EP4770902A1

EP4770902A1 - Sensoranordnung für einen antriebsstrang eines fahrrads

Info

Publication number: EP4770902A1
Application number: EP24762265.7A
Authority: EP
Inventors: Ralph Guehrer; Thomas Riedisser; Uwe Griesmeier; Christoph Margraf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-08-30
Filing date: 2024-08-23
Publication date: 2026-07-08
Also published as: DE102023208295B3; WO2025045750A1; CN121729356A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sensoranordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads. Der Antriebsstrang weist einen Elektromotor mit einem Rotor (10) und ein Gehäuse (12) mit einem Innenraum auf. Die Sensoranordnung weist einen Sensor (14), eine Sendeeinheit (16), eine Empfangseinheit (22) und eine Durchführungseinheit (24) auf. Der Sensor (14) und die Sendeeinheit (16) sind drehfest mit dem Rotor (10) des Elektromotors verbunden. Die Sendeeinheit (16) ist zum Übertagen von einem Sensorsignal an die Empfangseinheit (22) ausgebildet. Die Empfangseinheit (22) ist in dem Innenraum an dem Gehäuse (12) befestigt. Die Durchführungseinheit (24) ist dazu ausgebildet, eine elektrische Schnittstelle (24) zu der Empfangseinheit (22) durch das Gehäuse (12) bereitzustellen. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen Antriebsstrang für ein Fahrrad.

Description

Sensoranordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads. Zudem bezieht sich die Erfindung auf einen Antriebsstrang.

Stand der Technik

Fahrräder können mit einem Antriebsmotor ausgerüstet sein, um den Fahrer bei dem Antreiben des Fahrrads mit Muskelkraft zu unterstützen. Beispielsweise kann ein Fahrrad einen Elektromotor aufweisen. Beispielsweise kann ein Fahrrad als Pedelec ausgebildet sein.

Die Integration eines solchen Antriebsmotors in einen Fahrradrahmen ist jedoch schwierig. Der Bauraum für den Antriebsmotor ist gering. Zudem soll üblicherweise auch ein Getriebe vorgesehen sein, welches unterschiedliche Übersetzungen bereitstellt und beispielsweise eine Antriebskraft von dem Antriebsmotor und dem Fahrer summiert. Zugangsöffnungen sind dabei häufig klein und alternativ oder zusätzlich nur einseitig vorgesehen, um den Fahrradrahmen nicht übermäßig zu schwächen.

Zudem ist es gewünscht, im Antriebsstrang relevante Betriebsgrößen zu messen, um eine für den Benutzer komfortable Steuerung des Antriebsmotors zu ermöglichen. Die Integration und Montage einer dafür benötigten Sensoranordnung ist jedoch aufgrund des geringen verfügbaren Bauraums besonders schwierig. Zudem muss eine Messung oft an beweglichen Teilen erfordern, sodass eine Sensorsignalübertragung mit zusätzlichen Schwierigkeiten verbunden ist.

Darstellung der Erfindung Ein erster Aspekt betrifft eine Sensoranordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads. Das Fahrrad kann beispielsweise zwei Laufräder aufweisen. Das Fahrrad kann als Pedelec ausgebildet sein. Der Antriebsstrang weist einen Elektromotor mit einem Rotor und ein Gehäuse mit einem Innenraum auf. Der Rotor kann mit einem Abtrieb des Antriebsstrangs wirkverbindbar sein. Der Elektromotor kann so einen Benutzer beim Antreiben des Fahrrads unterstützen. Der Elektromotor kann beispielsweise als Synchronmaschine oder Asynchronmaschine ausgebildet sein. Der Antriebsstrang kann eine Stromversorgung für den Elektromotor aufweisen, wie beispielsweise eine Batterie. Der Elektromotor kann mittels einer Leistungselektronik steuerbar sein. Der Rotor kann eine Motorwelle des Elektromotors ausbilden. Der Antriebsstrang kann eine Tretkurbelwelle aufweisen, an welcher Muskelkraft in den Antriebsstrang einleitbar sein kann. Die Tretkurbelwelle kann mit dem Abtrieb des Antriebsstrangs wirkverbindbar sein. Der Antriebsstrang kann ein Getriebe aufweisen. Mit dem Getriebe kann eine Antriebskraft von dem Elektromotor und der Tretkurbelwelle an den Abtrieb übertragbar sein. Der Abtrieb kann beispielsweise mittels einer Kette oder eines Riemens mit einem der Laufräder des Fahrrads verbunden sein. Das Getriebe kann in einem Tretlagerbereich an einem Fahrradrahmen des Fahrrads angeordnet sein. Der Elektromotor kann in dem Tretlagerbereich an dem Fahrradrahmen des Fahrrads angeordnet sein. Der Elektromotor kann als Mittelmotor an dem Fahrrad angeordnet sein. Der Elektromotor kann wenigstens teilweise in dem Innenraum des Gehäuses aufgenommen sein. Das Getriebe kann wenigstens teilweise in dem Innenraum des Gehäuses aufgenommen sein. Das Gehäuse kann abgedichtet sein. Beispielsweise kann der Innenraum ein Ölraum sein. Durch das Öl kann der Elektromotor und alternativ oder zusätzlich das Getriebe geschmiert werden. Das Gehäuse kann beispielsweise durch den Fahrradrahmen gebildet sein. Das Gehäuse kann aber auch durch ein oder mehrere separate Bauteile gebildet sein. An dem Gehäuse ist beispielsweise ein Stator des Elektromotors drehfest befestigt.

