähnliche Anordnung jedoch mit einem Piezoelement an Stelle eines kapazitivem Sensors. Zwischen den Zähnen der Innenverzahnung und denen der Außenverzahnung ist ein Piezoelement angeordnet.
• Aus der US5351555A ist hingegen eine Drehmomentmessung mittels des inversen magnetostriktiven Effektes bekannt. Hierbei wird die Welle oder eine mit der Welle drehfest verbundene Messhülse an mindestens einer Stelle remanent in Umfangsrichtung magnetisiert. Unter Torsion entsteht eine Axialfeldkomponente des Magnetfeldes, die Rückschlüsse auf das verursachende Drehmoment zulässt. Die Messung unter Nutzung des magnetostriktiven Effektes reagiert jedoch störanfällig auf parasitäre Magnetfelder.
• Die DE 102009025928 A1 offenbart eine unmittelbare Wellenleistungsmessung rotierender Maschinen mit einem für die Welle eingerichteten magnetischen Codiersystem.
• Die DE 102004034260 B3 beschreibt eine Messanordnung zur Ermittlung von Drehmomenten an Wellen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine kostengünstige und störunanfällige Vorrichtung zur Messung eines an einer Welle anliegenden Drehmomentes zu schaffen.
• Beschreibung der Erfindung
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Messung eines an einer Welle anliegenden Drehmomentes gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein mit dieser Vorrichtung ausgestattetes Fahrrad wird durch Anspruch 11 unter Schutz gestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Messung eines an einer Welle anliegenden Drehmomentes vorgesehen und weist mindestens eine Kondensatoranordnung auf, die wiederum mindestens zwei Elektroden aufweist, wobei die Kapazität der mindestens einen Kondensatoranordnung von dem an der Welle anliegenden Drehmoment abhängig ist. Die Erfindung kennzeichnend ist, dass mindestens eine Elektrode zylinderförmig mit einem ersten Radius ausgebildet ist und mindestens eine weitere Elektrode zylinderförmig mit einem zweiten Radius ausgebildet ist, wobei die Elektroden koaxial ineinander angeordnet sind, wobei der Radius mindestens einer der Elektroden veränderlich ist und wobei die Radiusveränderung der mindestens einen Elektrode von einer Änderung des an der Welle anliegenden Drehmomentes abhängig ist.
• Die Welle ist dabei rotierbar und entlang ihrer Wellenachse drehgelagert. Sobald das Drehmoment auf die Welle wirkt, wird die Welle verdreht. Die Verdrehung beginnt an jener Stelle, an der dieses Drehmoment eingeleitet wird (Diese Stelle wird fortan als Momenteneinleitungsort bezeichnet). Da die Welle keine unendlich hohe Verdrehsteifigkeit aufweist, wird die Welle unter Anliegen dieses Drehmomentes nicht nur rotiert, sondern auch zu einem gewissen Anteil verdreht (tordiert). Diese Verdrehung (Torsion) ist abhängig von Betrag und Richtung des Drehmomentes (M), vom Schubmodul (G) des Wellenwerkstoffes, von dem Trägheitsmoment des Wellenquerschnittes (Ip) und von dem axialen Abstand (a) zwischen Lagerstelle der Welle und dem Momenteneinleitungsort. Unter dem anliegenden Drehmoment (M) erfährt die Welle eine Verdrehung (Torsion) um beispielsweise den Winkel φ. Erfindungsgemäß wird durch die Verdrehung (Torsion) der Welle infolge des Drehmomentes M eine Veränderung mindestens eines Radius bewirkt und infolgedessen eine messbare Veränderung ΔC der gesamten Kondensatorkapazität C bewirkt.
• Beispielhaft sei Folgendes zugrunde gelegt:
  Der äußere Radius der ersten Elektrode sei R₁, der innere Radius der zweiten Elektrode R₂, wobei gilt: R₂ > R₁. Die Kondensatorkapazität C lässt sich beispielsweise in Analogie zu einem Koaxialkabel nach folgender Gleichung unter Vernachlässigung von Randeffekten näherungsweise bestimmen zu:

  

  wobei a der axialen Länge der gleich langen Elektroden entspricht.
• Mit der Gleichung R₁ → R₁* = R₁ + ΔR₁, wobei R₁ der Radius vor der Radiusänderung ΔR₁, ist, folgt:

  

  Es resultiert:

  
• Die Sensitivität der Kondensatoranordnung ergibt sich dann zu:

  
• Eine leitfähige Elektrode der Kondensatoranordnung kann beispielsweise auf einfache Weise mittels Aufbringung einer Metallisierung auf eine Hülse aus einem nichtleitfähigen Material erzeugt werden.
• Für beispielsweise R₁ = 0,02 m und R₂ = 0,021 m, ergibt sich die in 4 gezeigte Kennlinie der Kondensatoranordnung, die exemplarisch die Abhängigkeit der Änderungen der Kondensatorkapazität ΔC von der Radiusänderung ΔR aufzeigt. Je größer der Betrag dieser Radiusänderung ΔR ist, desto größer ist auch der Betrag der Kapazitätsänderung ΔC der Kondensatoranordnung. Zwischen den Elektroden ist ein Ringraum vorgesehen, der Luft, ein Gas oder ein anderes dielektrisches Material aufweisen kann. Zur Messung der erfindungsgemäßen Kondensatorkapazität C können gängige Messverfahren wie Brückenschaltung, Bestimmung der Zeitkonstante τ = √RC, Bestimmung der Resonanzfrequenz in einem LC-Schwingkreis, Messbrückenschaltung etc. angewendet werden.
• Es handelt sich bei 4 um die Kennlinie einer Kondensatoranordnung, die resultiert wenn die folgenden Wertegrößen verwendet werden: a = 0,05 m, R₁ = 0,02 m, R₂ = 0,021 m. Dort hat bereits eine relative Radiusänderung von ΔR = 0,5 Prozent eine Kapazitätsänderung von etwa ΔC = 10 Prozent zur Folge. Diese Kondensatoranordnung weist eine Kondensatorkapazität von circa C = 57 pF auf. Diese verhältnismäßig hohe Kapazität führt vorteilhafterweise zu einer sehr geringen Störanfälligkeit der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung.
• Diese geringe Störanfälligkeit ist beispielsweise besonders vorteilhaft gegenüber der kapazitiven Sensoranordnung aus der DE 102011006644 .
• In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ein Getriebe mit Getriebebauteilen auf, wobei ein erstes Getriebebauteil drehfest mit einem ersten Wellenende und ein zweites Getriebebauteil drehfest mit einem gegenüberliegenden zweiten Wellenende verbunden ist. Diese Getriebebauteile sind dazu eingerichtet, eine Relativverdrehung der beiden Wellenenden der eingangs genannten Welle in eine radiale Auslenkung der mindestens einen radiusveränderlichen Elektrode zu überführen. Die drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch punktweise Anschweißung oder Lötung des Getriebebauteile an dem Wellenende ausgeführt sein, wodurch sehr wenig oder keine Verbindungselemente benötigt werden und die Verbindungsstelle raumsparend ausführbar ist.
• In einer bevorzugten Ausgestaltungsform kann das zweite Getriebebauteil das erste Getriebebauteil radial umfassen und die radiusveränderliche Elektrode kann an dem zweiten Getriebebauteil angeordnet sein.
• Die beiden Getriebebauteile können mittels zwei oder mehr Koppelteilen gegeneinander verlagerbar sein, wobei je ein Koppelteil mittels je eines Kipplagers an zueinander radial beabstandeten Lagerflächen der beiden Getriebebauteile kippbeweglich gelagert ist.
• Vorzugsweise ist in dieser als Koppelgetriebe ausgestalteten Ausführungsform die radiusveränderliche Elektrode gegenüber einer gegenüberliegenden, gestellfesten, Elektrode angeordnet und gegen äußere Einflüsse und mechanische Stöße geschützt. Es handelt sich bei dieser Ausgestaltungsform folglich um eine vorteilhaft gekapselte Ausführungsform. Die Kapselung erfolgt durch die radial äußere Elektrode. Eine solche gekapselte Anordnung wirkt sich vorteilhaft auf die Standzeit oder Lebensdauer des Getriebes aus, da die innen liegende Elektrode vor externen Einflüssen gut geschützt ist.
• In einer alternativen Ausgestaltungsform weist das Getriebe mindestens ein formveränderliches und volumenkonstantes Kissen auf, das unter der Relativverdrehung der Welle um die Wellenachse eine axiale und radiale Formveränderung erfährt und dadurch die Radiusveränderung der mindestens einen radiusveränderlichen Elektrode bewirkt.
• Eine erste Variante dieser alternativen Ausgestaltungsform ist dadurch charakterisiert, dass das Getriebe mehrere umfangsseitig benachbarte Rippen aufweist, wobei wenigstens eine erste Rippe an dem ersten Getriebebauteil und mindestens eine zweite Rippe an dem zweiten Getriebebauteil angeordnet sind, wobei je ein Kissen umfangsseitig zwischen der ersten und zweiten Rippe angeordnet ist.
• Wird beispielsweise auf die Welle ein Drehmoment aufgebracht und die eingangs genannte Verdrehung (Torsion) der Welle initiiert, so werden jeweils zwei Rippen infolge der Relativverdrehung der Wellenenden in Umfangsrichtung aufeinander zu bewegt, wobei das Kissen zwischen den Rippen zusammengepresst wird. Da das Kissen volumenkonstant ausgeführt ist, führt diese Zusammenpressung zu einer Ausdehnung des Kissens in radialer Richtung. Eine Elektrode, die auf dem radialen Umfang des Kissens angebracht ist, erfährt auf geräuscharme Weise eine Auslenkung in dieser radialen Richtung.
• In einer zweiten Variante ist das Kissen hohlzylindrisch ausgebildet und ringförmig um die Welle angeordnet. Es ist an seinem ersten axialen Ende an dem zweiten Getriebebauteil und an seinem zweiten, dem ersten gegenüberliegenden axialen Ende an dem ersten Getriebebauteil abgestützt, wobei die beiden Getriebebauteile unter Relativverdrehung der Welle um die Wellenachse derart zueinander verlagert werden, dass das Kissen eine Längenänderung in axialer Richtung erfährt. Eine Elektrode, die auf dem radialen Umfang des Kissens angebracht ist, erfährt auch in dieser zweiten Variante eine Auslenkung in der radialen Richtung.
• In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform ist das Getriebe ein Kurvenbahngetriebe, wobei das zweite Getriebebauteil das erste Getriebebauteil radial umfasst und die radiusveränderliche Elektrode an dem zweiten Getriebebauteil angeordnet ist. Das Kurvenbahngetriebe weist zwei einander zugewandte Kurvenbahnen auf.
