WO2024074454A1 - Arrangement for measuring a bearing force of a bottom bracket of a vehicle which can be operated by means of muscle power and/or motor power - Google Patents

Arrangement for measuring a bearing force of a bottom bracket of a vehicle which can be operated by means of muscle power and/or motor power Download PDF

Info

Publication number
WO2024074454A1
WO2024074454A1 PCT/EP2023/077240 EP2023077240W WO2024074454A1 WO 2024074454 A1 WO2024074454 A1 WO 2024074454A1 EP 2023077240 W EP2023077240 W EP 2023077240W WO 2024074454 A1 WO2024074454 A1 WO 2024074454A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bearing
bearing force
force
arrangement according
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/077240
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sigmund Braun
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102023204926.0A external-priority patent/DE102023204926A1/en
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2024074454A1 publication Critical patent/WO2024074454A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62JCYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/40Sensor arrangements; Mounting thereof
    • B62J45/41Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by the type of sensor
    • B62J45/411Torque sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62JCYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/40Sensor arrangements; Mounting thereof
    • B62J45/42Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by mounting
    • B62J45/421Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by mounting at the pedal crank
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00Construction of cranks operated by hand or foot
    • B62M3/003Combination of crank axles and bearings housed in the bottom bracket
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/042Housings for rolling element bearings for rotary movement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009Force sensors associated with a bearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00Articles relating to transporting
    • F16C2326/20Land vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a drive arrangement of an electric bicycle, an electric bicycle comprising the drive arrangement, and a method for operating a drive arrangement.
  • Drive arrangements of vehicles that can be operated with muscle power and/or motor power, such as electric bicycles which have a drive unit that can generate a motor torque to support the pedaling force of a driver of the vehicle.
  • the motor torque is usually generated as a function of a driver torque generated by the driver's muscle power. This requires recording the value of the driver torque currently generated, for example by means of an appropriate sensor system. It is also known, for example, that based on a bearing force on a bottom bracket of the electric bicycle, information can be obtained about a force exerted by a driver on the pedals, and that the drive unit is actuated based on this.
  • Such a system is shown, for example, in DE 102010 001 775 A1.
  • the arrangement according to the invention with the features of claim 1 is distinguished by the fact that a bearing force on a bottom bracket of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power can be precisely determined in a particularly simple and cost-effective manner.
  • a simple determination of the bearing force independent of the orientation of a drive unit for example on a bicycle frame of an electric bicycle. Based on the bearing force determined in this way, further functions of a drive arrangement can advantageously be provided efficiently and cost-effectively.
  • an arrangement for detecting a bearing force of a bottom bracket of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power comprising a bottom bracket, a bearing holder which at least partially surrounds the bottom bracket in a ring shape, a bearing force sensor, and a detection unit.
  • the bearing holder surrounds the bottom bracket essentially completely, preferably except for a predetermined gap area.
  • the bearing holder is in particular designed to hold the bottom bracket.
  • the bearing holder can be designed as a bearing shell.
  • a bending beam that can be bent in the radial direction, in particular on one side, is formed on the bearing holder.
  • the bearing force sensor is designed to detect a deformation, that is to say in particular a bending, of the bending beam.
  • the detection unit is also designed to detect a bearing force on the bottom bracket based on the deformation of the bending beam detected by the bearing force sensor.
  • the bearing force is considered to be a total resulting force in the area of the bottom bracket, which occurs, for example, due to a motor torque and/or a driver torque.
  • the detection unit is particularly preferably set up to determine a bearing force direction and a bearing force amount of the bearing force on the bottom bracket based on the detected deformation of the bending beam.
  • an arrangement which has a bearing receptacle on the bottom bracket, on which an at least partially flexible area in the form of the bending beam is provided.
  • the mechanical loads acting on the bottom bracket are transferred from the bottom bracket to the bending beam, which can deform it.
  • the bending beam is designed to be freely movable on one side in the radial direction.
  • This deformation can be detected by means of the bearing force sensor.
  • the bearing force acting on the bottom bracket can then be determined. For example, the relationship between deformation and bearing force can be determined based on previously known geometric and mechanical properties. of the bearing mount and bottom bracket. Alternatively or additionally, the bearing force can be determined based on a calibration of the system.
  • a variety of types of sensors can be used as bearing force sensors, which are suitable for detecting deformations of the bending beam.
  • the deformations can be detected directly and/or indirectly based on the forces acting on the bending beam.
  • the arrangement therefore offers the advantage that the bearing force on the bottom bracket can be recorded using a particularly simple, cost-effective and space-saving structure.
  • a particularly sensitive structure can be provided.
  • one end of the bending beam is designed to be freely movable, even small bearing forces can lead to deformations of the bending beam, which can be easily and precisely recorded. This means that small bearing forces in particular can be determined very precisely.
  • this offers the advantage that, for example, small torque values can be recorded precisely and sensitively, which can, for example, enable particularly precise control of a drive unit depending on the driver's torque.
  • a portion of the bearing support is designed as a bending beam that can be bent in the radial direction.
  • the bending beam is an integral part of the bearing support itself. This makes it possible to provide a particularly simple design of the arrangement.
  • the bearing receptacle preferably has a slot, in particular a radial one.
  • the bending beam is adjacent to the slot.