Die Sensoranordnung weist einen Sensor, eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und eine Durchführungseinheit auf. In einer anderen Ausführungsform weist die Sensoranordnung nur den Sensor auf und die Sendeeinheit, die Empfangseinheit und die Durchführungseinheit sind optional. In einer anderen Ausführungsform weist die Sensoranordnung nur die Sendeeinheit auf und der Sensor, die Empfangseinheit und die Durchführungseinheit sind optional. In einer anderen Ausführungsform weist die Sensoranordnung nur die Empfangseinheit auf und die Sendeeinheit, der Sensor und die Durchführungseinheit sind optional.. In einer anderen Ausführungsform weist die Sensoranordnung nur die Durchführungseinheit auf und die Sendeeinheit, die Empfangseinheit und der Sensor sind optional. Die jeweiligen Einheiten der Sensoranordnung und auch der Sensor selber können also optional sein. Beispielsweise kann der erste Aspekt nur die Integration der Sendeeinheit und des Sensors, der Empfangseinheit und alternativ oder zusätzlich der Durchführungseinheit betreffen.

Der Sensor ist drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden. Beispielsweise ist der Sensor an dem Rotor befestigt. Der Sensor kann beispielsweise als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein. Durch den Sensor kann eine Betriebsgröße des Elektromotors oder auch allgemein des Antriebsstrangs messbar sein, beispielsweise durch ein Erfassen einer Verformung des Rotors. Die Verformung, meistens Dehnung, wird beispielsweise durch eine Torsionsbelastung durch Antriebskräfte verursacht. Mit dem Sensor kann eine Größe erfassbar sein, welche zu einem Drehmoment, einer Drehzahl und alternativ oder zusätzlich einer Drehwinkelposition korrespondiert. Beispielsweise kann mit der Sensoranordnung eine Drehzahl und alternativ oder zusätzlich ein Drehmoment des Antriebsstrangs, des Elektromotors und alternativ oder zusätzlich der Tretkurbelwelle erfassbar sein. Durch die drehfeste Verbindung des Sensors mit dem Rotor kann dort direkt und mit geringen Störungen eine relevante Betriebsgröße erfasst werden, beispielsweise zum Steuern des Elektromotors und alternativ oder zusätzlich des Getriebes. Der Sensor kann in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet sein, beispielsweise zusammen mit dem Rotor.

Die Sendeeinheit ist zum Übertagen von einem Sensorsignal an die Empfangseinheit ausgebildet. Die Sendeeinheit kann eine Antenne aufweisen. Das Sensorsignal kann durch den Sensor erzeugt werden. Beispielsweise kann das Sensorsignal per Funk an die Empfangseinheit übertragen werden. So ist kein Schleifkontakt zur Signalübertragung an ein relativ zu dem sich drehenden Rotor stehendes Bauteil notwendig, welcher die Signalqualität erheblich beeinträchtigen könnte und viel Bauraum benötigt sowie zusätzlichen Widerstand verursachen kann. Die Sendeeinheit kann drehtest mit dem Rotor des Elektromotos verbunden sein. Dadurch kann die Signalübertragung des Sensorsignals von dem Sensor zu der Sendeeinheit einfach sein. Beispielsweise kann der Sensor mit der Sendeeinheit per Kabel verbunden sein. Dieses Kabel kann beispielsweise zum Schutz und zur Befestigung mit dem Rotor verklebt sein und alternativ oder zusätzlich eingegossen sein. Die Sendeeinheit kann eine Platine aufweisen. Die Sendeeinheit kann beispielsweise als PCB ausgebildet sein. Die Sendeeinheit kann beispielsweise scheibenförmig ausgebildet sein. Die Sendeeinheit kann eine Geberelektronik sein. Die Sendeeinheit und alternativ oder zusätzlich der Sensor können mit dem Rotor oder sogar dem gesamten Elektromotor eine Baugruppe bilden, welche gemeinsam montierbar ist, beispielsweise in dem Gehäuse.