• Die Ausstattung zweier Reibflächen der beiden Getriebebauteile mit Kurvenbahnen ist vorteilhaft das sie eine stetige, kontinuierliche Verstellung des Radius der radiusveränderlichen Elektrode gestattet und infolge dessen im Inneren des Getriebes keine abrupten, stoßenden oder schlagenden Bewegungen auftreten können. Auch diese Konstruktionsvorschrift sorgt für eine hohe Lebensdauer des Getriebes.
• Eine spezielle Konstruktion dieser Ausgestaltungsform sieht beispielsweise vor, dass das erste Getriebebauteil eine Kurvenbahn elliptischen Querschnitts aufweist und das zweite Getriebebauteil durch mehrere umfangsseitig einander benachbarte Kurvenbahnteile gebildet ist, die eine Kurvenbahn komplementären Querschnitts aufweisen. Vorzugsweise ist in einer derartigen Konstruktion die radiusveränderliche Elektrode bezogen auf eine gegenüberliegende, gestellfeste, Elektrode radial innen liegend angeordnet und somit ebenfalls gegen äußere Einflüsse und mechanische Stöße geschützt.
• Eine grundsätzliche Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kondensatoranordnung wenigstens zwei in Serie geschaltete Zylinderkondensatoren mit jeweils zwei koaxial ineinander angeordneten Elektroden aufweist. Jeder der Zylinderkondensatoren weist eine innere und eine äußere Elektrode auf, wobei jede der äußeren Elektroden einen Messkontakt zur Kontaktierung einer Messeinrichtung aufweist. Diese Messeinrichtung liegt idealerweise radial außerhalb der äußeren Elektroden.
• An diesen Messkontakten der äußeren Elektroden kann vorzugsweise ein Spannungsmessgerät (als Messeinrichtung) angeschlossen sein. Dieses Spannungsmessgerät kann den Spannungsabfall über beide in Serie geschalteten Zylinderkondensatoren erfassen. Die Serienschaltung ergibt sich dadurch, dass die jeweils radial innen liegenden Elektroden über eine galvanische Verbindung miteinander elektrisch gekoppelt sind. Diese galvanische Verbindung kann ein einfacher, leitender Draht sein. Die beiden inneren Elektroden können auch in Form einer axial durchgehenden Metallisierung realisiert werden. Der Abgriff des Spannungsabfalls über der Serienschaltung erfolgt an den beiden äußeren Elektroden.
• Zusammenfassend gesagt kann durch diese grundsätzliche Ausgestaltungsform der Erfindung der Vorteil erreicht werden, dass der Spannungsabfall gemessen werden kann, ohne dass ein Spannungsabgriff an einer rotierenden inneren Elektrode eines der Zylinderkondensatoren nötig ist. Es können folglich Schleifringe oder ähnliche mechanische Kontaktierungsmittel eingespart werden.
• Eine spezielle Verwendung der Vorrichtung zur Messung eines an einer Welle anliegenden Drehmomentes sieht den Einsatz in einem Fahrrad, insbesondere in einem Pedelec oder e-Bike, aufweisend eine Tretlagereinheit mit einer Tretlagerwelle, vor. Die Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlagerwelle durch die Welle gebildet ist. Dadurch kann auf kostengünstige und störunanfällige Weise das Drehmomentes an der Tretlagerwelle gemessen werden.
• Die Vorteile bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung eines an einer Welle anliegenden Drehmomentes liegen in Kosteneinsparungen aufgrund des einfachen Vorrichtungsaufbaus und in einer verhältnismäßig hohen Kapazität der Kondensatoranordnung, die vorteilhafterweise zu einer stark verminderten Störanfälligkeit führt.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen schematisch und beispielhaft:
• 1 ein Schema einer von zwei Elektroden umgebenen Welle;
• 2 ein Schema der Welle aus 1, wobei die Elektroden jeweils zweigeteilt und in Serie geschaltet sind;
• 3 eine Prinzipskizze zu 1, die einen Verdrehwinkel einer Welle infolge eines an der Welle anliegenden Drehmomentes anschaulich darstellt;
• 4 ein Diagramm zeigend die Abhängigkeit einer Kapazitätsänderung von einer Radiusänderung;
• 5 eine Ausführungsform eines Getriebes als Koppelgetriebe, das eine Verdrehung (Torsion) einer Welle in eine radiale Auslenkung einer Elektrode umwandelt;
• 6 eine weitere Ausführungsform eines Getriebes mit mehreren Kissen, die eine Verdrehung einer Welle in eine radiale Auslenkung einer Elektrode umwandeln;
• 7 eine Einzelheit aus 6;
• 8 die Einzelheit nach 7 in einem Längsschnitt;
• 9 eine alternative Ausführungsform eines Getriebes mit einem hohlzylindrischen Kissen, das eine Verdrehung (Torsion) einer Welle in eine radiale Auslenkung einer Elektrode umwandelt;
• 10 eine Einzelheit aus der Ausführungsform von 9;
• 11 die Einzelheit nach 10 in einer Seitendarstellung;
• 12 eine weitere Ausführungsform eines Getriebes als Kurvenbahngetriebe, das eine Verdrehung (Torsion) einer Welle in eine radiale Auslenkung einer Elektrode umwandelt;
• 13 die Ausführungsform nach 12 in einer radial geschnittenen Darstellung.
• Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt ein Schema einer von zwei Elektroden 1, 2 umgebenen Welle 3:
  Die Welle 3 ist rotierbar um die Wellenachse 35. Die Welle ist als Vollwelle ausgestaltet und um diese Wellenachse 35 drehgelagert (Drehlagerung nicht dargestellt). Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Messung eines an der Welle 3 anliegenden Drehmomentes M ausgebildet und weist mindestens eine Kondensatoranordnung, bestehend aus den beiden Elektroden 1, 2. Beide Elektroden 1, 2 sind zylinderförmig ausgebildet und koaxial ineinander angeordnet. Sie weisen die Länge a auf. Die Gesamtkapazität C dieser Kondensatoranordnung ist von diesem Drehmoment M abhängig. Der Außendurchmesser der ersten Elektrode sei R₁, der Innendurchmesser der zweiten Elektrode sei R₂, wobei gilt: R₂ > R₁. Das Ausführungsbeispiel sieht im Sinne der Erfindung eine Kopplung der ersten Elektrode 1 mit der Welle 3 über ein Getriebe 4 derart vor, dass eine Verdrehung der Welle 3 eine Veränderung des Radius R₁ bewirkt und somit eine messbare Veränderung der gesamten Kondensatorkapazität C.