  • the bending beam is formed by a portion of the bearing receptacle such that the bearing receptacle is slotted, with a freely movable end that is adjacent to the slot corresponding to a freely movable end of the bending beam.
  • the bearing holder particularly preferably has two bending beams and one bearing force sensor per bending beam.
  • the two bending beams are preferably designed symmetrically with respect to the slot and preferably have identical geometric properties. This enables particularly precise detection of the bearing force.
  • the two bearing force sensors can preferably be of identical construction.
  • the two bearing force sensors are preferably arranged aligned in different directions in order to be able to detect bearing forces in different directions.
  • Each of the two bearing force sensors is preferably designed and arranged in such a way as to detect a force in the tangential direction with respect to a shaft, for example a pedal shaft, crankshaft, output shaft or the like. This makes it possible to provide a particularly simple and space-saving arrangement, which also enables a reliable determination of a bearing force direction and a bearing force amount of the total resulting bearing force.
  • the arrangement further comprises a stop that limits a movement of the bending beam in the radial direction.
  • the stop limits a maximum deflection in the radial direction of a free end of the bending beam.
  • the stop can limit the deformability of the bending beam to a maximum level. This can prevent damage to the bearing mount, for example.
  • robust and reliably precise positioning of the bottom bracket is ensured by means of the bearing mount.
  • the stop also offers the advantage that the bending beam can be optimally designed for clear and easily detectable deformability in a certain bearing force range.
  • the bending beam can be easily deformable at low bearing forces, with the stop preventing excessive deformation.
  • the stop is also preferably arranged in such a way that, when the bottom bracket is not under load, a predetermined air gap is formed between a free end of the bending beam and the stop.
  • the air gap is preferably a maximum of 0.1 mm when the bottom bracket is not under load. The air gap thus allows the bending beam to be freely deformed until the stop is reached, so that the bearing force can be detected particularly precisely based on this.
  • the air gap can be set in a particularly simple manner, for example when assembling the arrangement by aligning the stop accordingly.
  • the arrangement further comprises a housing.
  • the bearing holder has a fastening area that is fixed to the housing, in particular immovably.
  • the housing can be, for example, a housing of a drive unit. By fixing the bearing holder to the housing, a precise and in particular immovable mounting of the bottom bracket relative to the housing is provided.
  • the fastening area can, for example, be a section of the bearing holder that corresponds to at least one third, preferably at least half, preferably a maximum of three quarters, of the entire ring of the bearing holder along the circumferential direction.
  • the fastening area is fixed to the housing by means of a screw connection.
  • the screw connection comprises several screws distributed around the circumference of the bearing holder.
  • the fastening area is preferably fixed to the housing by means of a welded connection and/or by means of an adhesive connection and/or by means of a press connection.
  • the welded connection and/or adhesive connection is formed over the entire surface of the fastening area in order to provide a particularly robust fixation.
  • the arrangement preferably further comprises a fastening element by means of which the fastening area is fixed to the housing.
  • the fastening element is particularly preferably designed as a disk, which is preferably circular.
  • the fastening element is arranged in a recess in the housing, in particular together with the bearing holder.
  • the recess preferably has an inner geometry that corresponds to an outer geometry of the fastening element. This enables a particularly simple and cost-effective construction and assembly of the arrangement.
  • the recess and fastening element can have geometries that are easy and precise to manufacture.
  • the fastening region is formed as at least part of an outer circumference of the bearing holder.
  • the bearing holder is fixed to the housing in that the outer circumference of the bearing holder is at least partially fixed directly to the housing, preferably by means of a press connection between the outer circumference and the housing.
  • a particularly high positional accuracy of the bearing holder and thus of the bottom bracket can be provided, since, for example, the recess in the housing can be manufactured in a simple and cost-effective manner with high accuracy.
  • the housing is a deep-drawn component, preferably a sheet metal housing in which the recess is manufactured by deep-drawing.
  • the bearing receptacle is preferably arranged in a recess in the housing.
  • a radially outer external dimension of the free end of the bending beam is smaller by a predetermined gap than an internal dimension of the recess in the housing.
  • the radially outer external dimension of the free end of the bending beam is set back by the predetermined gap from the preferably circular outer contour of the fastening element.
  • the gap is preferably a maximum of 0.5 mm, preferably a maximum of 0.2 mm, in particular at least 0.01 mm.
  • the housing thus forms a stop for the bending beam, in particular without a separate component being required for the stop. This makes it possible to provide a particularly simple and cost-effective construction with few components.
  • a A stop area is provided for the bending beam, with the gap being provided between the stop area and the housing.
  • the bearing holder preferably has a holding area. At least a partial area of the holding area and an edge of the recess in the housing are designed such that the partial area of the holding area and the edge of the recess undercut each other in the radial direction.
  • the holding area is also arranged on a side of the bearing holder facing away from the free end of the bending beam. In other words, the bearing holder is designed such that the free end of the bending beam and the holding area are arranged on opposite sides of the bearing holder.
  • the holding area rests on the housing in such a way that the position of the bearing holder, in particular along a direction that extends, for example, from the free end to the holding area, is held precisely defined relative to the bearing.
  • the holding region can, for example, have a region that protrudes at least radially outward from an annular base region of the bearing holder and a region that protrudes therefrom in a tangential direction.