Die Empfangseinheit kann in dem Innenraum an dem Gehäuse befestigt sein. Dadurch kann die Empfangseinheit geschützt aufgenommen sein. Die Empfangseinheit kann dazu ausgebildet sein, das Sensorsignal zu empfangen. Beispielsweise kann die Empfangseinheit eine Antenne aufweisen. Die Empfangseinheit kann relativ zu dem Gehäuse unbeweglich sein. Die Empfangseinheit kann eine Stromübertragungsvorrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, kabellos Strom an die Sendeeinheit und alternativ oder zusätzlich den Sensor zu übertragen. Beispielsweise kann die Empfangseinheit induktiv über eine Spule die Sendeeinheit mit Strom versorgen. Über die Sendeeinheit kann der Sensor mit Strom versorgbar sein. Die Empfangseinheit kann eine Platine aufweisen. Die Empfangseinheit kann beispielsweise als PCB ausgebildet sein. Die Empfangseinheit kann beispielsweise scheibenförmig ausgebildet sein. Die Empfangseinheit kann eine Nehmerelektronik sein. Die Empfangseinheit kann separat zu dem Elektromotor montierbar sein.

Beispielsweise kann die Empfangseinheit zunächst durch eine Zugangsöffnung in das Gehäuse zur Montage axial eingeschoben und befestigt werden. Anschließend kann die Sendeeinheit und der Elektromotor durch die gleiche Zugangsöffnung montiert werden. Die Sendeeinheit kann beispielsweise eine rotationssymmetrische Grundform aufweisen oder rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Die Durchführungseinheit ist dazu ausgebildet, eine elektrische Schnittstelle zu der Empfangseinheit durch das Gehäuse bereitzustellen. Die Durchführungseinheit kann das Gehäuse einseitig verschließen. Die Durchführungseinheit kann wenigstens teilweise in dem Gehäuse angeordnet sein. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine Verbindung zu einem Inverter, einer Leistungselektronik, einer Steuereinheit und alternativ oder zusätzlich einer Auswerteinheit des Antriebsstrangs bereitstellen. Die Schnittstelle kann beispielsweise ein elektrischer Kontakt sein. Die Durchführungseinheit ist beispielsweise mit dem Gehäuse und alternativ oder zusätzlich mit der Empfangseinheit verbunden. Die Durchführungseinheit kann an dem Gehäuse befestigt sein, beispielsweise an einer Durchgangsöffnung. Die Durchgangsöffnung kann beispielsweise nicht zur Montage des Elektromotors geeignet sein. Die Durchführungseinheit kann eine kleinere Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen als die Empfangseinheit. Beispielsweise kann sich die Empfangseinheit komplett um eine Drehachse des Rotors herum erstrecken, beispielsweise als ringförmiges Bauteil. Beispielsweise kann sich die Durchführungseinheit nur in einem kleinen Winkelbereich erstrecken und keinen Ring ausbilden.

