DE19646979A1 - Leistungssteuerung für Fahrradzusatzantriebe - Google Patents

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Drehmoment- und in weiterer Definition um ein Leistungsmeßsystem für Fahrräder, das gleichzeitig die Funktion eines Meßaufnahme- und Steuer­ systems beinhaltet zur Aufnahme des Pedaldruckes auf die Tretkurbeln und das nachgeschaltete Antriebssystem sowie in Kombination oder jeweils unabhängig von der Kurbeldrehzahl und vom Kurbelwinkel. Daraus ergibt sich als Meßgröße die Leistung, die über den Kurbeltrieb auf den Fahrradantrieb wirkt.

Aufgrund dieser Meßparameter werden die Steuersignale ge­ neriert, die für die Steuerung der Antriebs- und der Bremslei­ stung eines nachgeschalteten Zusatzantriebs, als Getriebe­ steuerung u. a. m. genutzt werden können.

Das Meßaufnahmesystem läßt sich ebenso in Krankenfahrstüh­ len oder Ergometern oder dgl. Geräte mehr zur Analyse der biologischen Leistungsentfaltung oder zur Leistungssteuerung eines Hilfsantriebs einsetzen.

Der Drehmomentsensor nach dem heutigen Stand der Technik bei Fahrrädern ist vorwiegend zur Messung des Eingangs­ drehmoment als Steuersignal ausschließlich für die Steuerung von Zusatzantrieben am Fahrrad bestimmt. Demgemäß sieht diese Lösung auch meist die Signalerfassung am Hohlrad im Planetengetriebe vor.

Der der Erfindung zugrunde liegende Sensor ist aufgrund sei­ ner kompakten Bauart jedoch geeignet, in jedem gängigen Fahrrad oder Ergometer das Drehmoment, das über beide Kur­ beln auf die Innenlagerwelle gebracht wird zu messen und ei­ nem Drehratenwinkel zuzuordnen. Dadurch werden für die Er­ gonomie und Physiologie aussagefähige und wichtige Daten erfaßt. Zusätzlich in Kombination mit einem Neigungssensor läßt sich in einer weiteren Ausführung mit diesem Sensor ein Steuersignal für ein halbautomatisch oder vollautomatisch be­ tätigtes Getriebe erzeugen oder eine Zusatzinformation zur Bedienungserleichterung eines manuell betätigten Getriebes generieren. Dadurch kann gerade im innerstädtischen Fahrbe­ trieb ein erheblicher Bedienungsvorteil gegenüber heutigen manuell betätigten Schaltungen erreicht werden.

Heute bekannte Drehmomentsensoren am Innenlager von Fahrräder beruhen meist auf der Bestimmung der Phasenver­ schiebung zweier Signale.

Diese durch das Drehmoment erzeugte Verformung eines Ela­ stomers oder einer Feder oder eines elastischen Antriebsritzels wird über ein Signal gemessen und die Phasenverschiebung durch Vergleich mit einem Referenzsignal ermittelt.

Nachteilig ist die notwendige Aufnahme mindestens zweier un­ abhängiger Signale und die in der Folge sich ergebende gerin­ ge Auflösung verbunden mit einem relativ hohen Energiever­ brauch und einer hohen Störeinflußrate.

Weiter nachteilig ist bei diesen Systemen die bei der Anwen­ dung von Elastomeren bekannte hohe Temperaturabhängigkeit der Plastizität und die geringe Altersbeständigkeit dieses Werkstoffes.

Weiter sind ähnliche Systeme bekannt, die statt eines Elasto­ mers eine von Witterungseinflüssen unbeeinträchtigte Stahlfe­ der als Verformungselement zur Messung der Phasenver­ schiebung zu verwenden.

Nachteilig ist weiter, daß diese Systeme nicht den Drehwinkel der Kurbeln berücksichtigen und daher eine zusätzliche Ver­ stärkung der beim Fahrradantrieb naturgemäß unharmonischen Antriebskraftentfaltung bewirken.

Bekannt sind auch Systeme, die die elastische Verformung durch axiale Abstandsmessung mittels eines Hallsensors ermit­ teln. Diese Systeme sind leicht manipulierbar und stark störanfällig.

Aufgabe der Erfindung

Ist demnach eine Lösung für einen Drehmoment- und Lei­ stungssensor und -Steuerungssystem zu finden, die in der La­ ge ist, das über beide Kurbeln alternierend in den Kurbeltrieb eingeleitete Drehmoment unter Tolerierung geringer Verwin­ dungen und Torsion zu messen. Das Steuerungssystem sollte die motorische Hilfskraft so zuteilen, daß die Kraftschwankun­ gen des alternierenden Kurbeltriebs ausgeglichen und die Kraftentfaltung am Hinterrad gleichmäßig ist. Weiter muß der Sensor im Betrieb witterungsgeschützt, verschmutzungs­ unempfindlich und schwer manipulierbar sein und zusätzlich durch außermittigen Kettenzug belastbar sein. Das Leistungs­ meß- und Steuerungssystem sollte möglichst ausfallsicher und energiesparend arbeiten.

Vorteil der erfindungsmäßigen Lösung

Ist die Anwendbarkeit ohne Einschränkung sowohl bei bei aus­ schließlich durch Muskelkraft angetriebenen Fahrrädern oder Ergometern oder dgl. mehr Geräte im medizinisch therapeuti­ schen Bereich, als auch bei motorisierten Fahrrädern. Die Leistungsmessung kann sowohl am vorderen Innenlager oder an bzw. in der Antriebsnabe oder dem Antriebsnabenmo­ tor vorgenommen werden. Die Systeme der Leistungsmessung am Tretlager und an der Hinterradnabe funktionieren analog und können deshalb auch in ihrem Grundprinzip gemeinsam erklärend dargelegt werden.

Durch die gleichzeitige Detektion von Drehwinkel und Drehzahl ist das System in der Lage, den tatsächlichen Energieeintrag unabhängig von der aktuell geschalteten Übersetzungsstufe statisch und dynamisch zu erfassen und das anliegende Drehmoment dem aktuellen Drehwinkel bzw. dem tatsächlich effektiv wirksamen Pedalhebel zuzuordnen. Das der Erfindung zugrunde liegende System generiert aus den Faktoren Dreh­ zahl und Drehmoment in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel das Steuersignal für den Zusatzantrieb. Dadurch wird es möglich, einen Zusatzantrieb dynamisch so zu steuern, daß aufgrund des wirksamen Kurbelwinkels auftretende Kraftspitzen berück­ sichtigt und alternierend auftretende Leistungstäler ausgegli­ chen werden können. Auf diese Weise wirkt die Antriebslei­ stung des Zusatzantriebes ausgleichend auf das Antriebsrad. Hauptvorteil ist jedoch, daß auf die erfindungsgemäße Weise ein gleiches Leistungsintegral über die ganze Kurbelumdre­ hung gemessen mit einem wesentlich kleineren Motor erbracht werden kann.

