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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Zahnkranzanordnung, insbesondere eine Zahnkranzanordnung mit der Funktion zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft.
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Stand der Technik
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Fahrräder werden gerne als Sportgerät für die Freizeit und als Fortbewegungsmittel benutzt. Durch Treten auf die Pedale wird der Zahnkranz in Bewegung gebracht, wodurch das Hinterrad zum Drehen gebracht wird; auf diese Weise wird die Triebkraft für die Fortbewegung des Fahrrades produziert. Wenn der Benutzer bergauf fährt oder eine relativ lange Strecke fahren muss, kann die Fahrt aufgrund eines Kraftmangels an den Beinen, einer Überlastung der Beine oder einer Erschöpfung des Körpers des Benutzers beeinträchtigt werden; solche Fahrten sind besonders für ältere Leute, Frauen und Kinder anstrengend. Angesichts des Bedarfs sind Elektrofahrräder entwickelt worden.
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Neben der Möglichkeit zur Bereitstellung einer zusätzlichen Schubkraft für den Fahrer werden Elektrofahrräder auch mit Automatik ausgestattet, sodass eine dem beim Treten beim Fahrer auftretenden Widerstand entsprechende Größe der Schubkraft ausgewählt wird. Bei der Entwickelung der Automatik stellt es die größte Schwierigkeit dar, die beim Treten vom Fahrer eingesetzte Kraftgröße festzustellen, nach der der auf den Fahrer zu treffende Widerstand berechnet werden soll.
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Angesichts des o.g. Mangels bei der herkömmlichen Zahnkranzanordnung ist eine Zahnkranzanordnung mit der Funktion zur Erfassung der Torsionskraft für ein Elektrofahrrad hervorgebracht worden, welche Zahnkranzanordnung in der mit der Veröffentlichungsnummer
201422484 am 16.06.2013 bekannten taiwanesischen Patentanmeldung offenbart ist. Durch eine an der Zahnkranzanordnung angebrachte Sensoreinhheit 70 wird die beim Treten des Fahrers erzeugte Torsionskraft erfasst, gemäß der der im Tretvorgang beim Benutzer auftretende Widerstand berechnet wird, sodass ein elektrisch betriebener Antrieb unmittelbar eine Hilfstriebkraft bereitstellen kann, um den Fahrer beim Kraftausüben zu entlasen, wobei die Ausgangsleistung der Triebkraft jederzeit angepasst werden kann. So kann die Fahrt des Benutzers rechtzeitig mit zusätzlicher Triebkraft unterstützt werden, und der Benutzer muss dabei nicht hin und wieder die Ausgangsleistung des elektrisch betriebenen Antriebs kontrollieren.
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Jedoch weist die vorhergehende herkömmliche Zahnkranzanordnung folgende Mängel auf: der gesamte Aufbau der herkömmlichen Zahnkranzanordnung ist kompliziert und die Entwicklung und die Montage der Bauteile werden dadurch erschwert, sodass eine Massenproduktion nicht möglich ist; zudem verschieben ein erster und ein zweiter Magnetring durch den durch Treten entstehenden Widerstand versetzt, und der Verschiebungsabstand zwischen dem ersten und zweiten Magnetring wird durch die Sensoreinheit erfasst, wobei die Sensoreinheit mit zwei Hall-Effekt-ICs jeweils für den ersten und zweiten Magnetring ausgestattet werden muss, um die Entfernung sofort genau ermitteln zu können; eine derartige Ausgestaltung ist einerseits baulich kompliziert und andererseits insofern nachteilig, als eine Interferenz beim Erfassen stattfindet, wodurch ein Fehler hervorgebracht wird, der wiederum zu Defekten in Betrieb der Zahnkranzanordnung führt und die Möglichkeit verringert, dass die Zahnkranzanordnung an einem handelsüblichen Fahrradrahmen angebracht werden kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnkranzanordnung mit der Funktion zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft zu schaffen, mit der die beim Stand der Technik genannten Mängel beseitigt werden können.