Die Sensoranordnung kann kompakt sein, einfach zu montieren sein und eine sichere und bauraumsparende Befestigung aller Komponenten ermöglichen.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Sendeeinheit beabstandet zu dem Sensor an dem Rotor befestigt ist. Beispielsweise kann die Sendeeinheit axial und alternativ oder zusätzlich radial zu dem Sensor an dem Rotor befestigt sein. Die Sendeeinheit und der Sensor können beispielsweise ohne direkten Kontakt miteinander angeordnet sein. Beispielsweise kann der Rotor einen axialen Vorsprung aufweisen, an welchem die Sendeeinheit befestigt ist, nicht jedoch der Sensor. Dadurch kann eine Beeinflussung der Messung durch die Sendeeinheit reduziert werden. Beispielsweise kann eine Befestigung der Sendeeinheit den Rotor lokal versteifen, sodass eine Verformungsmessung an der Stelle der Befestigung der Sendeeinheit nicht mehr korrekt zu der Betriebsgröße korrespondiert. Auch ein elektromagnetisches Feld der Sendeeinheit kann den Sensor beeinflussen, was durch eine Beabstandung reduziert werden kann. Die Betriebsgrößenerfassung kann so besonders genau sein und trotzdem die Sendeeinheit und der Sensor eine kompakte Baugruppe mit dem Rotor bilden, welche gemeinsam einfach montierbar sein kann. Die Sendeeinheit und optional auch der Sensor können an einem Topf des Rotors befestigt sein. Der Rotor kann einen Topf und auch andere damit permanent drehfest verbundene Bauteile aufweisen. Die Sendeeinheit und alternativ oder zusätzlich der Sensor können spielfrei mit dem Rotor verbunden sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Sendeeinheit von einem Sensorbereich schubspannungsentkoppelt ist. Der Sensorbereich kann ein Bereich des Rotors sein, an welchem der Sensor misst. Beispielsweise kann der Sensorbereich ein Bereich sein, an welchem ein als Dehnungsmessstreifen ausgebildeter Sensor angeklebt ist. Durch die Schubspannungsentkopplung kann eine Deformation des Rotors im Betrieb unabhängig oder nahezu unabhängig von der Sendeeinheit erfolgen. Schubspannungseinflüsse von der Sendeeinheit auf den Sensorbereich können entkoppelt werden. Eine solche Entkopplung kann beispielsweise durch eine axiale Beabstandung, Krümmungen in dem Rotor zwischen der Sendeeinheit und dem Sensorbereich und Durchgangsöffnungen im Rotor zwischen der Sendeeinheit und dem Sensorbereich erreicht werden. Beispielsweise kann ein axialer Vorsprung die Entkopplung bewirken. Auch eine weiche und alternativ oder zusätzlich elastische Befestigung der Sendeeinheit mit dem Rotor kann die Entkopplung bewirken. Beispielsweise kann die Sendeeinheit mit dem Rotor kunststoffheißverstemmt sein. Ein Verbindungsbauteil, welches beispielsweise stiftförmig ausgebildet sein kann und verstemmt wird, kann dabei weicher als die Platine und der Rotor sein, sodass sich das Verbindungsbauteil zur Schubspannungsentkopplung deformieren kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass der Rotor ein Blechumformteil aufweist, an welchem der Sensor und die Sendeeinheit befestigt sind. Beispielsweise kann das Blechumformteil in einem Tiefziehprozess geformt werden. Durch das Blechumformteil können die Beabstandung in der Befestigung und die Schubspannungsentkopplung einfach bereitgestellt werden. Zudem kann das Blechumformteil einfach für verschiedene Befestigungsarten der Sendeeinheit, wie ein Verstemmen, konfiguriert werden. Das Blechumformteil kann beispielsweise eine rotationssymmetrische Grundform aufweisen oder rotationssymmetrisch ausgebildet sein.

Das Blechumformteil kann einen Vorsprung ausbilden, an welchem die Sendeeinheit befestigt ist. Der Vorsprung kann sich beispielsweise axial erstrecken, insbesondere weg von dem Sensor. Der Vorsprung kann eine Durchstellung bilden, an welcher die Sendeeinheit befestigt sein kann. Das Blechumformteil kann mehrere Durchstellungen aufweisen. Es kann eine Durchstellung oder mehrere Durchstellungen pro Vorsprung vorgesehen sein. Die Durchstellung kann eine Durchgangsöffnung bilden. Die Durchstellung am Blechumformteil kann beispielsweise zur axialen Versenkung eines Nietkopfs und als Abstandselement zur Anlage der Sendeeinheit dienen. Beispielsweise können drei Durchstellungen vorgesehen sein, welche beispielsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet angeordnet sind. Durch drei Durchstellungen kann eine Position der Sendeeinheit eindeutig definiert werden. Die Befestigung der Sendeeinheit kann so verwindungsfrei und stabil sein. Der Sensor ist beispielsweise nicht an dem Vorsprung befestigt. Der Sensor ist beispielsweise zu dem Vorsprung beabstandet angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Sendeeinheit mit dem Rotor verstemmt ist. Dafür kann die Sendeeinheit und der Rotor jeweils eine Durchgangsöffnung aufweisen, in welcher ein Verbindungsteil angeordnet ist. Das Verstemmen kann eine spielfreie und vorgespannte Verbindung ermöglichen. Zudem kann eine Kraftübertragung durch eine geeignete Materialwahl des Verbindungsteils gering sein. Beispielsweise kann das Verbindungsteil aus Kunststoff sein. Beispielsweise kann die Sendeeinheit mit dem Rotor kunststoffheißverstemmt sein. Das Verstemmen kann mit einem heißen Stempel oder Infrarotstrahlung erfolgen.