Zusätzlich ist die Leistungsmessung ausreichend sensibel, auch geringe Änderungen des Betrages der Leistung bzw. spontane Drehmomentmodulationen zu detektieren und bei Über- oder Unterschreiten eines Schwellwertes den Steue­ rungsmodus sofort zu ändern.

Im Gegensatz zu den Systemen, die die Phasenverschiebung messen, ist das erfindungsmäßige System in der Lage, ohne Einschwingzeit nach dem Stillstand sofort ein ausreichend ge­ naues Signal abzugeben oder sogar ein stehendes Signal zu erzeugen.

Die erfindungsgemäße Leistungsmessung läßt sich einteilen in die Systeme, die am Tretlager und in die Systeme am und im Hinterrad lokalisiert sind.

Bei der Erfindung ist die mechanische Signalerzeugung von der physikalischen Signalgenerierung klar zu unterscheiden. Unter den erfindungsgemäßen mechanischen Voraussetzun­ gen lassen sich durch sämtliche heute bekannte physikalische Methoden der Signalerzeugung Signale generieren.

Bei der Erfindung wird die drehmomentproportionale elastische Verformung und die Referenz jeweils auf der Antriebsseite ermittelt. Als Referenz wirkt bei der Tretlagerversion lediglich die verwindungsfeste Antriebskurbel. Auf diese Weise läßt sich das System durch Austauschen des Ritzelstern an modernen Tretlagern nachrüsten.

Die Antriebsradsysteme lassen sich unterscheiden in solche, welche die Torsionsspannung unter dem Nabenkörper erzeu­ gen und solche, welche die Torsionsspannung neben dem Na­ benkörper erzeugen.

In der Antriebsrad-, Ritzelkörper- oder Naben- bzw. Nabenmo­ torversion wirkt als Referenz eine drehfest mit dem Antriebsrad verbundene Referenzscheibe. Das torsionselastische Element befindet sich über einen Freilauf im Kraftschluß mit dem An­ triebsritzel und dem Nabenkörper. Die Relativbewegung von Antriebsritzeln bzw. von Freilaufkranz zur laufradfesten Refe­ renzscheibe ist proportional zum Drehmoment.

In der in Abb. 1 gezeigten Version sind die Referenzsignalöffnungen direkt in der Nabenhülse, so daß eine zusätzliche Referenzscheibe entfallen kann. Der Kassettenkörper ist fest mit der Torsions­ welle verbunden, die an der dem Antrieb abgewandten Seite mit einem Klinkenfreilauf versehen ist. Dieser Freilauf überträgt mit seinen Klinken die Antriebskraft von der torsionselastischen Welle auf einen in die Nabenhülse eingepreßten Freilauf­ kranz. Es wird ein Klinkenfreilauf eingesetzt, da die Signaler­ zeugungsmatrix und Referenzmatrix im kraftfreien Zustand in einer definierten Position zur Deckung kommen müssen. Diese Positionsdefinierung wird durch die Freilaufklinken erreicht. Das System kann nur messen solange sich der Freilauf im Ein­ griff befindet.

Beim Krafteintrag über die Kette auf die Ritzel und auf den Kassettenkörper kommt es zu einer Relativbewegung von Kas­ settenkörper zur Nabenhülse, bedingt durch die Torsion in der elastischen Freilaufwelle. Diese torsionsproportionale Relativ­ bewegung verändert das Drehmomentsignal, in dem die beiden sich überdeckenden Kulissen eine drehmomentproportionale Signaländerung erzeugen.

Maßgebend ist, daß zwischen Antriebselement wie dem Frei­ lauf- oder Kassettenkörper und der Nabenhülse bzw. der daran befestigten Referenzscheibe eine Relativbewegung erzeugt wird. Die Elastizität kann in einer weiteren Ausführung auch im Kassettenkörper durch ein unter der Ritzelaufnahme sitzendes elastisches Element erzeugt werden (Abb. 2).

Die Torsionswelle wird mit dieser Verlagerung der Drehelastizi­ tät neben den Nabenkörper überflüssig. Der Freilauf bleibt auf der Antriebsseite. Der Kassettenkörper alleine als Unit ist in der Lage, die erforderliche Relativbewegung zur durch den Freilauf kraftschlüssigen Nabenhülse herzustellen. Dieses System ist auch für Nabenmotoren einfach nachrüstbar. Kurbeldrehzahl und Drehwinkel werden vorteilhaft am Tretlager abgenommen.

Das drehmomentproportionale Signal kann, wie weiter unten an der Tretlagerversion gezeigt, gleichzeitig drehwinkelmoduliert werden. Für die Drehwinkelerfassung bei der Hinterradversion ist jedoch ein gesonderter Sensor am Tretlager erforderlich, da durch die zum Hinterrad wirksame Kettenübersetzung ver­ schiedene Drehraten von Hinterrad und Kurbel gegeben sind. In einer weiteren Ausführung ist die Meßeinheit im Antriebsrad mit einem Hinterradnabenmotor kombiniert (Abb. 4). Der Motor ist hier als elektronisch kommutierter Scheibenläufer mit dreifach versetzt übereinanderliegender Mäanderwicklung pro Spulenseite ausgeführt. Das elastische Element kann so­ wohl im Motorgehäuse sitzen als auch außerhalb oder im Frei­ lauf. Entscheidend ist, daß die Elastizität zwischen Antrieb und Abtrieb wirkt und analog der Verformung eine Torsion und dar­ aus resultierend eine Relativbewegung zwischen beiden Ele­ menten erzeugt und gemessen wird. Das Drehmoment ist ana­ log dieser Verformung.

Es kann sowohl mit einem als auch mit mehreren Sensoren oder mit einem radial angeordneten Spulenring gemessen wer­ den. Die Sensoren arbeiten analog den heute als Näherungs­ schalter bekannten Wirbelstromsensoren. Die Sensoren sind mit einer Spule bestückt und erzeugen ein Wirbelstromfeld. Das Signal ist abhängig von dem hinter den Sensor befindli­ chen Metallvolumen. Durch die Relativbewegung wird eine Ku­ lisse verschoben und damit unterschiedlich große Fensteröff­ nungen erzeugt.