  • the holding area is particularly preferably designed in a ring shape and is essentially completely in contact with the edge of the recess.
  • the entire bearing receptacle thus has two ring-shaped partial areas which are arranged next to one another in the radial direction, whereby these are connected to one another at a connection point to form a one-piece component.
  • the bearing receptacle can thus be designed in the shape of an "8".
  • the connection point forms a narrowing of the outer circumference of the bearing receptacle, whereby the undercut with the housing can be provided in order to precisely to enable a defined relative arrangement. This makes it possible to provide optimum positional tolerance with particularly simple and cost-effective design and manufacture.
  • the holding area is designed as a bearing seat for another bearing.
  • the holding area is designed to accommodate another bearing, such as a bearing on a shaft of a transmission, preferably an intermediate shaft, for example of a multi-stage transmission. This means that several functions can be fulfilled simultaneously in a simple and cost-effective manner using just a few components.
  • the bearing force sensor preferably has a strain gauge.
  • a strain gauge For example, by attaching a strain gauge to the bending beam, its deformation can be detected particularly easily.
  • the strain gauge can be used to determine, for example, an extension and/or compression and, based on this, the deformation and, for example, also a mechanical force on the bending beam.
  • the bearing force sensor preferably has a piezo element. This allows a deformation and/or a force acting at the moment on the bending beam to be determined in a particularly simple, space-saving and cost-effective manner, similar to a strain gauge.
  • the bearing force sensor preferably has a magnetic sensor.
  • the magnetic sensor can be a Hall sensor, in particular by means of which a relative position change of a partial area of the bending beam to another component, such as the housing, can be directly detected in a simple and particularly precise manner.
  • the invention further relates to a drive arrangement of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power, in particular an electric bicycle, comprising a crank drive, which has cranks, a shaft, for example a pedal shaft, and two bottom brackets for supporting the shaft.
  • the drive arrangement comprises an output element, which is connected to the shaft, and a drive unit, which is designed to generate a motor torque to support a pedal operated by a driver, in particular by means of Muscle power, generated by the driver.
  • a chainring can be provided as the output element.
  • another output element can be provided that is set up for connection to a transmission element in order to enable torque to be transmitted from the shaft to a drive wheel of the vehicle.
  • the shaft is mounted within the drive unit by means of the two bottom brackets.
  • the drive arrangement comprises the arrangement described above for detecting a bearing force on one of the two bottom brackets.
  • the bearing force sensor is arranged in the axial direction of the shaft at the level of the bottom bracket arranged on the output side.
  • a drive arrangement is provided which has the bearing force sensor in the area of that of the two bottom brackets which is arranged closer to the output element.
  • the output element is connected to the shaft in a rotationally fixed manner.
  • the shaft is designed in one piece. The bearing force determination by means of the bearing force sensor results in the advantage that the shaft can thus be designed in a particularly simple and cost-effective manner, while still allowing a reliable determination of the forces used to actuate the drive unit.
  • the bearing receptacle preferably has the holding area, which is ring-shaped.
  • the drive arrangement further comprises a gear with an intermediate shaft and an intermediate shaft bearing.
  • the gear can be designed as a multi-stage gear, in particular as a spur gear.
  • the holding area of the bearing receptacle forms a bearing seat of the intermediate shaft bearing. This means that the intermediate shaft bearing is held in a defined manner on the housing by the holding area.
  • the invention leads to a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power, in particular an electric bicycle, which comprises the drive arrangement described.
  • the invention further relates to a method for operating one of the drive arrangements described above. The method comprises the steps:
  • the method is characterized by being particularly simple and cost-effective to implement, whereby precise results for the bearing force direction and the bearing force amount on the output-side bottom bracket can be determined.
  • the method preferably further comprises the step of determining an output force on the output element based on the bearing force direction and the bearing force amount of the bearing force.
  • the output force is considered to be a force exerted on the output element by a transmission element, such as a bicycle chain, in particular during operation of the electric bicycle.
  • the output force is preferably present on an outer circumference of the chainring and in a predetermined direction along which the bicycle chain extends, for example to a rear wheel.
  • the output force is preferably additionally determined based on previously known geometric properties of the drive arrangement, in particular the chainring.
  • the method further preferably comprises the step of: determining the driver torque applied by the driver based on the determined output force and the motor torque, in particular when an electric bicycle, which comprises the drive arrangement, is operated simultaneously with muscle power and motor power.
  • the motor torque is previously known based on a motor control.
  • the driver torque is preferably determined by determining a driver force, wherein the driver force corresponds to a portion of the output force which is generated by the driver's muscle power.
  • a relationship between driver torque and driver force is defined by the previously known geometric properties of the drive arrangement, in particular of the chainring.
  • the driver force is preferably determined by subtracting a motor force from the total output force, wherein the motor force corresponds to a force applied to the bicycle chain which results from the motor torque.
  • the driver torque can be determined particularly easily and precisely.
  • the method further comprises the step of controlling a motor torque generated by the drive unit as a function of the bearing force direction and the bearing force amount.
  • the drive unit is controlled as a function of the determined driver torque. This means that a motor torque is provided to support the pedal force of the driver as a function of the bearing force or the driver torque, which is determined based on the determined bearing force.