• Diese Messung erfolgt durch das schematisch angedeutete Spannungsmessgerät gegen Masse. Vorteilhafterweise kann die Kontaktierung aber über einen auf die Welle 3 an einem axialen Ende zentral wirkenden Kontaktstift (nicht abgebildet) erfolgen, wenn eine leitende Verbindung von der Welle 3 zur ersten Elektrode 1 vorgesehen wird. Die Radiusänderung der Elektrode 1 wird dadurch bewirkt, dass die erste Elektrode 1 in radialer Richtung auslenkbar ist und von dem Getriebe 4 gehaltert wird, wobei das Getriebe 4 die Verdrehung (Torsion) der Welle 3 in eine Radiusänderung der Elektrode übersetzt. Das Getriebe 4 ist folglich geeignet, den Radius R₁ der ersten Elektrode 1 gegenüber der Welle 3 und damit auch den für die Kapazität maßgeblichen Abstand zur zweiten Elektrode 2 in Abhängigkeit einer Verdrehung (Torsion) der Welle 3 zu variieren bzw. einzustellen. Die Radiusvariation des Radius R₁ wirkt sich über die gesamte Länge a aus, wie durch doppelseitige Pfeile schematisch dargestellt ist. Die erste Elektrode 1 ist gegenüber der zweiten Elektrode 2 rotierbar ausgestaltet. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch dreht sich die Elektrode 1 gegenüber der Elektrode 2.
• 2 zeigt das Schema aus 1, wobei die Elektroden jeweils zweigeteilt sind und wie folgt beschrieben in Serie geschaltet sind:
  Die hier gezeigte Anordnung erlaubt entgegen dem Schema aus 1 eine Messung der Kondensatorkapazität C ohne jegliche galvanische Verbindung zu rotierenden Teilen. Hier sind zwei Zylinderkondensatoren C1, C2 (innerhalb gestrichelter Umrandung angedeutet) vorgesehen, wobei die beiden inneren Elektroden dieser Zylinderkondensatoren C1, C2 über eine leitfähige Kopplung 60 miteinander galvanisch verbunden sind, die schematisch durch einen Draht 60 angedeutet ist. Es ergibt sich somit eine Reihenschaltung zweier Zylinderkondensatoren C1, C2 mit jeweils veränderlicher Kapazität, wobei jeder einzelne Zylinderkondensator im Vergleich zu 1 aufgrund seiner nunmehr verminderten Längenausdehnung eine geringere Kapazität aufweist.
• 3 zeigt eine Prinzipskizze zum Schema aus 1, die einen Verdrehwinkel φ einer Welle 20 infolge eines Drehmomentes M anschaulich darstellt:
  Dargestellt ist lediglich ein stark vereinfachter Ausschnitt der Welle 20, und zwar deren axiale Erstreckung a zwischen zwei Wellenenden A und B. Bei verdrehfreier (torsionsfreier) Welle 20 liegen deren Wellenenden A, B in einer gemeinsamen Ebene, in der auch die Wellenachse 35 liegt. Unter Verdrehung (Torsion) verdreht sich ein Punkt am Momenteinleitungsort, dem Wellendende B, um den Verdrehwinkel φ auf den relativ verdrehten Ort B_t. Diese Verdrehung (Torsion) ist abhängig von Betrag und Richtung des Drehmomentes M, vom Schubmodul G des Wellenwerkstoffes, von dem Trägheitsmoment Ip des Wellenquerschnittes und von dem axialen Abstand a zwischen Lagerstelle der Welle und dem Momenteneinleitungsort. Unter dem anliegenden Drehmoment M erfährt die Welle eine Verdrehung (Torsion) um beispielsweise den Winkel φ, wobei folgende Formel gilt: φ = M·a / G·Ip·180°/π, mit Ip = π·d⁴/64.
• Der Schubmodul G für Stahl beträgt beispielsweise etwa 80 N/mm². Für eine relativ geringe Verdrehbelastung beträgt das mittlere Drehmoment beispielsweise etwa M = 50 Nm. Dieses Drehmoment M entspricht, bezogen auf einen möglichen Anwendungsfall der Welle 20 als eine Fahrrad-Tretlagerwelle, beispielsweise einer Fußkraft am Pedal einer Fahrrad-Tretkurbel von etwa 300 N. Bei einer angenommenen durchschnittlichen Pedallänge von etwa 0,17 m, entspricht dies folglich in etwa einem Gewicht von 30 kg.
• Für die Fahrrad-Tretkurbel wird beispielhaft eine zylindrische Vollwelle 20 angenommen, die bei einem Durchmesser d = 15 mm ein Trägheitsmoment Ip von etwa 2.500 mm⁴, bei einem Durchmesser d = 12 mm ein Trägheitsmoment Ip von etwa 1.000 mm⁴ und bei einem Durchmesser d = 10 mm ein Trägheitsmoment von Ip ungefähr 500 mm⁴ aufweist. Für eine d = 15 mm durchmessende Welle 20 beträgt der Verdrehwinkel φ unter Anwendung der vorgenannten Formel etwa 0,7 Grad, für eine Welle 20 mit Durchmesser d = 12 mm beträgt der Verdrehwinkel φ circa 1,8 Grad; und für eine Welle 20 mit einem Durchmesser von d = 10 mm beträgt beispielsweise der Verdrehwinkel φ etwa 3,6 Grad.
• Bei beispielsweise dem zweifachen Drehmoment resultiert bei Anwendung der vorgenannten Formel folglich der zweifache Verdrehwinkel φ. Eine Durchmesseränderung der Welle 20 wirkt hingegen mit der vierten Potenz auf das Trägheitsmoment Ip ein. Ein hoher Verdrehwinkel φ kann folglich bereits bei einer vergleichsweise geringfügigen Reduzierung des Durchmessers der Welle 20 erzielt werden. Die Welle kann daher vorzugsweise einen relativ geringen Durchmesser aufweisen, der beispielsweise weniger als ein Zehntel der axialen Wellenlänge entspricht. Die Welle 20 kann auch als Hohlwelle ausgeführt sein, die gegenüber einer Vollwelle mit gleichem Außendurchmesser ein noch geringeres Trägheitsmoment Ip aufweist.
• 4 beschreibt schematisch ein Diagramm, zeigend die Abhängigkeit einer Kapazitätsänderung ΔC/C von einer Radiusänderung ΔR/R. Je größer der Betrag der Radiusänderung ΔR zwischen den Elektroden 1, 2 ist, desto größer ist auch der Betrag der Kapazitätsänderung ΔC der Kondensatoranordnung. Details zur 4 wurden oben bereits beschrieben.