Bei der Verwendung von nur einem Sensor kann das Drehmo­ ment an der Amplitude der Signalpulsation gemessen werden. Mit der Pulsfrequenz kann gleichzeitig die Umlaufgeschwindig­ keit des Hinterrades gemessen werden. Für die Leistung und die Drehrate wird das Kurbelsignal gemessen.

In einer weiteren Ausführung, die hier in Abb. 3 gezeigt ist, wird das Drehmoment mittels des magnetoelasti­ schen Prinzips erfaßt und daraus das Steuersignal generiert. Dies kann entweder durch Wirbelstrom, wie hier gezeigt oder durch ein Verfahren mit Dauermagneten erfolgen. Der Vorteil dieser Methode ist, daß keine oder nur sehr geringe elastische Verformung stattfindet. In der Freilaufwelle wird nur Materi­ alspannung erzeugt. Durch spezielle Materialbehandlung und Oberflächenauslegung entsteht eine Zone von Zugspannung und eine Zone von Druckspannung. Das magnetoelastische Prinzip läßt sich jedoch auch mit nur einer Zone erhöhter Ma­ terialspannung realisieren.

Über der Achse befindet sich ein Spulenhalter mit für jede Spannungszone übereinander angeordnet einer Sende- oder Erregerspule und einer Empfängerspule. Mit diesen Spulen wird das Material der sich darüber befindlichen Freilaufwelle durch hochfrequenten Wirbelstrom erregt und der Widerstand im magnetischen Fluß gemessen. Zwischen den beiden unter­ schiedlichen Zonen von Zug- und Druckspannung entsteht ein Spannungspotential, das proportional dem angelegten Drehmoment ist.

Analog kann das magnetoelastische Meßprinzip wie in der Ausführung in Abb. 3 beschrieben auch neben dem Nabenkörper untergebracht sein wie im folgenden beschrieben und dargestellt in Abb. 10.

Die Antriebskraft wird über die Kette auf den Ritzelträger über­ tragen. Der Ritzelträger ist auf einer Seite, hier der Außenseite kraftschlüssig mit dem darunter liegenden magnetoelastischen Spannungselement verbunden.

Auf seiner gegenüberliegenden, hier dem Freilaufkörper zuge­ wandten Seite ist der Ritzelträger gleitend über ein Lager auf dem Ritzelkörper gelagert.

Das darunter liegende magnetoelastische Element ist auf zwei Lagern drehbar auf der Achse gelagert und befindet sich in Antriebsdrehrichtung auf der Seite der Nabenhülse mit dem Klinkenfreilauf in Eingriff.

Unter dem magnetoelastischen Spannungselement befinden sich zwei übereinanderliegende Spulenpakete für die Zone er­ höhter Zugspannung und die Zone erhöhter Druckspannung. Beide Spulen messen den magnetischen Fluß in den Zonen erhöhter Materialspannung.

Dazu wird das Material mit der Sendespule durch ein Wirbel­ stromfeld angeregt und das Spannungspotential mit der Emp­ fängerspule gemessen. Als Signal wird die Spannungsdifferenz der gemessenen Signale der beiden unterschiedlichen Span­ nungszonen verwendet, das analog dem angelegten Drehmo­ ment ist.

Eine weitere Ausführung ist in Abb. 12 gezeigt. Die Torsionsspannung wird ähnlich wie der Version, die zur Signalgenerierung das magnetoelastische Prinzip ein­ setzt erzeugt.

Eine Kupplung verbindet Ritzelträger mit dem torsionselasti­ schen Modul. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Ritzel­ träger frei auf dem torsionselastischen Module gelagert. Die Antriebskraft wird über die Kette auf das Ritzel und den Ritzelträger ins System eingetragen. Dort geht die Kraft über die Kupplung auf das torsionselastische Element. Das torsion­ selastische Element selbst stützt sich gegen den Freilauf ab. Zwischen Antriebskupplungsseite und Freilaufseite baut sich Torsionsspannung auf, die zu einer Relativverdrehung beider Flansche führt. Mit beiden Seiten ist über eine Klebekontakt­ stelle ein elektrisch leitendes Röhrchen verbunden. Beide Röhrchen überlagern sich. In der Überlagerungszone sind Fenster in den Röhrchen, die sich zu einem bestimmten Grad überdecken. Bei Krafteintrag ändert sich durch die Torsion das Maß der Überdeckung beider Röhrchen proportional dem an­ liegenden Drehmoment. Unter den Röhrchen befindet sich eine Spule, die durch ein Wirbelstromfeld das Maß der Überdec­ kung detektiert und daraus ein Signal für das Drehmoment ge­ neriert. Das Signal wird axial generiert.

In einer weiteren Ausführung wird die in ähnlicher Weise wie oben beschrieben eine dem Drehmoment analoge Torsion er­ zeugt. Abb. 11.

Der Freilaufkörper ist über ein torsionselastisches Modul mit dem Freilauf verbunden. Bei Krafteintrag verformt sich dieses Modul und es kommt zu einer Relativbewegung zwischen Na­ benkörper und Ritzelträger. Eine Signalmaske ist drehfest mit dem Freilaufkörper verbunden und die Referenzmaske ist drehfest mit der Nabenhülse verbunden.

Bei dieser Ausführung wird nun also das Signal radial erzeugt. Ein oder mehrere Sensoren können tangential im Bereich der Überdeckung von Signalscheibe und Referenzscheibe ange­ ordnet sein. Es kann auch eine Spule tangential über dem Be­ reich der Überdeckung beider Scheiben angeordnet sein. Bei­ de Scheiben sind mit Öffnungen versehen, die den Grad ihrer Überdeckung proportional der Relativverdrehung beider Schei­ ben verändert. Ein Wirbelstromfeld generiert aus dem Grad der Überdeckung ein drehmomentproportionales Signal.

Eine weitere Ausführung ist in Abb. 13 beschrieben. Hier laufen Signalscheibe und Referenzscheibe permanent syn­ chron, so daß auch ein Hülsenfreilauf zur Anwendung kommen kann. Die oder das Ritzel wirkt über den Ritzelträger auf den Freilauf. Der Freilauf erzeugt den Kraftschluß zur Torsionswel­ le, die um eine gute Linearität zu erhalten eine größtmögliche Länge hat. Das dem Freilauf gegenüberliegende Ende der Torsionswelle ist zum Kraftschluß mit der Nabe an der linken Nabenseite verpreßt. Die Torsion wird vom Anfang der Torsi­ onswelle an der Seite des Freilaufs durch eine aufgepreßte oder geklebte Hülse bis auf die Innenseite des Ritzelträgers geführt. Die Rückführhülse ist mit der Signalscheibe verbun­ den, auf welche sie die Torsion der ganzen Torsionswelle überträgt. Die Nabenhülse ist fest mit der Referenzscheibe verbunden. Beim Krafteintrag kommt es zur Verformung des elastischen Elements, im gezeigten Beispiel einer Torsionsstab­ feder. Diese Torsion wird auf die Signalscheibe übertragen. Beide Signalgeber können selbstverständlich genauso in der Naben oder einem Nabenmotor untergebracht sein. In dieser Ausführung sollte lediglich ein größerer Torsionsweg des grö­ ßeren Radius ausgenutzt werden.