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Technische Lösung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zahnkranzanordnung mit der Funktion zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Zahnkranzanordnung mit der Funktion zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft umfasst ein inneres Gehäuse, in dessen Mitte eine Durchbrechung vorgesehen ist, sodass das innere Gehäuse durch die Durchbrechung an einem Fünf-Wege-Rohr eines Fahrrades angebracht werden kann, wobei im Inneren des inneren Gehäuses eine Vielzahl von Spulen mit der Durchbrechung als Kreismittelpunkt angeordnet ist, wobei das innere Gehäuse mittels der Spulen an einen elektrisch betriebenen Antrieb elektrisch angeschlossen ist; ein Zahnkranzlager, das im inneren Gehäuse aufeinander gestapelt angeordnet ist, wobei im Zentrum des Zahnkranzlagers eine Drehlageröffnung angeordnet ist, wobei drei bogenförmige Aufnahmen mit der Drehlageröffnung als Mittelpunkt an einer Seitenfläche des Zahnkranzlagers angeordnet sind, wobei die bogenförmigen Aufnahmen zur Aufnahme von elastischen Elementen dienen, wobei an einer Seite der jeweiligen bogenförmigen Aufnahme eine Verbindungsaussparung erweitert ist, wobei das Zahnkranzlager ferner mit einer Ausnehmung versehen ist, die sich zwischen zwei der bogenförmigen Aufnahmen befindet und zur Aufnahme eines Hall-Effekt-ICs dient, wobei am Boden der Ausnehmung eine Vielzahl von Durchgängen vorgesehen ist, die durch das Zahnkranzlager hindurch gehen, wobei zwischen der Ausnehmung und der Drehlageröffnung eine bogenförmige Erfassungsaussparung und zwischen der Ausnehmung und der bogenförmigen Erfassungsaussparung ein Einschnitt vorgesehen ist, wobei der Einschnitt mit der Ausnehmung und der bogenförmigen Erfassungsaussparung kommuniziert; und eine Kurbel, an deren einem Ende eine Abdeckung ausgebildet ist, die mit dem Zahnkranzlager zusammengesetzt ist, wobei in der Mitte des Inneren der Abdeckung eine Verbindungsachse vorgesehen ist, um die herum eine Vielzahl von Anschlägen in Abstimmung auf die Verbindungsaussparungen angeordnet ist, wobei an der Abdeckung zwei Induktionsmagneten befestigt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zahnkranzanordnung mit der Funktion zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft.
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2 zeigt die erfindungsgemäße Zahnkranzanordnung, wobei ein Teil der Bauteile explosiv dargestellt ist.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Zahnkranzanordnung, wobei ein weiterer Teil der Bauteile explosiv dargestellt ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Montage eines Zahnrades gemäß der Erfindung.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Montage eines Zahnrades gemäß der Erfindung.
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6 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Zahnkranzanordnung im aufgebauten Zustand.
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7 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Zahnkranzanordnung im aufgebauten Zustand aus einem weiteren Sichtwinkel und in einem normalen Fahrzustand.
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8 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Zahnkranzanordnung in einem Fahrzustand mit Änderung der Torsionskraft.
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Wege der Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Die Erfindung soll nicht auf die Beschreibung und die beigefügte Zeichnung beschränkt werden.