  • the bearing force direction and the bearing force amount are determined based on a calibration of the drive arrangement.
  • the calibration is carried out by determining a ratio of the respective forces detected by the bearing force sensors during an actuation of the crank drive in a predetermined calibration configuration.
  • the crank drive is actuated with an actuation force in a predetermined actuation direction.
  • the calibration is carried out by detecting several ratios in several different predetermined actuation directions.
  • the calibration is preferably carried out once in the mounted state of the drive arrangement on an electric bicycle.
  • Figure 1 is a simplified schematic view of an electric bicycle with a drive arrangement according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a detailed sectional view of the drive arrangement of Figure 1
  • Figure 3 is a perspective detailed view of the drive arrangement of Figure 1
  • FIG 4 is a further detailed view of the drive arrangement of Figure 1,
  • Figure 5 is a perspective view of a detail of the drive arrangement of Figure 1,
  • Figure 6 is a further detailed view of the drive arrangement of Figure 1,
  • Figure 7 shows a further detailed view of the drive arrangement of Figure 1 with an alternative orientation of the drive unit
  • Figure 8 is a detailed sectional view of a drive arrangement according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 9 is a perspective view of a detail of the drive arrangement of Figure 8.
  • Figure 10 is an alternative perspective view of the detail of Figure 9,
  • Figure 11 is a simplified schematic view of a detail of a
  • Figure 12 is a perspective view of a detail of the drive arrangement of Figure 11, and
  • Figure 13 is a further perspective view of a detail of the drive arrangement of Figure 11.
  • Figure 1 shows a simplified schematic view of an electric bicycle 100 with a drive arrangement 1 according to a first embodiment of the Invention.
  • the drive arrangement 1 is shown in a detailed sectional view in Figure 2.
  • the drive arrangement 1 has a crank drive 2 with two cranks 21 opposite one another with respect to a pedal axis 22a.
  • Pedals 25 are arranged on the cranks 21, via which a driver can generate a driver torque on the drive arrangement 1 using muscle power.
  • crank drive 2 comprises a shaft, for example a pedal shaft 22, which is connected in a rotationally fixed manner to the cranks 21, and two bottom brackets 23, 24 for the rotatable mounting of the pedal shaft 22.
  • the drive arrangement 1 further comprises an output element 3, which is a chainring and which is connected in a rotationally fixed manner to the pedal shaft 22, and a bicycle chain 7 as a transmission element, which is in engagement with the chainring 3.
  • an output element 3 which is a chainring and which is connected in a rotationally fixed manner to the pedal shaft 22, and a bicycle chain 7 as a transmission element, which is in engagement with the chainring 3.
  • the drive arrangement 1 comprises a drive unit 4 which is designed to generate the engine torque, preferably by means of an electric motor which is supplied with electrical energy in particular by an electrical energy storage device (not shown).
  • the drive unit 4 is preferably attached to a bicycle frame 101 of the electric bicycle 100.
  • the treadle shaft 22 is mounted in the drive unit 4 by means of the two bearings 23, 24.
  • the drive unit 4 has a bearing collar 43 on the bearing 23 facing away from the output, within which the bearing 23 is arranged (see Figure 2).
  • the bearing collar 43 is an integral part of a housing 40 of the drive unit 4.
  • the motor torque is adjusted depending on the driver torque applied by the driver.
  • the driver torque is determined by a determination of a bearing force 59 on the output-side bottom bracket 24 is determined as described below.
  • an output force 60 relevant for the propulsion of the electric bicycle 100 causes a reaction force of the same magnitude and parallel to it in the opposite direction at the output-side bottom bracket 24.
  • a portion of the output force 60 that is applied by the drive unit 4, i.e. an engine force, can be determined.
  • the driver force which corresponds to the portion of the output force 60 that is applied by the driver's muscle power, can thus be determined in a simple manner.
  • the corresponding driver torque can then also be determined in a simple manner using the geometric properties of the drive arrangement 1.
  • the bearing force 59 is determined in the present drive arrangement 1 by means of a simple, compact and cost-effective construction, which also allows particularly sensitive and precise detection.
  • the drive arrangement 1 has two bearing force sensors 51, 52, which are arranged in the area of the output-side bottom bracket 24.
  • Both bearing force sensors 51, 52 are located in the axial direction of the pedal shaft 22 at the level of the output-side bottom bracket 24.
  • Each of the two bearing force sensors 51, 52 is designed as a strain gauge and is configured to detect a force 55, 56 resulting, for example, from a mechanical expansion and/or compression, along exactly one predetermined direction, namely in the radial direction with respect to the pedal axis 22a.
  • the two bearing force sensors 51, 52 are connected to a detection unit 6, which determines the respective forces 55, 56 and also determines all other forces and moments.
  • the bearing force sensors 51, 52 are arranged on a radially outer side of a bearing holder 5.
  • the bearing holder 5 is a component that is designed separately from the housing 40 of the drive unit 4 and is designed in particular as a bearing shell. In the first exemplary embodiment, the bearing holder 5 has an essentially square outer geometry.
  • Figure 5 shows a perspective view of the bearing holder 5.
  • the bottom bracket 24 is arranged in a recess of the bearing holder 5, wherein in the unloaded state preferably substantially the entire inner circumference of the bearing holder 5 is in contact with an outer circumference of the bottom bracket 24.