• In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Figuren 5 bis 13 sind Ausführungsbeispiele für Getriebe 4 beschrieben. Diese Getriebe können konstruktiv so ausgelegt werden, so dass bei einer Verdrehung von etwa φ = 1 Grad eine radiale Auslenkung E der radiusveränderlichen Elektrode von beispielsweise 0,1 mm erzielt wird.
• 5 zeigt eine Ausführungsform eines Getriebes 5 als Koppelgetriebe 12, das eine Verdrehung (Torsion) einer Hohlwelle 20 um den Verdrehwinkel φ in eine radiale Auslenkung E der radiusveränderlichen Elektrode 29 umwandelt:
  Hier ist ein Zylinderkondensator in einem Ringraum angeordnet, wobei der Ringraum eine variable radiale Breite s aufweist und von einem inneren, durchmesserveränderlichen, Getriebebauteil 17 und einem radial außen angeordneten, gestellfesten, Getriebebauteil 26 begrenzt ist. Die radiusveränderlichen Elektrode 29 ist am Außenumfang des durchmesserveränderlichen Getriebebauteils 17 angeordnet. Die Außenelektrode 40 hingegen ist gestellfest am Innenumfang des äußeren, gestellfesten, Getriebebauteils 26 angeordnet. Eine Vielzahl von identisch geformten Koppelteilen 13 ist in einem von dem radial zwischen den Getriebebauteilen angeordneten Ringraum 16 angeordnet. Diese Koppelteile 13 sind weitestgehend biegesteif ausgeführt und einerseits an einem inneren Getriebebauteil 19 und andererseits an dem durchmesserveränderlichen Getriebebauteil 17 kippbeweglich so gelagert, dass sich mit der Verdrehung des inneren Getriebebauteils 19 um den Verdrehwinkel φ die Richtung der stabförmigen Koppelteilen 13 im Raum um eben denselben Verdrehwinkel φ ändert. Einige dieser Koppelteile können als weitgehend biegestarre, flache, Scheiben 21 ausgeführt sein. Die Koppelteile 13, 21 weisen gegenüberliegende Kipplager 24, 25 auf, die mit Lagerflächen 22, 23 gekoppelt sind, wobei diese Lagerflächen 22, 23 ringförmige Oberflächen der Getriebebauteile 19, 17 sind.
• Funktionsweise:
• Diese beiden Getriebebauteile 17, 19 sind ineinander und koaxial um die Wellenasche 35 herum angeordnet und lassen sich relativ zueinander verdrehen. Sie sind zwar beide drehfest mit der Welle 20 verbunden, jedoch an jeweils gegenüberliegenden Wellenenden (nicht dargestellt). Diese Wellenenden (nicht dargestellt) sind voneinander über die Länge a beabstandet (nicht dargestellt). Bei Aufbringung eines Drehmomentes M auf die Hohlwelle 20 verdrehen die Getriebebauteile 17, 19 an den Wellenenden (nicht dargestellt) in der nach 3 beschriebenen Weise zueinander.
• Da die Koppelteile 13 zwar an beiden Getriebebauteilen 17, 19 kippbeweglich gelagert sind, aber eine nicht variable Länge aufweisen, werden alle Koppelteile 13 mit Verdrehung (Torsion) der Getriebebauteile 17, 19 bezüglich ihrer Richtung im Ringraum 16 in gleicher Weise um eben denselben Verdrehwinkel φ verlagert. Das durchmesserveränderliche Getriebebauteil 17 wird infolge dieser Verlagerung der Koppelteile 13 in Umfangsrichtung gedehnt oder gestaucht – je nach Drehrichtung des wirkenden Drehmomentes M. Diese Dehnung oder Stauchung ist als radiale Auslenkung E über die Radiusänderung ΔR messtechnisch erfassbar.
• Die Getriebebauteile 17 und 26 können als Trägerhülsen verstanden werden, an denen die Elektroden 29, 40 angeordnet sind. Das durchmesserveränderliche Getriebebauteil 17 ist aus Metall, Kunststoff oder einem Hybridwerkstoff gebildet, wobei durch geeignete Formgebung eine elastische radiale Auslenkbarkeit E des durchmesserveränderlichen Getriebebauteils 17 sichergestellt ist. Im Ausführungsbeispiel nach 5 ist es mit Schlitzen 12 zur Ermöglichung einer mechanischen Dehnung oder Stauchung des Getriebebauteils 17 versehen, wobei beispielhaft lediglich zwei Schlitze 12 angedeutet sind.
• 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Getriebes 6, darstellend mehrere Kissen 50, die dazu ausgelegt sind, eine Verdrehung (Torsion) einer (Hohl-)Welle 20 um den Verdrehwinkel φ in eine radiale Auslenkung E einer radiusveränderlichen Elektrode 29 umzuwandeln:
  Dargestellt ist eine hydraulische Betätigung eines durchmesserveränderlichen Getriebebauteils 27, das aus vier umfangsseitig nebeneinander angeordneten Ring-Segmenten zusammengesetzt ist. Das durchmesserveränderliche Getriebebauteil 27 kann als eine mehrteilige Stellhülse 27 verstanden werden. Am Außenumfang dessen sind radiusveränderliche Elektroden 29 angeordnet, von denen lediglich zwei beispielhaft angedeutet sind. Unter der Verdrehung der Hohlwelle 20 um die Wellenachse 35 erfahren die Kissen 50 eine Formveränderung.
• Ein drehfest mit dieser Welle 20 verbundenes äußeres Getriebebauteil (nicht abgebildet) umgibt das durchmesserveränderliche Getriebebauteil 27 radial und schützt es dadurch vor äußeren Einflüssen. Das durchmesserveränderliche Getriebebauteil 27 ist koaxial zu einem innen liegenden Getriebebauteil 28 angeordnet. Letzteres kann als Innenhülse 28 verstanden werden.
• Funktionsweise:
• Die Funktionsweise ist zunächst analog zur Figurenbeschreibung zu 5: Die Innenhülse 28 und die mehrteilige Stellhülse 27 sind ineinander und koaxial um die Wellenasche 35 herum angeordnet und lassen sich relativ zueinander verdrehen. Sie sind zwar beide drehfest mit der Welle 20 verbunden, jedoch an jeweils gegenüberliegenden Wellenenden (nicht dargestellt). Diese Wellenenden (nicht dargestellt) sind voneinander über die Länge a beabstandet (nicht dargestellt). Je größer der axiale Abstand a zwischen den jeweils gegenüberliegenden Wellenenden (nicht dargestellt) ist, desto größer ist der Verdrehwinkel φ, den die Welle 20 unter einem anliegenden Drehmoment M erfährt.