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich, umfasst die erfindungsgemäße Zahnkranzanordnung mit der Funktion zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft ein inneres Gehäuse 10, ein Zahnkranzlager 20 und eine Kurbel 30. In der Mitte des inneren Gehäuses 10 ist eine Durchbrechung 11 vorgesehen, sodass das Gehäuse 10 durch die Durchbrechung 11 an einem Fünf-Wege-Rohr 41 eines Fahrrades 40 angebracht werden kann, wobei am Innendurchmesser des Fünf-Wege-Rohrs 41 des Fahrrades 40 ein innerer Gewindeabschnitt vorgesehen ist, wobei eine Dichthülse 42 durch die Durchbrechung 11 des inneren Gehäuses 10 geführt und so am Fünf-Wege-Rohr 41 verschraubt wird, um das innere Gehäuse 10 am Fünf-Wege-Rohr 41 zu befestigen, wobei durch das Fünf-Wege-Rohr 41 ferner eine Halteachse 43 geführt ist, mit der die Kurbel 30 montiert wird, wobei die Halteachse 43 durch die Durchbrechung 11 des inneren Gehäuses 10 herausragt, wobei im Inneren des inneren Gehäuses 10 eine Vielzahl von Spulen 12 mit der Durchbrechung 11 als Kreismittelpunkt angeordnet ist, wobei die Spulen 12 an ein Steuergerät 13 elektrisch angeschlossen ist, wobei das Steuergerät 13 wiederum an einen elektrich betriebenen Antrieb (nicht dargestellt) angeschlossen ist und so zum Antreiben desselben dient; das Zahnkranzlager 20 ist im inneren Gehäuse 10 aufeinander gestapelt angeordnet, wobei im Zentrum des Zahnkranzlagers 20 eine Drehlageröffnung 21 angeordnet ist, wobei drei bogenförmige Aufnahmen 22 mit der Drehlageröffnung 21 als Mittelpunkt an einer Seitenfläche des Zahnkranzlagers 20 angeordnet sind, wobei die bogenförmigen Aufnahmen 22 zur Aufnahme von elastischen Elementen 23 dienen, wobei an einer Seite der jeweiligen bogenförmigen Aufnahme 22 eine Verbindungsaussparung 221 erweitert ist, wobei das Zahnkranzlager 20 ferner mit einer Ausnehmung 24 versehen ist, die sich zwischen zwei der bogenförmigen Aufnahmen 22 befindet und zur Aufnahme einer Platine 25 dient, wobei die Platine 25 mit den Spulen 12 signalverbunden ist, wobei am Boden der Ausnehmung 24 eine Vielzahl von Durchgängen 241 vorgesehen ist, die durch das Zahnkranzlager 20 hindurch gehen, wobei an der Platine 25 mindestens drei Signalanschlussstifte 251 angeordnet sind, die jeweils durch die Durchgänge 241 geführt sind und sich so an die Spulen 12 des inneren Gehäuses 10 berührend anschließen, wobei an der Platine 25 ein Hall-Effekt-IC 252 angeordnet ist, wobei zwischen der Ausnehmung 24 und der Drehlageröffnung 21 eine bogenförmige Erfassungsaussparung 26 und zwischen der Ausnehmung 24 und der bogenförmigen Erfassungsaussparung 26 ein Einschnitt 261 vorgesehen ist, wobei der Einschnitt 261 mit der Ausnehmung 24 und der bogenförmigen Erfassungsaussparung 26 kommuniziert, wobei der Hall-Effekt-IC 252 durch den Einschnitt 261 in die bogenförmige Erfassungsaussparung 26 hineinragt; an einem Ende der Kurbel 30 ist eine Abdeckung 31 ausgebildet, die mit dem Zahnkranzlager 20 zusammengesetzt ist, wobei in der Mitte des Inneren der Abdeckung 31 eine Verbindungsachse 32 vorgesehen ist, wobei zwischen der Verbindungsachse 32 und der Drehlageröffnung 21 des Zahnkranzlagers 20 mindestens ein Lagerelement 33 angeordnet ist, wobei am Ende der Verbindungsachse 32 ein nichtrundes Montageloch 321 vorgesehen ist, wobei die Verbindungsachse 32 über das Montageloch 321 mit der Halteachse 43 des Fahrrades 40 gekuppelt ist, wobei um die Verbindungsachse 32 herum eine Vielzahl von Anschlägen 34 auf der Abdeckung 31 angeordenet ist, wobei die Anschläge 34 auf die Verbindungsaussparungen 221 abgestimmt sind, wobei an der Abdeckung 31 zwei Induktionsmagneten 35 nahe bei der Verbindungsachse 32 befestigt sind, wobei zwischen den beiden Induktionsmagneten 35 ein Verschiebungsabstand 351 vorhanden ist.
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Für den Zusammenbau der erfindungsgemäßen Zahnkranzanordnung wird auf 2 und 3 in Verbindung mit 6 und 7 verwiesen. Das innere Gehäuse 10 wird mittels einer Dichthülse 42 in ein Fünf-Wege-Rohr 41 eines Fahrrades 40 eingebaut, wobei die Halteachse 43 des Fünf-Wege-Rohrs 41 durch die Durchbrechung 11 herausragt; das Zahnkranzlager 20 wird an der Außenseite des inneren Gehäuses 10 aufeinander gestapelt angeordnet, wobei in jede der bogenförmigen Aufnahmen 22 jeweils ein elastisches Element 23 eingebaut wird; eine Platine 25 wird in die Ausnehmung 24 eingebaut, wobei sich der Hall-Effekt-IC 252 der Platine 25 über den Einschnitt 261 in die bogenförmige Erfassungsaussparung 26 erstreckt; die Signalanschlussstifte 251 werden so angeordnet, dass sie durch die Durchgänge 241 der Ausnehmung 24 herausragen und so mit den