  • the bearing holder 5 is also slotted, with a slot 57 which extends completely through the entire bearing holder 5 in the radial direction.
  • the bearing holder 5 also has a fastening area 50 which is fastened to the housing 40.
  • the fastening area 50 is an axial end face of the bearing holder 5, which is in full contact with the housing 40.
  • the fastening area 50 is fixed to the housing 40 by means of a total of three screw connections 58a.
  • the bearing holder 5 has two bending beams 53, each of which is arranged between the slot 57 and the fastening area 50.
  • the bending beams 53 are designed in such a way that they can deform in the radial direction.
  • the bending beams 53 are marked by hatching.
  • the total resulting bearing force 59 namely the bearing force direction and the bearing force magnitude, can be determined based on the detected deformations.
  • the free movement of the bending beams 53 in the radial direction enables particularly sensitive detection with appropriate mechanical design. This means, for example, that by appropriately designing the thickness of the bending beams 53 in the axial and/or radial direction, it is possible for a clearly measurable deformation to occur even with small bearing forces. In particular, this enables detection of low torques applied by the driver with high accuracy.
  • the bending beams 53 are spaced apart in the axial direction from the housing wall against which the fastening area 50 of the bearing holder 5 rests. This means that in the axial direction there is a gap between an axial end face 50b of each bending beam 53 facing the housing wall and the housing wall against which the end face 50a of the fastening area 50 rests. As a result, the deformation of the bending beams 53 is not influenced by friction, for example.
  • the bending beams 53 and/or the bottom bracket 24 can be designed such that a region with the lowest possible friction is formed between the radially inner side of the bending beams 53 and the radially outer side of the bottom bracket 24, so that, for example, a distortion of the measurement results due to stresses caused by static friction can be avoided or reduced.
  • the arrangement 10 further comprises a stop 7 which limits the movement of each bending beam 53 in the radial direction.
  • the stop 7 is fixed immovably to the housing 40 of the drive unit 4.
  • the stop 7 is located in the extension of the slot 57 and has a stop surface 75 for each bending beam 53, against which the free ends 53a of the bending beams 53 can rest essentially in the radial direction when the bending beams 53 deform in the radial direction.
  • the stop surfaces 75 are arranged parallel to the flats 41 of the bending beams 53 in the unloaded state.
  • the stop 7 is designed and fixed to the housing 4 in such a way that in the unloaded state, i.e. when the bottom bracket 24 is not loaded, there is a predetermined air gap 70 between each free end 53a or between each flattened area 41 of each bending beam 53 and the respective stop surface 75. This allows the bending beams 53 to deform completely freely until they rest against the stop 7.
  • the stop 7 can provide a particularly high level of mechanical robustness for the arrangement 10.
  • the crank drive 2 can be arranged so that the cranks 21 are aligned horizontally, i.e. parallel to the chain direction 70.
  • the cranks 21 are aligned horizontally, i.e. parallel to the chain direction 70.
  • the actuating force is aligned vertically, i.e. orthogonal to the crank 21 and the chain direction 70, and is applied by the driver actuating the pedal.
  • a corresponding bearing force 59 corresponds to a resulting force from the actuating force and the output force 60.
  • Calibration is preferably carried out after the drive unit 4 has been mounted in a bicycle frame 101 of the electric bicycle 100.
  • the crank 21 is actuated with a predetermined, precisely known actuating force so that the amount of the output torque can be determined precisely.
  • the crank mechanism 2 is arranged so that the cranks 21 are aligned vertically, i.e. orthogonal to the chain device 70.
  • the lower crank 21 is actuated with an actuating force which is also aligned vertically, i.e. orthogonal to the chain device 70 and parallel to the crank 21.
  • the actuating force is applied by the driver actuating the pedal 25.
  • the output force 60 is zero due to the corresponding alignment of the crank mechanism 2.
  • the actuating force nevertheless causes a bearing force 59.
  • a ratio of the two forces 55, 56 can be used to determine an alignment of the bearing force sensors 51, 52 relatively to the previously known positions of the cranks 21 and/or the bicycle chain 7. In this way, the orientation of the drive unit 4 relative to the bicycle chain 7 can also be determined. The orientation determined in this way can then be used as a basis for determining the driver torque based on the bearing force direction and the bearing force amount of the bearing force 59.
  • FIG 8 shows a detailed sectional view of a drive arrangement 1 according to a second embodiment of the invention.
  • the second embodiment essentially corresponds to the first embodiment with an alternative design of the fastening and arrangement of the bearing holder 5 in the housing 40 of the drive unit 4.
  • Figures 9 and 10 show further detailed views of the drive arrangement 1 of the second embodiment.
  • the bearing holder 5 is arranged in a recess 65 of the housing 4.
  • the recess 65 is circular and arranged coaxially to the pedal axis 22a.
  • the recess 65 can, for example, be stepped, as can be seen in Figure 8, and extend completely through a wall of the housing 4.
  • the pedal shaft 22 (not shown in Figure 8) protrudes completely through the recess 65 of the housing 4.
  • the arrangement 10 in the second embodiment comprises a separate fastening element 60, by means of which the bearing holder 5 is fixed in the housing 4.