Alternativ kann die Sendeeinheit mit dem Rotor auch verklebt, verschraubt, vernietet oder verclipst sein. Auch ein Anspritzen der Sendeeinheit oder ein Vergießen der Sendeeinheit mit dem Rotor ist möglich.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Durchführungseinheit mit dem Gehäuse abdichtet. Die Durchführungseinheit kann beispielsweise einen Stöpsel oder einen Deckel für das Gehäuse bilden. Die Durchführungseinheit kann ein Grundbauteil und ein Dichtungselement aufweisen. Beispielsweise kann ein O-Ring als Dichtelement zwischen dem Grundbauteil und einer Wandung einer Durchgangsöffnung des Gehäuses, in welcher die Durchführungseinheit angeordnet ist, angeordnet sein. Weitere geeignete Dichtungen sind Formdichtungen, Lippendichtungen oder an dem Grundbauteil angespritzte Dichtungen. Das Grundbauteil kann ein Kunststoffbauteil sein. Das Abdichten kann aber auch durch ein Verkleben oder Anspritzen des Grundbauteils an das Gehäuse erfolgen. Durch die Abdichtung kann die Durchführungseinheit einen Ölraum zusammen mit dem Gehäuse verschließen und abdichten.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Durchführungseinheit mit der Empfangseinheit abdichtet. Beispielsweise kann das Grundbauteil an der Empfangseinheit angespritzt oder angeklebt sein, sodass zwischen dem Grundbauteil und der Empfangseinheit abgedichtet wird. Es kann aber auch ein weiteres Dichtungselement zwischen dem Grundbauteil und der Empfangseinheit vorgesehen sein. Beispielsweise kann dort ein O-Ring angeordnet sein. Weitere geeignete Dichtungen sind auch hier Formdichtungen, Lippendichtungen oder an dem Grundbauteil angespritzte Dichtungen. Durch die Abdichtung zwischen der Durchführungseinheit und der Empfangseinheit kann auf eine Abdichtung elektrischer Kontakte in dem Grundbauteil verzichtet werden. Beispielsweise kann das Grundbauteil einfach eine Durchgangsöffnung als Schnittstelle aufweisen, durch welche jeweilige elektrische Leitungen geführt sein können.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Durchführungseinheit einen elektrischen Kontakt mit der Empfangseinheit als Schnittstelle aufweist. Beispielsweise kann in dem Grundbauteil der Durchführungseinheit ein elektrischer Kontakt eingegossen sein, welcher an einer dem Innenraum bzw. der Empfangseinheit zugewandten Seite und einer dem Innenraum abgewandten Seite kontaktierbar ist. Der elektrische Kontakt kann abgedichtet sein. Dadurch kann auf eine Abdichtung zwischen der Empfangseinheit und der Durchführungseinheit verzichtet werden. Der elektrische Kontakt kann auf einer der Empfangseinheit abgewandten Seite zugänglich sein. Der elektrische Kontakt kann sich durch das Grundbauteil hindurch erstrecken.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Durchführungseinheit wenigstens eine Durchgangsöffnung als Schnittstelle aufweist. Dadurch können besonders einfach eine elektrische Leitung oder ein anderes Element mit der Empfangseinheit kontaktiert werden. Zudem kann die Durchführungseinheit so besonders leicht sein. Beispielsweise ist die Durchführungseinheit mit der Empfangseinheit abgedichtet, damit durch die Durchführungsöffnung kein Öl aus dem Innenraum entweichen kann. Diese Abdichtung kann mit der Empfangseinheit die Durchgangsöffnung von dem Innenraum des Gehäuses beispielsweise abgrenzen.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Empfangseinheit mit einer axialen Spannung an dem Gehäuse befestigt ist. Dadurch kann die Empfangseinheit in einer vordefinierten Position spielfrei gehalten werden. Entsprechend kann eine Signalübertragung besonders störungsfrei sein. Die Empfangseinheit kann beispielsweise ein Befestigungselement und eine Platine aufweisen. Das Befestigungselement und die Platine können einstückig oder als separate Bauteile ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Empfangseinheit mittels eines Clips, eines Kunststoffrings, eines Elastomers zwischen Befestigungsteil und Platine, einer Wellfeder, eines Sicherungsrings, einer Halbschale aus Stahl oder Kunststoff axial vorgespannt an dem Gehäuse gehalten sein. Die Vorspannung kann auch durch eine axiale Elastizität der Platine, beispielsweise durch gezielte Schwächungen mit Löchern, bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Empfangseinheit an einem Anschlag und alternativ oder zusätzlich einer Nut des Gehäuses angeordnet sein und dort axial in eine Richtung durch das Befestigungselement gedrückt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Empfangseinheit an dem Gehäuse eingeclipst ist. Beispielsweise kann die Empfangseinheit eine Schnappverbindung mit dem Gehäuse eingehen. Durch das Einclipsen kann die Montage besonders einfach sein. Beispielsweise kann die Empfangseinheit einfach durch das Gehäuse bis in die Endposition geschoben werden und dort einrasten. Dann ist beispielsweise kein Verschrauben von sehr kleinen Schrauben mit einem sehr langen Schraubenzieher notwendig, was einen Monteur vor erhebliche Schwierigkeiten stellen kann. Die Platine und alternativ oder zusätzlich das Befestigungselement können beispielsweise eine rotationssymmetrische Grundform aufweisen oder rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Die Befestigung der Empfangseinheit kann so selbstzentrierend sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung kann es vorgesehen sein, dass die Durchführungseinheit an der Empfangseinheit befestigt ist. Die Durchführungseinheit und die Empfangseinheit können eine gemeinsame Baugruppe bilden. Diese Baugruppe kann zusammen an dem Gehäuse montiert werden. Beispielsweise kann die Durchführungseinheit über die Empfangseinheit in der Durchgangsöffnung des Gehäuses gehalten werden. Die Durchführungseinheit kann beispielsweise an der Empfangseinheit angeklebt, eingeclipst, angeschweißt, angeschraubt oder angenietet sein. Die Durchführungseinheit kann an der Empfangseinheit auch angespritzt sein oder mit der Empfangseinheit verstemmt sein.