Spulen 12 des inneren Gehäuses 10 in Kontakt stehen; die Kurbel 30 wird mittels der Abdeckung 31 mit dem Zahnlager 20 anliegend zusammengesetzt, wobei die Verbindungsachse 32 in der Mitte der Abdeckung 31 mit in die Drehlageröffnung 21 des Zahnkranzlagers 20 eingesetzt wird; zwischen der Drehlageröffnung 21 und der Verbindungsachse 32 sind ferner zwei Lagerelemente 33 vorgesehen, wobei das Montageloch 321 der Verbindungsachse 32 auf die Halteachse 43 gesteckt und so mit derselben gekuppelt wird; die Anschläge 34 um die Verbindungsachse 32 herum werden der Reihe nach in die jeweils entsprechende Verbindungsaussparung 221 eingesetzt; die Kurbel 30 wird so angeordnet, dass sie mit der Verbindungsachse 32 in den Verbinungsaussparungen 221 des Zahnkranzlagers 20 versetzt verschieben kann und gleichzeitig von den elastischen Elementen 23 beaufschlagt wird, sodass die Kurbel 30 das Zahnkranzlager 20 mitbewegen und synchron schwenken kann; die beiden Induktionsmagneten 35 der Abdeckung 31 werden mit in die bogenförmigen Erfassungsaussparungen 26 eingesetzt; der Hall-Effekt-IC 252 der Platine 25 wird so angeordnet, dass er sich im Erfassungsabstand zwischen den beiden Induktionsmagneten 35 und zwar näher zu einem der Induktionsmagneten 35 befindet; am Außenumfang des Zahnkranzlagers 20 ist eine Vielzahl von Verbindungsteilen 27 für die Montage eines Zahnkranzes 28 vorgesehen ist (siehe 4); alternativ kann der Zahnkranz 28 zwischen das Zahnkranzlager 20 und die Abdeckung 31 der Kurbel 30 eingebaut werden (siehe 5).
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Für den Einsatz der erfindungsgemäßen Zahnkranzanordnung wird auf 6 und 7 verwiesen. Wenn das Fahrrad auf einer ebenen Straße oder bergab fährt, werden die Beine des Fahrers noch nicht übermäßig belastet, sodass der Fahrer kraftsparender fahren kann und nicht zusätzlich auf die Kurbel treten muss, wobei die Tretkraft kleiner ist als die elastische Kraft der elastischen Elemente 23 des Zahnkranzlagers 20; nun wird die mit der Kurbel 30 gekuppelte Abdeckung 31 von den elastischen Elementen 23 so beaufschlagt, dass sich die Abdeckung 31 und das Zahnkranzlager 20 synchron drehen; ferner wird das Hinterrad durch das Zahnrad 28 am Außenumfang des Zahnkranzlagers 20 angetrieben, wodurch sich ein normaler Fahrzustand ergibt.
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Wenn der Fahrer aber eine lange Strecke oder bergauf fährt, wie in 8 gezeigt wird, sind die Füsse mit der Kraft für den normalen Tretzustand nicht in der Lage, auf die Kurbel 30 zu treten, sodass der Fahrer aufstehen oder mit zusätzlicher Tretkraft die Kurbel so zum Drehen bringen muss, dass der auf die Kurbel 30 ausgeübte Tretdruck größer als der Koeffizient der elastischen Kraft der elastischen Elemente 23 sein soll, damit die Anschläge 34 die elastischen Elemente 23 so zusammendrücken, dass die Abdeckung 31 und das Zahnkranzlager 20 zueinander in eine versetzte Stellung kommen; gleichzeitig werden die beiden Induktionsmagneten 35 der Abdeckung 31 dazu gebracht, sich versetzt zu verschieben, sodass die Platine 25 durch den Hall-Effekt-IC 252 ein Signal über die Änderung des Magnetfeldes erhält und gleichzeitig dieses Signal in ein Signal über die Torsionskraft umwandelt, wobei das Signal über die Torsionskraft durch die Signalanschlussstifte 251 über die Spulen 12 auf das Steuergerät 13 übertragen wird, um den elektrisch betriebenen Antrieb (nicht dargestellt) anzuschalten, sodass der elektrisch betriebene Antrieb eine zusätzliche Triebkraft für das Radfahren bereitstellt. Des Weiteren variiert der Abstand des Hall-Effekt-ICs 252 zu den beiden Induktionsmagneten 35 durch die Änderung der Tretkraftsgröße des Fahrers, und das Magnetfeld verändert sich auch gleichzeitig, wobei die Platine 25 eine Information über die Änderung des Magnetfeldes erhält und ein entsprechendes Signal über die Torsionskraft auf das Steuergerät 13 überträgt, sodass das Steuergerät 13 den elektrisch betriebenen Antrieb dazu ansteuert, eine entsprechende Triebkraft auszugeben, durch die der Fahrer beim Radfahren entlastet wird.