  • the fastening element 60 is a circular ring disk, which can be made of metal, for example.
  • the bearing holder 5 is fixed to the fastening area 50 by means of a welded connection 58b on the fastening element 60.
  • the welded connection 58b extends over the entire fastening area for a firm and reliable connection.
  • Analogous to the first embodiment there is a small axial gap between the bending beams 53 of the bearing holder 5 and the fastening element 60 for unhindered mobility of the bending beams 53.
  • the fastening element 60 has an outer diameter corresponding to the inner diameter of the recess 65.
  • the fastening element 60 is immovably fixed to the housing 40, for example by means of a press connection and/or by means of a welded connection and/or by means of an adhesive connection.
  • the fastening element 60 thus indirectly fastens the bearing holder to the housing 40 of the drive unit 4.
  • the bearing holder 5 is designed and fixed to the fastening element 60 in such a way that a radially outer dimension 53b of the free end 53a of the bending beam 53 is smaller by a predetermined gap dimension 53c (see Figure 9) than an outer dimension of the fastening element 60 and thus also than an inner dimension 65a of the recess 65.
  • Figure 11 shows a simplified schematic view of a detail of a drive arrangement 1 according to a third embodiment of the invention.
  • Figures 12 and 13 show further views of the drive arrangement 1 of the third embodiment.
  • the third embodiment essentially corresponds to the second embodiment of Figures 8 to 10, with the difference of an alternative design of the bearing holder 5 and the housing 40.
  • the housing 40 is preferably designed as a solid sheet metal housing.
  • the housing 40 is formed from one or more deep-drawn components.
  • the recess 65 in which the bearing holder 5 is arranged is formed by the deep-drawing process. This can be seen, for example, in Figure 12.
  • the bearing holder 5 additionally has a holding area 54 which is ring-shaped.
  • the holding area 54 has a further recess 54b, which is designed in particular as a circular through-opening.
  • the recess 54 is coaxial with an intermediate shaft axis 22b, which is parallel to the pedal axis 22a.
  • Housing 40 and bearing receptacle 5 are designed such that an inner edge 65b of the recess 65 of the housing 40 is essentially completely in contact with the outer circumference of the holding region 54, in particular by means of a press connection.
  • a precise, unambiguous fixation of the bearing holder 5 in the housing 40 is achieved by the outer circumference of the bearing holder 5 and by the inner edge 65b of the recess 65.
  • the outer circumference of the bearing holder 5 in the third embodiment forms the fastening area 50 for fixing the bearing holder 5 to the housing 40.
  • the special geometry with the undercut 54a along the direction 22d thus enables a precisely defined relative position of the bearing holder 5 and the housing 40 to be achieved in a particularly simple and cost-effective manner using only a few components.
  • this enables the special geometry with the gap dimension 53c, namely such that the free ends 53a of the bending beams 53 of the bearing holder 5 are in the predetermined gap dimension 53c with respect to the inner dimension 65a of the recess 65 of the housing 40.
  • the recess 54b of the holding area 54 of the bearing holder 5 forms a further bearing seat for a further bearing (not shown).
  • This is preferably a bearing seat for an intermediate shaft bearing, by means of which an intermediate shaft of a gear (not shown) of the drive arrangement 1 can be mounted.
  • the recess 54b can be provided as a bearing seat for any bearing of any shaft.
  • the recess 65 of the housing 40 is formed with several different sub-areas.
  • a holding area recess 65d is provided for receiving the holding area 54 of the bearing holder 5.
  • This holding area recess 65d is formed as a depression which does not completely penetrate the housing 40.
  • the recess 65 has a first shoulder 65c, which is designed, for example, similar to the fastening area 50 of the second embodiment of Figures 8 to 10 (see in particular Figure 10), and against which the bearing holder 5 rests flat.
  • the recess 65 has a second shoulder 65b, which is deeper than the first shoulder 65c in order to prevent mechanical contact between the bearing holder 5 and the housing 40 in this area.
  • the recess 65 has a through-opening for the passage of the pedal shaft 22.
  • Figure 13 shows an example of a fully assembled arrangement of bearing support 5 and housing 40.
  • the bearing support 5 is pressed into the recess 65 of the housing 40 and then fixed in the housing in the axial direction, in particular in a form-fitting manner, by means of several fixing areas 5c.
  • the fixing areas 5c are preferably This creates a plastic deformation of parts of the housing 40, for example by means of caulking. This allows the assembly of the drive arrangement 1 to be carried out particularly easily, in a time-efficient and cost-effective manner.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

The invention relates to an arrangement (10) for measuring a bearing force of a bottom bracket (24) of a vehicle (100) which can be operated by means of muscle power and/or motor power, the arrangement comprising a bottom bracket (24), a bearing receptacle (5), which at least partly annularly engages around the bottom bracket (24), a bearing force sensor (51), and a measuring unit (6), wherein a flexible bar (53) which is bendable in a radial direction is formed on the bearing receptacle (5), wherein the bearing force sensor (51) is designed to detect a deformation of the flexible bar (53), and wherein the measuring unit (6) is designed to measure a bearing force on the bearing bracket (24) on the basis of the deformation of the flexible bar (53), which has been detected by means of the bearing force sensor (51).