• Die mehrteilige Stellhülse 27 ist an ihrem Innenumfang mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Rippen 30 versehen, die sternförmig um die Wellenachse 35 der Welle 20 herum angeordnet sind. Jedem der Segmente der mehrteilige Stellhülse 27 ist eine Rippe 30 zugeordnet. Die Innenhülse 28 ist an ihrem Außenumfang mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Rippen 31 versehen, die ebenfalls sternförmig um die Wellenachse 35 der Welle 20 herum angeordnet sind. Diese Rippen 30, 31 überlappen einander in radialer Richtung und begrenzen paarweise in Umfangsrichtung mehrere Hohlräume 32. Diese Hohlräume 32 sind radial von der mehrteiligen Stellhülse 27 begrenzt. In den Hohlräumen 32 sind die Kissen 50 angeordnet, die mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt sind. Diese Kissen 50 weisen einen flüssigkeitsdichten und biegeschlaffen Mantel 42 auf, so dass diese Kissen 50 ihre Gestalt bei annähernd gleichbleibendem Volumen ändern können. Unter dem Verdrehwinkel φ werden die Kissen zwischen den Rippen 30, 31 entweder radial zusammengequetscht oder in Umfangsrichtung auseinandergezogen – je nach Drehrichtung des wirkenden Drehmomentes M. Die mehrteilige Stellhülse 27 wird infolge der Formveränderung dieser Kissen 50 entweder in radialer Richtung aufgeweitet oder zusammengezogen – ebenfalls je nach Drehrichtung des wirkenden Drehmomentes M. Diese radiale Aufweitung oder Zusammenziehung ist als radiale Auslenkung E über die Radiusänderung ΔR messtechnisch erfassbar. Im Ausführungsbeispiel nach 6 ist die mehrteilige Stellhülse 27 mit Überlappungsbereichen K zur Ermöglichung der Aufweitung oder Zusammenziehung versehen, wobei beispielhaft nur vier Überlappungsbereiche angedeutet sind.
• Eines der Segmente der mehrteiligen Stellhülse 27 aus 6 ist in 7 abgebildet. 7 zeigt eine Einzelheit aus 6. 8 zeigt die Einzelheit nach 7 lediglich in einem Längsschnitt:
  Um die radiale Auslenkung E der mehrteiligen Stellhülse 27 zu ermöglichen, ist ein weiteres Getriebebauteil 33 vorgesehen, dass als Radialsteg 33 verstanden werden kann. Dieser Radialsteg 33 ist wellenförmig geformt dünnwandig. Er kann in den Umfangsrichtungen schmal sein und fungiert zur einwandfreien Positionierung der Ring-Segmente der mehrteiligen Stellhülse 27. Der Radialsteg 33 weist federelastische Eigenschaften auf, so dass bei Entfall des Drehmomentes M eine Rückstellung der mehrteiligen Stellhülse 27 in eine (lastfreie) Ausgangsposition gewährleistet ist.
• In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Figuren 9 bis 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer hydraulischen Betätigung eines durchmesserveränderlichen und hohlzylindrischen Kissens 34 beschrieben.
• 9 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Getriebes 7. Ein hohlzylindrisches Kissen 34 ist, analog zu 6, dazu ausgelegt, eine Verdrehung (Torsion) einer Welle 20 um den Verdrehwinkel φ in eine radiale Auslenkung E einer Elektrode 41 umzuwandeln:
  Hier ist das Kissen 34 ringförmig um die Welle 20 angeordnet. An seinem ersten axialen Ende ist dieses Kissen 34 an dem ersten Getriebebauteil 43 abgestützt. An seinem zweiten, dem ersten gegenüberliegenden, axialen Ende ist das Kissen 34 hingegen an dem ersten Getriebebauteil 36 abgestützt. Dieses zweite Getriebebauteil 36 ist starr ausgeführt und an einem Ende der Welle 20 mit dieser Welle drehfest verbunden. Dieses zweite Getriebebauteil 36 kann als starre Außenhülse 36 bezeichnet werden. Das erste Getriebebauteil 43, welches von dem zweite Getriebebauteil 36 durch die Länge a axial beabsdtandet ist, kann als Ring 43 bezeichnet werden. Das Kissen 34 begrenzt gemeinsam mit der starren Außenhülse 36 einen Ringraum 39 eines Zylinderkondensators. Der Ringraum 39 wird in axialer Richtung von einem Axialkolben 80 begrenzt.
• Funktionsweise:
• Die starre Außenhülse 36 und der Ring 43 sind um die Wellenasche 35 herum angeordnet. Unter Verdrehung (Torsion) der Welle 20 um die Wellenachse 35 mit dem Verdrehwinkel φ werden die beiden Getriebebauteile 36, 43 derart zueinander verlagert, dass das Kissen 34 in axialer Richtung gestaucht wird. Aufgrund der Volumenkonstanz des Kissens 34 wird diese axiale Stauchung unter Einwirkung eines sich mit der Verdrehung (Torsion) der Welle 20 axial verschiebenden Axialkolbens 80 in eine radiale Aufweitung umgewandelt. Als Folge nimmt der Durchmesser des Kissens 34 zu. Diese Zunahme des Durchmessers ist als radiale Auslenkung E der Elektrode 41 über die Radiusänderung ΔR messtechnisch erfassbar.
• Am Innenumfang der starren Außenhülse 36 sind gestellfeste Elektroden 40 angeordnet. Radial gegenüberliegend, d. h. am Außenumfang des Kissens 34, sind radiusveränderliche Elektroden 41 angeordnet. Das Kissen 34 weist einen elektrisch leitfähigen Mantel auf, der biegeschlaff ausgeführt ist, der jedoch mit Längsversteifungen (nicht abgebildet) versehen ist, welche dem Kissen 34 eine zylindrische Gestalt geben. Das Kissen 34 ist ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel nach 6 ff mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt und kann seine Gestalt unter annähernder Beibehaltung seines Volumens verändern.
• 10 und 11 zeigen jeweils eine Einzelheit aus der Ausführungsform nach 9, und zwar den Axialkolben 80. Diese beiden Figuren beschreiben den bei Verdrehung (Torsion) der Welle 20 auf das Kissen 34 einwirkenden Mechanismus genauer. 10 und 11 zeigt den isolierten Axialkolben 80, in Draufsicht (10) und Seitenansicht (11):