Ein zweiter Aspekt betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrrad. Das Fahrrad kann den Antriebsstrang aufweisen. Der Antriebsstrang kann zur Übertragung einer Antriebskraft an ein Laufrad des Fahrrads ausgebildet sein. Der Antriebsstrang weist einen Elektromotor mit einem Rotor und ein Gehäuse mit einem Innenraum auf. Der Antriebsstrang weist eine Sensoranordnung gemäß dem ersten Aspekt auf. Die Sensoranordnung kann zum Erfassen einer Betriebsgröße des Antriebsstrangs ausgebildet sein. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des zweiten Aspekts Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des ersten Aspekts dar.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Sensoranordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads. Fig. 2 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht die Sensoranordnung gemäß Fig. 1 .

Fig. 3 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht eine weitere Ausführungsform einer Sensoranordnung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführunqsformen

In Fig. 1 ist schematisch eine Sensoranordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads gezeigt, wobei weitere Details in Fig. 2 gezeigt sind. Der Antriebsstrang weist einen Elektromotor mit einem Rotor 10 und ein Gehäuse 12 mit einem Innenraum auf. An dem Gehäuse 12 ist ein Stator des Elektromotors befestigt. Die Sensoranordnung weist einen als Dehnungsmesstreifen ausgebildeten Sensor 14 auf, welcher direkt auf den Rotor 10 aufgeklebt ist und damit an dem Rotor 10 drehfest befestigt ist. Die Sensoranordnung weist eine Sendeeinheit 16 auf, welche mittels eines als Clip oder eines heißverstemmten Pins als Verbindungsteil 18 über ein mit dem Rotor 10 drehfest verbundenes Abstandselement an dem Rotor 10 drehfest befestigt ist. Der Sensor 14 und dessen Messbereich einer Verformung des Rotors 10 sind damit von der Sendeeinheit 16 axial beabstandet. Das Verbindungsteil 18 ist zudem auch radial von dem Sensor 14 und dem Messbereich beabstandet. Die Sendeeinheit 16 ist von dem Sensorbereich schubspannungsentkoppelt. Der Sensor 14 ist mittels einer elektrischen Leitung 20 zur Sensorsignalübertragung mit der Sendeeinheit 16 verbunden. Die elektrische Leitung 20 ist dabei zum Schutz mit der Sendeeinheit 16 wenigstens teilweise vergossen.

Die Sensoranordnung weist ferner eine Empfangseinheit 22 auf. Die Empfangseinheit 22 ist mittels eines Klebers an dem Gehäuse 12 drehfest befestigt. Zudem ist das Gehäuse 12 von der Empfangseinheit 22 elektrisch isoliert, hier mit einem Isolationslack. Zwischen der Empfangseinheit 22 und der Sendeeinheit 16 ist ein axialer Spalt ausgebildet. Die Sendeeinheit 16 ist zum Übertagen von dem Sensorsignal an die Empfangseinheit 22 per Funk ausgebildet. Die Empfangseinheit 22 ist zum Empfangen des Sensorsignals mittels Funks und zur kabellosen Stromversorgung der Sendeeinheit 16 und des Sensors 14 mittels Induktion ausgebildet.

Die Sensoranordnung weist eine Durchführungseinheit 24 auf. Die Durchführungseinheit 24 ist in einer Durchgangsöffnung des Gehäuses 12 angeordnet. Die Durchführungseinheit 24 ist dazu ausgebildet, eine elektrische Schnittstelle zu der Empfangseinheit 22 durch das Gehäuse 12 bereitzustellen. In dem gezeigten Beispiel verbindet die elektrische Schnittstelle die Empfangseinheit 22 mit einer außerhalb des Innenraums des Gehäuses 12 angeordneten ECU 26 des Antriebsstrangs. Der Rotor 10, der Sensor 14, die Sendeeinheit 16 und die Empfangseinheit 22 sind in dem Innenraum des Gehäuses 12 angeordnet.