Über den beiden Signalscheiben befindet sich als Signalemp­ fänger ein Optokoppler nach heute bekannter Bauart. Dieser kann entweder die Phasenverschiebung von Referenzsignal und Drehmomentsignal messen oder die Lichtmenge von auf­ gedruckten Signalen, die sich je nach Grad der Torsion und Verschiebung ändert.

Auch kann die reflektierte Lichtmenge durch ein Gitter gemes­ sen werden.

In einer weiteren Ausführung befindet sich statt des Photosen­ sors jedoch ein Wirbelstromsensor an dieser Stelle. Dieser mißt die Größe der Fenster der sich überdeckenden Kulissen, die durch Referenzscheibe und Signalscheibe gebildet werden.

Bei dem Wirbelstromerreger kann es sich jedoch auch um eine radial angeordnete Spule handeln. Diese errecht eine weit größere Fläche, die durch die sich analog der Verschiebung beider Scheiben zueinander gebildete Fläche.

Die erfindungsgemäße Lösung als Tretlagerversion ist im fol­ genden beschrieben.

Das Grundprinzip ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbeln als steife Teile ausgeführt sind und auch als solche bewertet werden und daher der Referenzwert zur elastischen Verfor­ mung mittelbar an einer Tretkurbel gemessen wird. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, sowohl den Torsionswinkel als auch den zugehörigen Referenzwert auf der selben An­ triebsseite und gemeinsam zu ermitteln.

Um das Drehmoment zu ermitteln wir eine Elastizität im An­ triebsstrang ermittelt. Die Elastizität ist in, an oder unter den Ritzelstern verlagert, der sich gegen die steife Kurbel oder die steife Innenlagerwelle mittelbar oder unmittelbar abstützt. Das Ritzel ist auf der steifen Welle beweglich gelagert und stützt sich gegen ein mit der Innenlagerwelle drehfest verbun­ denes elastisches Element ab. (Abb. 5).

In einer weiteren Ausführung kann das elastische Element auch mit der Kurbel um deren Drehzentrum kraftschlüssig ver­ bunden sein, so daß der Ritzelstern mit der Kurbel verbunden ist. (Abb. 6). Diese Verbindung erlaubt eine Torsionsbe­ wegung.

In einer weiteren Ausbildung ist die Kurbel mit einer Abstützfe­ der für den Ritzelträger und einem Mitnehmerstift für die Refe­ renzscheibe versehen. (Abb. 7).

In einer weiteren Ausbildung kann das Ritzel gegen die Refe­ renzscheibe über elastische Elemente abgestützt werden. (Abb. 8).

In einer weiteren Ausführung ist der Ritzelträger oder Kurbel­ stern in sich selbst als torsionselastisches Element ausgebil­ det. Die Referenzscheibe kann im unverformten Segment der Scheibe (Abb. 9) oder durch die Kurbel geführt werden.

Gleichzeitig kann am selben Signal die Drehzahl und das drehwinkelmodulierte Drehmoment bestimmt werden. Durch ein am Umfang eines Antriebsritzels anliegendes Drehmoment wird eine elastische Verformung am Ritzelstern oder des Ritzelstern selbst bewirkt, die ein Änderung des Drehwinkels am Umfang in Relation zum verformungsfesten Teil des Tretlagers, erfindungsgemäß der Tretkurbel bewirkt. Die Relativtorsion des Umschlingungsumfangs des Ritzels kann dadurch bewirkt werden, daß das Ritzel am Abtrieb dreh­ bar gegen einen elastischen Mitnehmer, eine Feder oder der­ gleichen mehr gelagert ist, oder dadurch, daß das Ritzel in sich radial torsionselastisch ausgeführt ist.

Das Ritzel kann jedoch auch aus mindestens zwei sich abstüt­ zenden Segmenten analog den als Zweimannenschwungrad bekannten Lösungen bestehen.

Als Referenzposition zu der drehmomentproportionalen Rela­ tivbewegung des Umschlingungsumfangs dient die Position des steifen antriebsseitigen Kurbelarms. Durch diesen wird mittelbar oder unmittelbar, falls ein Mitnehmer befestigt ist, der einen Referenzring gegen die Relativbewegung des Umschlin­ gungswinkels in der Postition der Kurbel hält, das Referenzsi­ gnal erzeugt. Durch die gegenseitige radiale Verschiebung kann mittelbar das dazu proportionale Drehmoment gemessen werden.

Es kann auch das Antriebsritzel elastisch gegen den Referenz­ geber, also über den Referenzring oder Mitnehmer an der steifen Kurbel abgestützt sein.

Prinzip der Erfindung ist die Ausführung der Kurbel als direk­ tes Antriebselement als das am wenigsten Verformung ausge­ setzte Teil und die Messung der drehmomentproportionalen Verformung eines elastischen Bauteils mit der Kurbel als Refe­ renz.

Da man die Verformung möglichst gering halten wird, mißt man i.a. am größten auftretenden Durchmesser, am Umschlin­ gungsumfang des Treibmittels (z. B. Kette) die Relativbewe­ gung.

Vorteil ist, daß man bei dieser Methode das durch die Kraft beider Kurbeln erzeugte Drehmoment erfassen kann. Die Messung der Relativbewegung selbst kann durch Überla­ gerung von Referenz- und Torsionsumfang erfolgen, und zwar dadurch, daß beide Umfänge mit sich deckenden Signalmarken versehen sind, also z. B. Durchbrüche in Form von Löchern, die beim relativen Verschieben der Überdeckungsflächen zueinan­ der ihre Öffnungsweite bzw. ihre Signalwirkung verändern, also vergrößern oder verkleinern. Dadurch wird ein veränderter Fluß, Reflexionsgrad oder Widerstand oder anderes mehr be­ wirkt, je nachdem nach welcher physikalischen Methode ge­ messen wird.

Diese Änderung kann durch verschiedene bekannte Sensoren, Hall, induktiv, kapazitiv, optisch oder anderes mehr detektiert werden.