Description

Beschreibung Description
Titel Title
Anordnung zur Erfassung einer Lagerkraft eines Tretlagers eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs Arrangement for detecting a bearing force of a bottom bracket of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Elektrofahrrads, ein die Antriebsanordnung umfassendes Elektrofahrrad, und ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung. The present invention relates to a drive arrangement of an electric bicycle, an electric bicycle comprising the drive arrangement, and a method for operating a drive arrangement.
Bekannt sind Antriebsanordnungen von mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugen, wie Elektrofahrrädern, welche eine Antriebseinheit aufweisen, die ein Motormoment zur Unterstützung einer Tretkraft eines Fahrers des Fahrzeugs erzeugen kann. Üblicherweise erfolgt dabei die Erzeugung des Motormoments in Abhängigkeit eines durch die Muskelkraft des Fahrers erzeugten Fahrermoments. Hierfür ist eine Erfassung des Wertes des momentan erzeugten Fahrermoments erforderlich, beispielsweise mittels einer entsprechenden Sensorik. Bekannt ist beispielsweise auch, dass basierend auf einer Lagerkraft an einem Tretlager des Elektrofahrrads Aufschluss auf eine durch einen Fahrer auf den Kurbetrieb ausgeübte Kraft gewonnen werden kann, und dass basierend darauf eine Betätigung der Antriebseinheit erfolgt. Ein derartiges System ist beispielsweise in DE 102010 001 775 A1 gezeigt. Drive arrangements of vehicles that can be operated with muscle power and/or motor power, such as electric bicycles, are known, which have a drive unit that can generate a motor torque to support the pedaling force of a driver of the vehicle. The motor torque is usually generated as a function of a driver torque generated by the driver's muscle power. This requires recording the value of the driver torque currently generated, for example by means of an appropriate sensor system. It is also known, for example, that based on a bearing force on a bottom bracket of the electric bicycle, information can be obtained about a force exerted by a driver on the pedals, and that the drive unit is actuated based on this. Such a system is shown, for example, in DE 102010 001 775 A1.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, dass auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Lagerkraft an einem Tretlager eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs präzise bestimmt werden kann. Zudem kann beispielsweise eine einfache Bestimmung der Lagerkraft unabhängig von einer Orientierung einer Antriebseinheit, beispielsweise an einem Fahrradrahmen eines Elektrofahrrads, ermöglicht werden. Basierend auf der so bestimmten Lagerkraft können vorteilhafterweise weitere Funktionen einer Antriebsanordnung effizient und kostengünstig bereitgestellt werden. Dies wird erreicht durch eine Anordnung zur Erfassung einer Lagerkraft eines Tretlagers eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, umfassend ein Tretlager, eine Lageraufnahme, welche das Tretlager zumindest teilweise ringförmig umgreift, einen Lagerkraftsensor, und eine Erfassungseinheit. Insbesondere umgreift die Lageraufnahme das Tretlager im Wesentlichen vollständig, vorzugsweise bis auf einen vorbestimmten Spaltbereich. Die Lageraufnahme ist insbesondere eingerichtet zur Halterung des Tretlagers. Beispielsweise kann die Lageraufnahme als Lagerschale ausgebildet sein. An der Lageraufnahme dabei ein, insbesondere einseitig, in radialer Richtung biegbarer Biegebalken ausgebildet ist. Der Lagerkraftsensor ist dabei eingerichtet, um eine Verformung, das heißt insbesondere ein Biegen, des Biegebalkens zu erfassen. Die Erfassungseinheit ist zudem eingerichtet, um basierend auf der mittels des Lagerkraftsensors erfassten Verformung des Biegebalkens eine Lagerkraft am Tretlager zu erfassen. Als Lagerkraft wird dabei insbesondere eine gesamte resultierende Kraft im Bereich des Tretlagers angesehen, welche beispielsweise aufgrund eines Motormoments und/oder eines Fahrerdrehmoments auftritt. Besonders bevorzugt ist die Erfassungseinheit eingerichtet, um basierend auf der erfassten Verformung des Biegebalkens eine Lagerkraft-Richtung und einen Lagerkraft-Betrag der Lagerkraft am Tretlager zu ermitteln. The arrangement according to the invention with the features of claim 1 is distinguished by the fact that a bearing force on a bottom bracket of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power can be precisely determined in a particularly simple and cost-effective manner. In addition, for example, a simple determination of the bearing force independent of the orientation of a drive unit, for example on a bicycle frame of an electric bicycle. Based on the bearing force determined in this way, further functions of a drive arrangement can advantageously be provided efficiently and cost-effectively. This is achieved by an arrangement for detecting a bearing force of a bottom bracket of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power, comprising a bottom bracket, a bearing holder which at least partially surrounds the bottom bracket in a ring shape, a bearing force sensor, and a detection unit. In particular, the bearing holder surrounds the bottom bracket essentially completely, preferably except for a predetermined gap area. The bearing holder is in particular designed to hold the bottom bracket. For example, the bearing holder can be designed as a bearing shell. A bending beam that can be bent in the radial direction, in particular on one side, is formed on the bearing holder. The bearing force sensor is designed to detect a deformation, that is to say in particular a bending, of the bending beam. The detection unit is also designed to detect a bearing force on the bottom bracket based on the deformation of the bending beam detected by the bearing force sensor. In particular, the bearing force is considered to be a total resulting force in the area of the bottom bracket, which occurs, for example, due to a motor torque and/or a driver torque. The detection unit is particularly preferably set up to determine a bearing force direction and a bearing force amount of the bearing force on the bottom bracket based on the detected deformation of the bending beam.