In Fig. 2 ist in einer schematischen Schnittansicht die Antriebsanordnung und die Sensoranordnung mit weiteren Details in einer Ausführungsform dargestellt. Beispielsweise ist hier auch eine Tretkurbelwelle 42 gezeigt, welche sich durch das Gehäuse 12 hindurch erstreckt.

Wie zu erkennen ist, weist der Rotor 10 ein Blechumformteil 40 auf. Das Blechumformteil 40 bildet drei in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Vorsprünge 44 mit einer Durchstellung in Form einer Durchgangsöffnung aus. Jeder Vorsprung 44 erstreckt sich in Axialrichtung zu der Sendeeinheit 16 und der Empfangseinheit 22 von dem restlichen Elektromotor weg. In der Durchstellung ist jeweils ein Verbindungsteil 18 angeordnet, wobei diese hier als heißverstemmte Pins ausgebildet ist. Ein Kopf des Verbindungsteil 18 ist dabei in dem Vorsprung 44 versenkt. Ein weiterer Kopf des Verbindungsteils 18 erstreckt sich in den Spalt zwischen Empfangseinheit 22 und Sendeeinheit 16. Dadurch können die

Vorsprünge 44 eine Beabstandung und Befestigung der Sendeeinheit 16 ermöglichen, welche weniger Bauraum benötigt als andere Befestigungsmöglichkeiten oder zumindest im Vergleich weitestgehend bauraumneutral sind. Zudem wird eine Beeinflussung der Messung der Betriebsgröße durch die Sendeeinheit 16 und deren Befestigung an dem Rotor 10 vermieden. Die Sendeeinheit 16 ist dauerhaft spielfrei mit dem Rotor 10 verbunden. In Fig. 2 ist weiterhin zu erkennen, dass die Empfangseinheit 22 ein Befestigungselement 46 und eine scheiben- und ringförmige Platine 48 aufweist. Das Befestigungselement 46 ist an einer Nut des Gehäuses 12 radial innen eingeclipst und hier ebenfalls ringförmig ausgebildet. Beispielsweise ist das Befestigungselement 46 einstückig mit der Platine 48 ausgebildet und durch radial nach innen vorstehende elastische Zähne geformt. Diese stehen an dem Gehäuse 12 bzw. der Nut an. Das Befestigungselement 46 spannt die Empfangseinheit 22 bzw. die Platine 48 axial in eine Richtung weg von der Sendeeinheit 16 vor. Dadurch wird eine definierte Lage erreicht und der Spalt zwischen der Empfangseinheit 22 und der Sendeeinheit 16 kann trotz der Erschütterungen bei einem Fahren mit dem Fahrrad klein sein. Die Platine 48 kann aber auch selbst dafür in einer Ausführungsform elastisch sein, beispielsweise durch gezielte Schwächungen in Form von Öffnungen und Aussparungen. Zudem kann die Platine 48 in Ausführungsformen an dem Gehäuse 12 anliegen. Das Befestigungselement 46 ist in einer anderen Ausführungsform als elastischer Kunststoffspritzgussring ausgebildet, welcher an die Platine 48 angespritzt wurde. Das Befestigungselement 46 kann in anderen Ausführungsformen als Wellfeder, Sicherungsring oder Halbschale ausgebildet sein.

Die Durchführungseinheit 24 ist dauerhaft mit der Empfangseinheit 22 verbunden. Dadurch wird eine Baugruppe gebildet, welche gemeinsam in das Gehäuse 12 eingeschoben und daran befestigt werden kann.

In Fig. 2 ist die Durchführungseinheit 24 mit weiteren Details dargestellt. Die Durchführungseinheit 24 weist ein Grundbauteil 50 auf, welches als Spritzgussschale aus Kunststoff ausgebildet ist. Das Grundbauteil 50 ist hier an der Empfangseinheit 22 angespritzt. In anderen Ausführungsformen ist das Grundbauteil 50 anders mit der Empfangseinheit 22 verbunden, wie angeclipst. Die Schnittstelle ist in dieser Ausführungsform eine Vielzahl von elektrischen Kontakten, welche in dem Grundbauteil 50 eingegossen sind. Das Grundbauteil 50 ist teilweise in der Durchgangsöffnung des Gehäuses 12 angeordnet. Radial außen weist das Grundbauteil 50 einen O-Ring 52 als Dichtungselement auf, welcher die Durchführungseinheit 24 mit dem Gehäuse 12 abdichtet. Da die Kontakte ebenfalls dicht in dem Grundbauteil 50 integriert sind, verschließt die Durchführungseinheit 24 das Gehäuse 12 hier öldicht unter Bereitstellung eines elektrischen Zugangs.