Das Drehmoment läßt sich jedoch auch durch eine getrennte Aufnahme der Signale, also an zwei sich nicht räumlich über­ schneidenden Signalgebern in Form der Phasenverschiebung detektieren. Dabei kann auch z. B. die Zahnerhebung der Ritzel zur Signalerzeugung genutzt werden.

Zur Detektierung des Drehwinkels können die Scheiben gleich­ zeitig axialverformt sein oder eine solche Scheibe speziell als Referenzscheibe zur Anwendung kommen. Durch einen Hall­ sensor ist dabei der sich proportional dem Drehwinkel ändern­ de axiale Abstand zum Referenzpunkt zu erfassen. In der un­ ten beschriebenen Ausführung kann mit dieser Methode auch ein drehwinkelmoduliertes Drehmomentsignal erfaßt werden.

Die Scheiben können auch radial eine solche Formkodierung bzw. einen sich ändernden Umfang haben, daß daraus die not­ wendige Drehwinkelinformation durch die Erfassung des radia­ len Abstands zum Sensor erzeugt werden kann, denkbar in der Form der in den 70er Jahren als Biopace vermarkteten ellipti­ schen Kettenblätter. Die über den Drehwinkel wirksame Ände­ rung des Außenumfangs, kann dann beispielsweise mit einem Hallsensor erfaßt werden.

Es können jedoch auch die Signalquellen radial drehwinkel­ abhängig versetzt auf der Referenzscheibe aufgebracht sein. Im allgemeinen wird man jedoch gleich ein drehwinkelmodulier­ tes Signal erzeugen, da es sich bei der beschriebenen Ausfüh­ rung ohne weiteren Aufwand erzeugen läßt. Bei dieser Ausfüh­ rung werden die Referenzscheibe und die drehmomentpropor­ tional sich verdrehenden Scheibe in Überdeckung hintereinan­ der angeordnet. Beide Scheiben sind mit im Bereich des äuße­ ren Umfangs liegenden sich überdeckenden Schlitzen, Löchern oder ähnlichen Öffnungen versehen. Das Loch der dem Sensor abgewandten Seite kann auch durch einen Reflektor ersetzt sein.

Es kann auch eine Anordnung gewählt werden, bei der sich die Öffnungen im nicht mit Drehmoment beaufschlagten Zustand gerade nicht überdecken. Die Funktion kann dann richtungs­ gebunden sein. Die Öffnungen geben dann beim Verschieben der Umfänge zueinander einen Durchlaß frei, der einen Wi­ derstand, Durchgang oder Fluß ändert, je nachdem nach wel­ chem physikalischen Meßprinzip der zugehörige Sensor arbei­ tet. Die Weite der Durchlässe beziehungsweise deren Ände­ rung sind dem anliegenden Drehmoment proportional.

Da jedoch primär nicht der Drehwinkel als Information gefragt ist, sondern das Drehmoment mit einem drehwinkelabhängi­ gen Faktor softwareseitig als Steuersignal verarbeitet wird, wird in einer weiteren Ausführung erfindungsgemäß das Drehmo­ mentsignal gleich drehwinkelabhängig generiert.

Dazu haben die zur drehmomentproportionalen Überschnei­ dung kommenden Öffnungen unterschiedliche Geometrien, so daß die erzeugten Änderungen der Widerstände oder des Flusses oder anderes mehr zur gleichen Zeit auf dem Umfang einen anderen Betrag haben.

Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß elliptische Durch­ laßgeometrien radial versetzt zur Überdeckung gebracht wer­ den. Des weiteren Werden die Geometrien der Öffnungen der Linearität des Elastischen Verformungswiderstands angepaßt, so daß eine unendliche Gestaltungsmöglichkeit der Geome­ trien gegeben ist, die hier nicht ergiebig beschrieben werden kann. Wesentlich und erfindungsmäßig ist jedoch die Berück­ sichtigung der Linearitätskurve der drehmomentproportionalen Verformung bei der Gestaltung der Öffnungsgeometrie, da da­ durch eine nahezu perfekte Anpassung der Linearität und somit ein korrigiertes Drehmomentsignal erzeugt werden kann. Weiter kann wie oben beschrieben erfindungsgemäß die Öff­ nungsgeometrie drehwinkelmoduliert gestaltet sein, so daß die Signalstärke proportional zum Umfangswinkel moduliert wer­ den kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, ein geson­ dertes drehwinkelmoduliertes Signal auf oben beschriebene Weise zu empfangen. Zur Erhöhung der Auflösung können mehrere Meßaufnehmer seitlich versetzt in unterschiedlichen Abständen angeordnet sein.

In der im folgenden beschriebenen Ausführung kommt das ka­ pazitive Meßverfahren zur Anwendung. Es hat den Vorteil, daß es im Betrieb wenig Energie benötigt und verschmutzungs­ unempfindlich arbeiten kann. Die Signalaufnahme kann von einer Seite erfolgen. Die Signalaufnehmer, d. h. die kapazitiven Sensoren sind seitlich versetzt in unterschiedlichen Abständen angeordnet, so daß das Signal auch bei ruhender Kurbel ab­ gegeben wird.

Der Kurbelstern ist in einem Bereich von ca. einer Winkelse­ kunde tangential verformbar ausgeführt. Das Ritzel ist mit einer Scheibe hinterlegt, die Längsnuten mit nach Einsetzen in die Haltestifte eine Tangentialen Erstreckung von ungefähr zwei Winkelsekunde hat. Die Haltestifte, auf denen diese Referenz­ scheibe gleiten kann, sind am Kurbelstern oder Ritzel befestigt. Die Referenzscheibe wird nun so mit einem Haltestift an der Kurbel befestigt, daß sie mit dieser drehfest um die Tretla­ gerachse verbunden ist.

Wird nun ein Drehmoment an den Antrieb über die Kurbeln angelegt, so wird der Außenumfang des Kurbelsterns zum Kur­ belarm oder zur Innenlagerachse tangential verdreht, entweder durch durch die Eigenelastizität des Kurbelsterns oder da­ durch, daß der Kurbelstern sich gegen ein elastisches Wider­ lager abstützt. Beim Ableiten der Antriebskraft durch die Kette wird das Kettenritzel von der Kette gegen die Drehrichtung um einen drehmomentproportionalen Betrag zurückgehalten.