• Funktionsweise:
• Dieser Axialkolben 80 ist durch zwei axial hintereinander angeordnete Getriebebauteile 43, 44 gebildet, die fortan als Ringe 43, 44 bezeichnet werden. Diese Ringe 43, 44 sind an ihren einander zugewandten Stirnflächen mit umfangsseitig hintereinander angeordneten Rampen 45, 46 versehen. An beiden axialen Enden der starren Außenhülse 36 sind Radialborde ausgebildet. Der erste Radialbord ist an seinem Innenumfang drehfest mit der Welle 20 befestigt. Der axial gegenüberliegende Radialbord 37 ist an seinem Innenumfang freibleibend. Der Ring 43 ist drehfest, aber axial verschieblich auf der Welle 20 befestigt. Der Ring 44 ist an dem freibleibenden Radialbord 37 der Außenhülse 36 befestigt. Aufgrund der vorgenannten Befestigungen verdrehen sich die Ringe 43, 44 relativ zueinander um die Wellenachse 35, sobald eine Verdrehung (Torsion) der Welle 20 infolge eines Drehmomentes M erfolgt.
• Unter dieser Relativverdrehung der beiden Ringe 43, 44 zueinander gleiten die Rampen 45 des einen Ringes 44 an den Rampen 46 des anderen Ringes 43 entlang, so dass der axiale Abstand zwischen den voneinander abgewandten Stirnflächen der beiden Ringe 43, 44 größer wird. Unter dieser Gleitbewegung verschiebt sich der Ring 43 axial derart, dass die Ausdehnung des Kissens 34 in axialer Richtung verkleinert wird. Da das Kissen 34 zwar seine Gestalt, nicht aber sein Volumen verändern kann, drückt das verdrängte Volumen nach radial außen, so dass sich der Mantel 42 dehnt und einen größeren Außendurchmesser annimmt. Demzufolge ändert sich der radiale Abstand zwischen den Elektroden 40, 41 des Zylinderkondensators und folglich ändert sich dessen Kapazität C.
• 12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Getriebes als Kurvenbahngetriebe 8, das eine Verdrehung (Torsion) einer Welle 20 um den Verdrehwinkel φ in eine radiale Auslenkung E einer Elektrode umwandelt. 13 zeigt die Ausführungsform nach 12, lediglich zwecks besserem Verständnis, in einer radial geschnittenen Darstellung. 12 zeigt einen Längsschnitt durch dieses Kurvenbahngetriebe 8:
  Das Kurvenbahngetriebe 8 weist ein erstes Getriebebauteil 220 und ein zweites Getriebebauteil 330 auf, wobei das erste Getriebebauteil 220 nachfolgend als Kurvenbahnhülse 220 bezeichnet wird und radial von dem zweiten Getriebebauteil 330, welches nachfolgend als Stellhülse 330 bezeichnet wird, umfasst wird. Die Kurvenbahnhülse 220 und die Stellhülse 330 sind folglich ineinander angeordnet. Dieses Kurvenbahngetriebe 8 weist zwei einander zugewandte Kurvenbahnen 100, 440 elliptischem Querschnitts auf. Die radial innen liegende Kurvenbahn 440 ist in die Kurvenbahnhülse 220 eingebracht. Die radial außen liegende Kurvenbahn 100 ist in die radial äußere Stellhülse 330 eingebracht. Beide Kurvenbahnen 100, 440 weisen zueinander komplementären Querschnitt auf. Eine radiusveränderliche Elektrode 41 ist am Außenumfang der radial äußeren Stellhülse 330 angeordnet (in 13 nur beispielhaft angedeutet). Diese Stellhülse 330 ist durch mehrere umfangsseitig einander benachbarte Kurvenbahnteile 500, 550 gebildet. Diese Kurvenbahnteile 500, 550 werden nachfolgend als Hülsensegmente 500, 550 bezeichnet. Sie sind an einem nachfolgend als Lagerscheibe 10 bezeichneten Getriebebauteil 10 mechanisch gekoppelt. Diese Lagerscheibe 10 ist drehfest an der Welle 20 angeordnet. Die mechanische Kopplung der Lagerscheibe 10 ist so ausgeführt, dass die beiden Hülsensegmente 500, 550 verdrehfest, aber radial beweglich, gegenüber der Lagerscheibe 10 angeordnet sind. Alternativ können die beiden Hülsensegmente 500, 550 fest mit der Lagerscheibe 10 verbunden sein, wobei in diesem Fall die Lagerscheibe 10 radial elastisch verformbar sein kann.
• Funktionsweise:
• Die Welle 20 weist zwei Wellenenden A, B auf. Die Kurvenbahnhülse 330 ist am Wellenende B über die Lagerscheibe 10 drehfest an die Welle 20 angebunden. Am gegenüberliegenden Wellenende A hingegen ist die Kurvenbahnhülse 220 drehfest an die Welle 20 angebunden. Unter Einwirkung des Drehmomentes M verdreht (tordiert) die Welle 20 an Wellenende B um den Verdrehwinkel φ gegenüber dem Wellenende A und um die Wellenachse 35, so dass zwangsweise eine Verdrehung der Stellhülse 330 relativ zur Kurvenbahnhülse 220 um diesen Verdrehwinkel φ erfolgt. Die Stellhülse 330 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt. Die beiden umfangsseitig hintereinander angeordneten Hülsensegmente 500, 550 können somit bei der Verdrehung in den radialen Richtungen ausgelenkt werden. Mit Verdrehung der Wellenenden A, B um die Wellenachse 35 nimmt der Durchmesser der Stellhülse 330 zu. Diese Veränderung des Durchmessers ist als radiale Auslenkung E der Elektrode 41 über die Radiusänderung ΔR messtechnisch erfassbar.
• Beide Hülsensegmente 500, 550 der Stellhülse 330 überlappen einander in Umfangsrichtung in einem Überlappungsbereich K, um die Durchmesserzunahme der Stellhülse 330 zu ermöglichen. Eine radial äußere Hülse 880 ist koaxial zu der Stellhülse 330 auf der Welle 20 drehfest angeordnet. Die Hülse 880 und die Stellhülse 330 sind koaxial ineinander angeordnet und begrenzen einen Ringraum 9. Diese Hülse 880 ist ebenfalls als Getriebebauteil zu verstehen und an ihrem Innenumfang 150 mit einer Außenelektrode (nicht abgebildet) des Zylinderkondensators versehen. Der radiale Abstand s zwischen der Hülse 880 und der Stellhülse 330 und somit der Abstand zwischen der Außenelektrode (nicht abgebildet) und der radiusveränderlichen Innenelektrode 41 bestimmt die Kapazität C des Zylinderkondensators.
• Bezugszeichenliste