In Fig. 2 ist zu erkennen, dass die ECU 26 durch einen Deckel 54 geschützt wird, welcher abdichtend mit dem Gehäuse 12 verbunden ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sensoranordnung. Der Schnitt ist dabei anders ausgerichtet, sodass kein Vorsprung 44 und auch keine Befestigung der Sendeeinheit 16 gezeigt ist. Wesentliche Unterschiede bei der dritten Ausführungsform betreffen die Durchführungseinheit 24. Diese weist nun eine angespritzte Dichtlippe 60 statt eines O-Rings 52 zur Abdichtung mit dem Gehäuse 12 auf. Bei dieser Ausführungsform ist das Grundbauteil 50 zudem abdichtend mit der Empfangseinheit 22 verbunden. An einer der Durchführungseinheit 24 zugewandten Seite bildet sich so ein Zwischenraum aus, welcher gegenüber dem Innenraum des Gehäuses 12 abgedichtet ist. Zu diesem Zweck ist die Empfangseinheit 22 mit dem Grundbauteil 50 in der gezeigten Ausführungsform abdichtend verstemmt. Für die Verstemmung ist auch hier ein Verbindungsbauteil 62 vorgesehen, welches auch zwischen der Empfangseinheit 22 und dem Grundbauteil 50 abdichtet. Alternativ kann auch ein zusätzliches Dichtelement, wie ein O-Ring vorgesehen sein. Auch eine Abdichtung durch ein Verkleben oder Anspritzen des Grundbauteils 50 ist eine mögliche Ausführungsform.

Das Grundbauteil 50 weist für elektrische Kontakte oder elektrische Leitungen jeweils eine Durchgangsöffnung 64 zu dem Zwischenraum auf. Diese Durchgangsöffnungen 64 sind nicht abgedichtet, da der Zwischenraum bereits gegenüber dem Innenraum abgedichtet ist. Die elektrischen Leitungen können dann einfach mit der Empfangseinheit 22 verlötet sein. Statt mehrere Durchgangsöffnungen 64 kann das Grundbauteil 50 auch als Ring ausgebildet sein und so eine zentrale Durchgangsöffnung ausbilden. Bezuqszeichen

Rotor

Gehäuse

Sensor

Sendeeinheit

Verbindungsteil

Leitung

Empfangseinheit

Durchführungseinheit

ECU

Blechumformteil

Tretkurbelwelle

Vorsprung

Befestigungselement

Platine

Grundbauteil

O-Ring

Deckel

Dichtlippe

Verbindungsbauteil

Durchgangsöffnung

Claims

Patentansprüche

1 . Sensoranordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads, wobei der Antriebsstrang einen Elektromotor mit einem Rotor (10) und ein Gehäuse (12) mit einem Innenraum aufweist, wobei die Sensoranordnung einen Sensor (14), eine Sendeeinheit (16), eine Empfangseinheit (22) und eine Durchführungseinheit (24) aufweist, wobei der Sensor (14) und die Sendeeinheit (16) drehfest mit dem Rotor (10) des Elektromotors verbunden sind, wobei die Sendeeinheit (16) zum Übertagen von einem Sensorsignal an die Empfangseinheit (22) ausgebildet ist, wobei die Empfangseinheit (22) in dem Innenraum an dem Gehäuse (12) befestigt ist, und wobei die Durchführungseinheit (24), welche dazu ausgebildet ist, eine elektrische Schnittstelle (24) zu der Empfangseinheit (22) durch das Gehäuse (12) bereitzustellen.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (16) beabstandet zu dem Sensor (14) an dem Rotor (10) befestigt ist.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (16) von einem Sensorbereich schubspannungsentkoppelt ist.

4. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) ein Blechumformteil (40) aufweist, an welchem der Sensor (14) und die Sendeeinheit (16) befestigt sind, wobei das Blechumformteil (40) einen Vorsprung (44) ausbildet, an welchem die Sendeeinheit (16) befestigt ist.

5. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (16) mit dem Rotor (10) verstemmt ist.

6. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungseinheit (24) mit dem Gehäuse (12) abdichtet.

7. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungseinheit (24) mit der Empfangseinheit (22) abdichtet.

8. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungseinheit (24) einen elektrischen Kontakt mit der Empfangseinheit (22) als Schnittstelle aufweist.

9. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungseinheit (24) wenigstens eine Durchgangsöffnung (64) als Schnittstelle aufweist.

10. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (22) mit einer axialen Spannung an dem Gehäuse (12) befestigt ist.

1 1 . Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (22) an dem Gehäuse (12) eingeclipst ist.

12. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungseinheit (24) an der Empfangseinheit (22) befestigt ist.

13. Antriebsstrang für ein Fahrrad, wobei der Antriebsstrang einen Elektromotor mit einem Rotor (10), ein Gehäuse (12) mit einem Innenraum und eine Sensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.