Die Löcher weisen im belastungsfreien Zustand die durch die Geometrie bedingte maximal mögliche Öffnung auf. Im Lastzu­ stand werden diese Löcher kleiner und der nach der kapaziti­ ven Meßmethode durch einen angelegten Wirbelstrom indu­ zierte Widerstand steigt. Die Referenzscheibe hat jedoch eine so gestaltete Öffnungsgeometrie, die sich drehwinkelabhängig in den Löchern ändert. Dadurch wird erreicht, daß die Löcher, die im entspannten Zustand die gleiche Öffnungsfläche aufwei­ sen, bei einem gegebenen Drehmoment über den Umfang drehwinkelabhängig unterschiedlich große Öffnungen aufwei­ sen. Diese drehwinkelabhängige geometriegenerierte Signal­ modulation funktioniert im vollen vorgesehenen Meßbereich des Drehmoments. Der Änderungsfaktor läßt sich drehmomen­ tabhängig und gleichzeitig drehwinkelabhängig durch die Geometrie festlegen.

So kann z. B. bei einem Wiegetritt am Berg die Modulation drehmomentabhängig ganz anders erfolgen als beileichtem Mittreten in der Ebene. Entscheidende bei der Ausgestaltung der Signalgebenden Geometrie ist die Charakteristik der Leistungsentfaltung am Hinterrad, die gewünscht wird. Im Bereich der Wagerecht stehenden Kurbeln wird man für ei­ nen Hilfsantrieb bei gleichem in den Kurbeltrieb eingeleiteten Drehmoment ein schwächeres Steuersignal geben als bei senkrechtstehenden Tretkurbeln und somit ein additives Auf­ schaukeln beider Antriebe vermeiden und ein gleichmäßige kettenschonende Kraftentfaltung anstreben.

Erreichbar ist dies beispielsweise durch mandelförmige Öff­ nungen, die 180 Grad zueinander gedreht zur Deckung ge­ bracht werden. Dadurch wird erreicht, daß die lastfrei gleich großen Öffnungen bei gegebener Last drehwinkelabhängig unterschiedlich große Öffnungen aufweisen und so ein drehmomentproportionales drehwinkelmoduliertes Signal er­ zeugt wird.

Selbstverständlich können die beiden unterschiedlichen Signa­ le auch gesondert erzeugt und die Drehwinkelmodulation soft­ wareseitig erzeugt werden. Des weiteren ist es möglich, den drehmomentbedingten Torsionswinkel durch gesonderte Signa­ le des Signalgebers und des Referenzgebers zu erfassen und z. B. mittels der Phasenverschiebung ein drehmomentpropor­ tionales Signal zu erfassen.

Bezugszeichenliste

Beschreibung der

Abb.

1

1 Radlager
2 Radlager
3 Klinkenfreilauf gegenüber Antriebsseite
4 Signalscheibe mit Signalöffnung
5 Referenzscheibe mit Signalöffnung
6 Freilauftorsionswelle von Kassettenkörper zum Freilauf
7 Kassettenkörper
8 Freilauflager
9 Freilauflager
10 Nabenkörper
11 Achse
12 Speichenlöcher

Beschreibung Abb. 2

1 Kassettenkörper
2 Freilauflager
3 Elastisches Element
4 Klinkenfreilauf
5 Freilaufhülse
6 Radlager
7 Radlager
8 Achse
9 Signalscheibe

Abb. 3

1 Spulenpaket Zugspannungsfeld
2 Spulenpaket Druckspannungsfeld
3 Anschluß Erregerspule Zugspannungsfeld
4 Anschluß Empfängerspule Zugspannungsfeld
5 Anschluß Erregerspule Druckspannungsfeld
6 Anschluß Empfängerspule Druckspannungsfeld
7 Freilaufwelle Zugspannungsfeld
8 Freilaufwelle Druckspannungsfeld
9 Achse

Abb. 4

1 Spulenhalter für el.com. Scheibenläufer
2 Freilaufwelle
3 Hohlrad der 2-stufigen Planetengruppe
4 Freilauf/Motor
5 Freilauf/Pedalantrieb

Abb. 5

1 Torsionselastisches Element
2 Außenring

Abb. 6

1 Torsionselastischer Flansch

Abb. 7

1 Mitnehmer für Referenzscheibe
2 Abstützfeder

Abb. 8

1 Referenzscheibe
2 Abstützfeder
3 Abstützstift
4 Ritzelträger

Abb. 9

1 unverformbares Element
2 Torsionselastische Mitnehmer

Abb. 10

1 Nabenhülse
2 Klinkenfreilauf
3 Lager Kassettenkörper
4 Lager Kassettenkörper
5 magnetoelastische Spannungsbüchse
6 Lager Ritzelträger
7 Kupplung Ritzelträger/Spannungsbüchse
8 Magnetoelastisches Material
9 Empfängerspule
10 Senderspule

Abb. 11

1 Nabenkörper
2 Ritzelkörper
3 Kupplung
4 torsionselastisches Element
5 Abtriebsfeste Maske
6 Antriebsfeste Maske
7 Lager
8 Freilaufkörperlager
9 Freilaufkörperlager
10 Spule
11 Klinkenfreilauf

Abb. 12

1 Nabenhülse
2 Ritzelkörper
3 Torsionselastisches Element
4 Klinkenfreilauf
5 Kupplung
6 Referenzmaske
7 Signalmaske
8 Wirbelstromsensor

Abb. 13
Meßsystem mit Optokoppler oder Wirbelstrom

1 Nabenhülse
2 Torsionsstab
3 Klebestelle
4 Rückführhülse
5 Signalscheibe
6 Referenzscheibe
7 Freilauf
8 Verzahnung der Torsionswelle
9 Optischer Sensor
10 Wahlweise Wirbelstromsensor
11 Wahlweise Radialspule zum Aufbau des Wirbelstromfeldes

Claims (54)

1. Leistungsmeß- und Steuersystem vorwiegend zum Einbau in Fahrräder oder in Steuerungssysteme von Fahrzeugen mit Meßsensorsystem für Drehmoment, Drehwinkel und Drehzahl oder eine Kombination der genannten Meßgrößen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebsseite sich über ein oder mehre­ re Torsionselemente direkt oder über Ritzel und Kette mit dem Freilauf im Eingriff befindet und dadurch eine Materialspan­ nung im Torsionselement erzeugt die durch unterschiedliche physikalische Meßmethoden als veränderliche Materialeigen­ schaft direkt oder mittelbar dadurch meßbar wird, da die An­ triebsseite mit einem Signalträger drehfest verbunden und die Abtriebsseite mit einem Referenzsignalträger drehfest mittelbar verbunden ist wobei beide Masken sich überdecken und durch den Grad der torsionsproportionalen Überdeckung unter­ schiedlich große Öffnungsflächen erzeugt werden, denen durch unterschiedliche physikalische Methoden ein dem Grad der Überdeckung proportionales Signal erzeugt werden kann.

2. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsritzel aus zwei Segmenten besteht, wobei sich beide über ein elastisches Element so ge­ geneinander abstützen, daß beim Krafteintrag in Richtung der Umfangskraft eine drehmomentproportionale Relativbewegung des Außenumfangs um die Rotationsachse erfolgt.

3. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsritzel in sich torsionselastisch ausgeführt ist, daß beim Krafteintrag eine drehmomentpropor­ tionale Relativtorsion um die Rotationsachse in Richtung der Umfangskraft erfolgt.

4. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsritzel um die Innenlagerwelle rotierbar gelagert sich gegen ein elastisches Element entgegen der Richtung des Krafteintrags abstützt.

5. Leisungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsritzel um die Innenlagerwelle rotierbar gelagert sich über ein elastisches Element an der Kurbel entgegen der Richtung des Krafteintrags abstützt.

6. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsritzel um den Tretla­ gerachsmittelpunkt an der Antriebskurbel rotierbar gelagert ist.

7. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tretkurbel mit einem Mitnahmestift oder dergleichen mehr Vorrichtung zur mittelbaren Übertragung einer Referenzpostition versehen ist.

8. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tretkurbel mit einem Ring oder der­ gleichen mehr als Träger für Referenzsignale geeignet verse­ hen ist.

9. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe mit Positionsmarken in Form von Löchern, Reflexzonen, Magnetfolien oder derglei­ chen mehr zur Positionserkennung versehen ist.

10. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß mit der Kurbel drehfest verbunden eine Scheibe oder dergleichen mehr Körper mit Referenzsigna­ len in Form von Löchern, Reflexzonen, Magnetfolien oder der­ gleichen mehr zur Postitionserkennung versehen ist.

11. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der Referenzscheibe Signale zur Drehzahlerkennung aufgebracht sind.

12. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der Antriebsscheibe Signale zur Drehzahlerkennung aufgebracht sind.

13. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionssignalmarken auf der Antriebsscheibe gleichzeitig zur Drehzahldetektion genutzt werden.

14. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionssignalmarken auf der Referenzscheibe gleichzeitig zur Drehzahldetektion genutzt werden.

15. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionssignalmarken zur ge­ meinsamen Signalerzeugung von Referenzscheibe und An­ triebsscheibe gleichzeitig zur Drehzahldetektion genutzt wer­ den.

16. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß durch die drehmomentproportiona­ le räumliche Verschiebung von Referenzsignalträger und Si­ gnalträger entsteht, die als Phasenverschiebung über der Drehzahl sensorisch erfaßt und als Drehmomentproportionales Signal ausgewertet wird.

17. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß durch die Überlappung von zwei unter Einwirkung der Antriebskraft tangential gegeneinander verschiebbaren Signalträgern durch teilweises flächenhaftes Abdecken oder Freigeben ein signalstärkenmoduliertes Signal erzeugt wird, das drehmomentproportional ist.

18. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß durch die Überlappung von zwei je nach Einwirkung der Antriebskraft tangential gegeneinander verschiebbaren Signalträgern durch teilweises flächenhaftes Abdecken, Freigeben oder Überlappen unterschiedliche Muster und damit unterschiedliche Signale erzeugt werden, die drehmomentabhängig sind und somit eine drehmomentabhän­ gige Signalmodulation generiert wird.

19. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß sich durch die Überlappung von zwei je nach Einwirkung der Antriebskraft tangential gegeneinan­ der verschiebbaren Signalträgern mit unterschiedlicher Signal­ ausformung durch teilweises flächenhaftes Abdecken Freige­ ben oder Überlappen Signale erzeugt werden, die ihre Signal­ wirkung belastungsabhängig über den Umfang modulieren, so daß sofern eine Antriebskraft einwirkt ein belastungsabhängig drehwinkelmoduliertes drehmomentproportionales Signal ge­ neriert wird.

20. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das drehmomentproportional generierte Signal mit einem drehwinkelproportionalen Signal kombiniert wird.

21. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel durch eine Scheibe Ring oder dergleichen mehr umlaufenden Signalträger, die durch über den Umfang unterschiedliche Wandstärke über oder in durch Verformung den axialen Oberflächenabstand zu einem zugeordneten Sensor ändert, so daß ein drehwinkelabhängi­ ges Signal erzeugt werden kann.

22. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel durch über den Umfang einer Signalscheibe oder dgl. mehr Signalträger verteilte Signa­ le drehwinkelabhängig unterschiedlicher Intensität erzeugt werden.

23. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel durch eine Scheibe, Ring oder dergleichen mehr Signalträger, die ihren Außenumfang und damit ihren radialen Abstand zum einer Signalaufnahme­ einheit drehwinkelabhäng ändert, aufgenommen wird.

24. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassung bzw. Signalerzeu­ gung nach dem Hallprinzip, dem kapazitiven Prinzip, dem opti­ schen Prinzip, dem magnetostriktiven Prinzip, dem Induktiven Prinzip, dem Inkrementalen Prinzip oder einer Kombination daraus erfolgt.

25. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel und/oder die Drehzahl durch Erfassung der Kettenblattzähne erfolgt.

26. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kettenblatt durch Weglassen einzel­ ner oder mehrerer Ritzelzähne signalcodiert wird.

27. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein drehzahlabhängiges Signal die Drehbewegung der Kurbeln sensiert wird und bei Stillstand die Leistungssteuerung die Motorleistung unterbrochen wird.

28. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch versetztes Anordnen der Sensoren die Auflösung der Meßeinheit erhöht werden kann.

29. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch versetztes Anordnen der Sensoren ein permanentes Signal in der Meßeinheit empfangen werden kann.

30. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage mit einem manuellen Zusatz­ leistungsregler als Anfahrhilfe ausgerüstet ist.

31. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Signalgeber auf einem spindelförmigen Lagersitz sitzt und beim Verdrehen die drehmomentproportionale Änderung seiner axialen Position gemessen wird.

32. Leistungsmeß- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Scheibe, Ritzel oder dgl. mehr Antriebsmittel kraftschlüssig mit einem Positionsgeber verbunden ist, der spindelförmig gelagert mit der Drehung sei­ ne axiale Position und damit den Abstand zu einer Aufnahme­ einheit drehmomentproportional ändert.

33. Leistungsmeß- und Steuereinheit nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß Referenzgeber- und Signalscheibe mit einer Hebelmimik so miteinander verbunden sind, daß durch eine Relativdrehung von Referenzscheibe und Signal­ scheibe sich die axiale Position der Signalscheibe ändert.