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Zahnkranzanordnung folgende Vorteile auf:
- 1. Das Zahnkranzlager 20 und die Kurbel 30 stützen sich mittels der elastischen Elemente 23 und der Anschläge 34 aneinander ab und so miteinander gekuppelt sind, wobei eine Platine 25 zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft im Tretvorgang vorgesehen ist, sodass der im Tretvorgang beim Fahrer auftretende Widerstand berechnet wird, wobei der elektrisch betriebene Antrieb gemäß dem berechneten Widerstand unmittelbar eine Hilfstriebkraft zur Verfügung stellt, um den Fahrer beim Treten zu entlasten; zudem kann der Hall-Effekt-IC 252 umgehend zwischen zwei Induktionsmagneten 35 eine Erfassung vornehmen und die Änderung der Torsionskraft ermitteln, wobei die Ausgangsleistung der Triebkraft vom elektrisch betriebenen Antrieb durch das Steuergerät 13 stufenlos einstellbar ist, sodass der Benutzer nicht hin und wieder die Ausgangsleistung des elektrisch betriebenen Antriebs kontrollieren muss; und
- 2. die erfindungsgemäße Zahnkranzanordnung ist kompakt aufgebaut und einfach zusammenbaubar, sodass die Kosten für die Entwicklung des Aufbaus und für den Zusammenbau reduziert werden; des Weiteren ist die Zahnkranzanordnung so ausgestaltet, dass die Erfassung zwischen den beiden Induktionsmagneten 35 nur durch einen Hall-Effekt-IC 252 vorgenommen wird, wobei die Ausgestaltung den Vorteil hat, dass das Problem der Kompatibilität oder der Signalstörung zwischen den Strukturen nicht vorhanden ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Auftritts eines Defekts beim Einsatz erheblich verringert wird; zudem wird die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Zahnkranzanordnung dadurch vergrößert, dass sich die Zahnkranzanordnung durch ihren verbesserten Aufbau leichter an einem Gegenstand anbringen lässt.
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Die Erfindung betrifft somit eine Zahnkranzanordnung mit der Funktion zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft, die ein inneres Gehäuse 10, ein Zahnkranzlager 20 und eine Kurbel 30 umfasst, wobei sich das Zahnkranzlager 20 und die Kurbel 30 mittels von elastischen Elementen 23 und Anschlägen 34 aneinander abstützen und so miteinander gekuppelt sind, wobei ein Hall-Effekt-IC 252 zur Erfassung der Änderung der Torsionskraft vorgesehen ist, sodass der im Tretvorgang beim Fahrer auftretende Widerstand berechnet wird, wobei ein elektrisch betriebener Antrieb gemäß dem berechneten Widerstand unmittelbar eine Hilfstriebkraft zur Verfügung stellt, um den Fahrer beim Treten zu entlasten; zudem kann der Hall-Effekt-IC 252 umgehend zwischen zwei Induktionsmagneten 35 eine Erfassung vornehmen und die Änderung der Torsionskraft ermitteln, wobei die Änderung unmittelbar durch den elektrisch betriebenen Antrieb ausgegeben wird, sodass der Benutzer nicht hin und wieder die Ausgangsleistung des elektrisch betriebenen Antriebs kontrollieren muss.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein. Bezugszeichenliste
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Bezugszeichenliste
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- 10
- inneres Gehäuse
- 11
- Durchbrechung
- 12
- Spule
- 13
- Steuergerät
- 20
- Zahnkranzlager
- 21
- Drehlageröffnung
- 22
- bogenförmige Aufnahme
- 221
- Verbindungsaussparung
- 23
- elastisches Element
- 24
- Ausnehmung
- 241
- Durchgang
- 25
- Platine
- 251
- Signalanschlussstift
- 252
- Hall-Effekt-IC
- 26
- bogenförmige Erfassungsaussparung
- 261
- Einschnitt
- 27
- Verbindungsteil
- 28
- Zahnkranz
- 30
- Kurbel
- 31
- Abdeckung
- 32
- Verbindungsachse
- 321
- Montageloch
- 33
- Lagerelement
- 34
- Anschlag
- 35
- Induktionsmagnet
- 351
- Erfassungsabstand
- 40
- Fahrrad
- 41
- Fünf-Wege-Rohr
- 42
- Dichthülse
- 43
- Halteachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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