1

Elektrode

2

Elektrode

3

Welle

4

Getriebe

5

Koppelgetriebe

6

Getriebe

7

Getriebe

8

Kurvenbahngetriebe

9

Ringraum

10

Getriebebauteil

12

Schlitz

13

Koppelteil

16

Ringraum

17

Getriebebauteil

18

Lagerstelle

19

Getriebebauteil

20

Welle

21

Scheibe

22

Lagerfläche

23

Lagerfläche

24

Kipplager

25

Kipplager

26

Getriebebauteil

27

Getriebebauteil

28

Getriebebauteil

29

Elektrode

30

Rippe

31

Rippe

32

Hohlraum

33

Getriebebauteil

34

Kissen

35

Wellenachse

36

Getriebebauteil

37

Getriebebauteil, Radialbord

38

Getriebebauteil, Radialbord

39

Ringraum

40

Elektrode

41

Elektrode

42

Mantel

43

Getriebebauteil

44

Getriebebauteil

45

Rampe

46

Rampe

50

Kissen

60

galvanische Verbindung

80

Getriebebauteil

100

Kurvenbahn

150

Innenumfang

220

Getriebebauteil

330

Getriebebauteil

440

Kurvenbahn

500

Kurvenbahnteil

550

Kurvenbahnteil

880

Äußere Hülse

A

Wellenende

B

Wellenende

B_t

Wellenende, relativverdreht

E

Auslenkung

K

Überlappungsbereich

M

Drehmoment

C

Kondensatorkapazität

ΔC

Kapazitätsänderung

R1

Radius

R2

Radius

C1

Zylinderkondensator

C2

Zylinderkondensator

ΔR

Radiusveränderung

d_v

Durchmesser

d_a

Durchmesser Verdrehwinkel

a

axiale Länge

s

radialer Spalt bzw. Abstand

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Messung eines an einer Welle (3, 20) anliegenden Drehmomentes (M), aufweisend – mindestens eine Kondensatoranordnung, die mindestens zwei Elektroden (1, 2, 29, 40, 41) aufweist, – wobei die Kapazität der mindestens einen Kondensatoranordnung von dem an der Welle (3, 20) anliegenden Drehmoment (M) abhängig ist, – mindestens eine Elektrode (1, 2, 29, 40, 41), die zylinderförmig mit einem ersten Radius (R1) ausgebildet ist, – und mindestens eine weitere Elektrode (1, 2, 29, 40, 41), die zylinderförmig mit einem zweiten Radius (R2) ausgebildet ist, – wobei die Elektroden (1, 2, 29, 40, 41) koaxial ineinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – wobei der Radius (R1, R2) mindestens einer der Elektroden (1, 29, 41) veränderlich ist und wobei die Radiusveränderung (ΔR) der mindestens einen Elektrode (1, 29, 41) von einer Änderung des an der Welle (3, 20) anliegenden Drehmomentes (M) abhängig ist.
2. Vorrichtung zur Drehmomentmessung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung ein Getriebe (4, 5, 6, 7, 8) mit Getriebebauteilen (10, 17, 19, 21, 26, 27, 28, 33, 36, 37, 38, 43, 44, 220, 330) aufweist, wobei ein erstes Getriebebauteil (19, 28, 43, 220) drehfest mit einem ersten Wellenende (A) und ein zweites Getriebebauteil (17, 27, 36, 330) drehfest mit einem gegenüberliegenden zweiten Wellenende (B) verbunden ist, wobei die Getriebebauteile (10, 17, 19, 21, 26, 27, 28, 33, 36, 37, 38, 43, 44, 220, 330) dazu eingerichtet sind eine Relativverdrehung der beiden Wellenenden (A, B) der Welle (3, 20) in eine radiale Auslenkung (E) der mindestens einen radiusveränderlichen Elektrode (1, 29, 41) zu überführen.
3. Vorrichtung zur Drehmomentmessung nach Anspruch 2, wobei das zweite Getriebebauteil (17) das erste Getriebebauteil (19) radial umfasst und die radiusveränderliche Elektrode (1, 29) an dem zweiten Getriebebauteil (17) angeordnet ist, wobei ferner die beiden Getriebebauteile (17, 19) mittels zwei oder mehr Koppelteilen (13) gegeneinander verlagerbar sind, wobei je ein Koppelteil (13) mittels je eines Kipplagers (24, 25) an zueinander radial beabstandeten Lagerflächen (22, 23) der beiden Getriebebauteile (17, 19) kippbeweglich gelagert ist.
4. Vorrichtung zur Drehmomentmessung nach Anspruch 2, wobei das Getriebe (6, 7) mindestens ein formveränderliches und volumenkonstantes Kissen (34, 50) aufweist, das unter der Relativverdrehung der Welle (3, 20) um die Wellenachse (35) eine axiale und radiale Formveränderung erfährt und dadurch die Radiusveränderung (ΔR) der mindestens einen radiusveränderlichen Elektrode (1, 29, 41) bewirkt.
5. Vorrichtung zur Drehmomentmessung nach Anspruch 4, wobei das Getriebe (6, 7) mehrere umfangsseitig benachbarte Rippen (30, 31) aufweist, wobei wenigstens eine erste Rippe (31) an dem ersten Getriebebauteil (28) und mindestens eine zweite Rippe (30) an dem zweiten Getriebebauteil (27) angeordnet sind, wobei je ein Kissen (50) umfangsseitig zwischen der ersten und zweiten Rippe (30, 31) angeordnet ist.
6. Vorrichtung zur Drehmomentmessung nach Anspruch 4, wobei das Kissen (34) hohlzylindrisch ausgebildet und ringförmig um die Welle (3, 20) angeordnet ist, und an seinem ersten axialen Ende an dem zweiten Getriebebauteil (36) und an seinem zweiten, dem ersten gegenüberliegenden axialen Ende an dem ersten Getriebebauteil (43) abgestützt ist, und wobei die beiden Getriebebauteile (36, 43) unter Relativverdrehung der Welle (3, 20) um die Wellenachse (35) derart zueinander verlagert werden, dass das Kissen (34) eine Längenänderung in axialer Richtung erfährt.
7. Vorrichtung zur Drehmomentmessung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Kissen (34) an seinem Außenumfang die mindestens eine radiusveränderlichen Elektrode (1, 29, 41) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Getriebe (4) ein Kurvenbahngetriebe (8) ist, wobei das zweite Getriebebauteil (330) das erste Getriebebauteil (220) radial umfasst und die radiusveränderliche Elektrode (1, 29, 41) an dem zweiten Getriebebauteil (330) angeordnet ist, wobei das Kurvenbahngetriebe (8) und zwei einander zugewandte Kurvenbahnen (100, 440) aufweist.
9. Vorrichtung zur Drehmomentmessung nach Anspruch 8, wobei das erste Getriebebauteil (220) eine Kurvenbahn (100) elliptischen Querschnitts aufweist und das zweite Getriebebauteil (330) durch mehrere umfangsseitig einander benachbarte Kurvenbahnteile (500, 550) gebildet ist, die eine Kurvenbahn (440) komplementären Querschnitts aufweisen.
10. Vorrichtung zur Drehmomentmessung nach Anspruch 1, wobei die Kondensatoranordnung wenigstens zwei in Serie geschaltete Zylinderkondensatoren mit jeweils zwei koaxial ineinander angeordneten Elektroden aufweist, wobei jeder der äußeren Elektroden einen Messkontakt zur Kontaktierung einer Messeinrichtung aufweist.
11. Fahrrad, insbesondere Pedelec oder e-Bike, aufweisend eine Tretlagereinheit mit einer Tretlagerwelle und eine Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlagerwelle durch die Welle (3, 20) gebildet ist.

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