34. Leistungsmeß- und Steuereinheit nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß Referenzgeber und Signalscheibe mit einer Hebelmimik so miteinander verbunden sind, daß durch eine Relativdrehung von Referenzscheibe und Signal­ scheibe sich die axiale Postition der Signalscheibe progressiv ändert.

35. Leistungsmeß- und Steuereinheit nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß Signalgeber und Referenzscheibe durch zwei in einem Abstand übereinanderliegende miteinan­ der verbundene unterschiedlich lange Bänder miteinander ver­ bunden sind, die gleichzeitig so übereinander angeordnet sind Referenzscheibe und Signalscheibe miteinander verbinden, so daß bei der Relativbewegung von Referenzscheibe zu Signal­ scheibe die übereinanderliegenden Verbindungen gleichzeitig gegenläufigen Materialspannungen, also oben Zug und unten Druck ausgesetzt sind und dadurch vor den Befestigungsteilen falls gelenklos ausgeführt eine Biegung stattfindet und die Be­ festigungslaschen an dem Ende an dem die Signalscheibe befestigt ist mit dieser ihre axiale Position ändern und damit ein von diesem drehmomentproportionalen Abstand abhängiges Signal erzeugen.

36. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Meßsystem um eine Nei­ gungsmeßeinheit erweitert ist zur Generierung eines Steuersi­ gnals für eine Getriebe.

37. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Meßsystem den Drehwinkel­ werte über die Rotation erfaßt und den Drehmomentwerten zu­ ordnet und daraus eine Signal zur ausgleichenden Leistungs­ steuerung eines additiven Zusatzantriebes generiert.

38. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Leistungssteuersystem durch eine manuelle Eingriffsmöglichkeit zur Regelung der Ge­ schwindigkeit beim Schieben erweitert ist.

38. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsansteuerung für den additiven Antrieb als Leistungsintegral über einen Kurbel­ winkelabschnitt erfolgt und kompensierend auf die Leistungstä­ ler des biologischen Antriebs gesteuert wird.

39. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Rücktritt ein reverses Steuersignal für eine weitere Steuerfunktion erzeugt werden kann.

40. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über das reverse Steuersignal die Bremsleistung des additiven Antriebs gesteuert werden kann.

41. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System mit einer manuell aktivierbaren Leistungsregelung als Anfahrhilfe ausgestattet ist, deren Leistungsgrenze an das Erreichen eines softwaresei­ tig festgelegten Tempolimits gebunden ist.

42. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Fahrzeugstop eine Anfahrhilfe manuell durch einen Schalter oder dgl. mehr Regler aktiviert werden kann.

43. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Fahrzeugstop soft­ wareseitig ein spezieller Anfahrprogrammodus aktiviert wird, der die Leistungszumessung und die drehwinkelabhängige Drehmomentmodulation des Systems bis zum Erreichen eines Geschwindigkeitslimits auf die Belange des Anfahrens opti­ miert.

44. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System mit einer manuellen Aktivierungsmöglichkeit für einen Schiebemodus ausgerüstet ist, der die Leistungszumessung im Bereich der Schrittge­ schwindigkeit ohne die Aktivierung der Tretkurbel ermöglicht.

45. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der sprunghaften Zunahme des Drehmomentes über einen softwareseitig festgelegten Deltawert das System in einen Beschleunigungsmodus schal­ tet.

46. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Antrieb über ein als Welle aus­ gebildetes Torsionselement mit dem auf der der Antriebsseite gegenüberliegenden Freilauf sich im Eingriff befindet.

47. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß unter der Verbindungswelle sich Sendespulen befinden mittels derer dieselbe angeregt wird und Empfängerspulen, mittels derer der Widerstand im magneti­ schen Fluß der magnetoelastischen Verbindungswelle gemes­ sen werden kann.

48. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hinterradantriebsritzelträger mit einer Signalträgerscheibe verbunden und über ein elastisches Element sich mit dem Freilauf im Eingriff mit der Nabenhülse befindet, welche mit einem Referenzsignalträger drehfest ver­ bunden eine der Verformung des elastischen Elementes pro­ portionale Relativbewegung beider Signalträger und damit eine unterschiedliche Überdeckung bewirkt.

49. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der antriebsseitige Ritzelträger über ein magnetoelastisches Element mit dem abtriebsseitigen Freilauf kraftschlüssig mit der Nabenhülse verbunden ist und sich auf der Achse Empfängerspulen und Sendespulen befin­ den, die das magnetoelastische Element erregen und ein dem Widerstand im magnetischen Fluß proportionales als Signal erzeugen können.

50. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ritzelträger der Hinterradnabe über ein elastisches Element sich mit dem Freilauf und der Na­ benhülse in Eingriff befindet, wobei je Antriebsseite und Ab­ triebsseite des torsionselastischen Elements mit einem Röhrchen verbunden sind, wobei beide Röhrchen mit Öffnun­ gen versehen sind, deren Überdeckung sich mit der Drehmo­ mentproportionalen der Relativverdrehung beider Röhrchen ändert.

51. Leistungsmeß- und Steuersystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß sich unter den mit einem torsionse­ lastischen Element antriebsseitig verbundenen Röhrchen und abtriebsseitig verbundenen Röhrchen eine Spule befindet, die über ein Wirbelstromfeld ein der Relativverdrehung beider Röhrchen proportionales Signal erzeugt.

52. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ritzelträger, welcher dreh­ fest mit einer Signalerzeugungsscheibe verbunden ist sich über ein torsionselastisches Element über einen Freilauf mit der Na­ benhülse im Eingriff befindet, welche mit einer Referenzsi­ gnalerzeugungsscheibe drehfest verbunden ist und beide Scheiben mit Signalöffnungen versehen sind, deren durch die torsionsbedingte Überschneidung veränderliche Größe mittels eines Sensors ermittelt wird.

53. Leistungsmeß- und Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenhülse einer Nabe oder eines Nabenmotors mit einer Referenzscheibe verbunden ist, die innerhalb der Nabe oder des Nabenmotors liegen kann und die mit Signalen versehen ist und die von einer Signalscheibe verbunden ist, die kraftschlüssig mit einem Torsionselement verbunden ist, wobei das Torsionselement drehfest mit der Na­ benhülse und mit dem Freilauf verbunden ist, so daß sich die­ ses verformt und eine Relativbewegung der Signalscheibe ver­ ursacht, welche ein veränderliches Signal erzeugt, das durch einen fest mit dem Fahrradrahmen verbundenen Optokoppler aufgenommen und an den Steuerrechner geleitet werden kann.