Mit anderen Worten wird eine Anordnung bereitgestellt, welche am Tretlager eine Lageraufnahme aufweist, an der ein zumindest teilweise nachgiebiger Bereich in Form des Biegebalkens vorgesehen ist. Dadurch werden die mechanischen Belastungen, die am Tretlager wirken, vom Tretlager auf den Biegebalken übertragen, wodurch dieser sich verformen kann. Insbesondere ist der Biegebalken dabei einseitig in radialer Richtung frei beweglich ausgebildet. Diese Verformung kann mittels des Lagerkraftsensors erfasst werden. Durch Auswertung der Messwerte des Lagerkraftsensors mittels der Erfassungseinheit kann daraufhin die am Tretlager wirkende Lagerkraft ermittelt werden. Beispielsweise kann der Zusammenhang zwischen Verformung und Lagerkraft basierend auf vorbekannten geometrischen und mechanischen Eigenschaften von Lageraufnahme und Tretlager ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Lagerkraft basierend auf einer Kalibrierung des Systems bestimmbar sein. In other words, an arrangement is provided which has a bearing receptacle on the bottom bracket, on which an at least partially flexible area in the form of the bending beam is provided. As a result, the mechanical loads acting on the bottom bracket are transferred from the bottom bracket to the bending beam, which can deform it. In particular, the bending beam is designed to be freely movable on one side in the radial direction. This deformation can be detected by means of the bearing force sensor. By evaluating the measured values of the bearing force sensor using the detection unit, the bearing force acting on the bottom bracket can then be determined. For example, the relationship between deformation and bearing force can be determined based on previously known geometric and mechanical properties. of the bearing mount and bottom bracket. Alternatively or additionally, the bearing force can be determined based on a calibration of the system.
Als Lagerkraftsensor können dabei vielfältige Arten an Sensoren verwendet werden, welche geeignet sind, Verformungen des Biegebalkens zu erfassen. Beispielsweise können die Verformungen direkt und/oder indirekt basierend auf wirkenden Kräften am Biegebalken erfasst werden. A variety of types of sensors can be used as bearing force sensors, which are suitable for detecting deformations of the bending beam. For example, the deformations can be detected directly and/or indirectly based on the forces acting on the bending beam.
Die Anordnung bietet somit den Vorteil, dass mittels eines besonders einfachen und kostengünstigen sowie platzsparenden Aufbaus die Lagerkraft am Tretlager erfasst werden kann. Durch die Verwendung des Biegebalkens kann dabei ein besonders feinfühliger Aufbau bereitgestellt werden. Insbesondere da ein Ende des Biegebalkens frei beweglich ausgebildet ist können beispielsweise bereits kleine Lagerkräfte zu Verformungen des Biegebalkens führen, die einfach und präzise erfassbar sind. Dadurch können insbesondere kleine Lagerkräfte sehr präzise ermittelt werden. Dies bietet in der Anwendung an einem Elektrofahrrad den Vorteil, dass beispielsweise kleine Drehmomentwerte präzise und feinfühlig erfasst werden können, wodurch beispielsweise eine besonders genaue vom Fahrerdrehmoment abhängige Ansteuerung einer Antriebseinheit ermöglicht werden kann. The arrangement therefore offers the advantage that the bearing force on the bottom bracket can be recorded using a particularly simple, cost-effective and space-saving structure. By using the bending beam, a particularly sensitive structure can be provided. In particular, since one end of the bending beam is designed to be freely movable, even small bearing forces can lead to deformations of the bending beam, which can be easily and precisely recorded. This means that small bearing forces in particular can be determined very precisely. When used on an electric bicycle, this offers the advantage that, for example, small torque values can be recorded precisely and sensitively, which can, for example, enable particularly precise control of a drive unit depending on the driver's torque.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt. The subclaims contain preferred developments of the invention.
Vorzugsweise ist ein Teilbereich der Lageraufnahme als der in radiale Richtung biegbare Biegebalken ausgebildet. Das heißt, der Biegebalken ist integraler Bestandteil der Lageraufnahme selbst. Damit kann eine besonders einfache Konstruktion der Anordnung bereitgestellt werden. Preferably, a portion of the bearing support is designed as a bending beam that can be bent in the radial direction. This means that the bending beam is an integral part of the bearing support itself. This makes it possible to provide a particularly simple design of the arrangement.
Bevorzugt weist die Lageraufnahme einen, insbesondere radialen, Schlitz auf. Der Biegebalken grenzt dabei an den Schlitz an. Mit anderen Worten ist der Biegebalken derart durch einen Teilbereich der Lageraufnahme ausgebildet, dass die Lageraufnahme geschlitzt ausgebildet ist, wobei ein frei bewegliches Ende, das an den Schlitz angrenzt, einem frei beweglichen Ende des Biegebalkens entspricht. Dadurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Konstruktion bereitgestellt werden, die die vorteilhaften Eigenschaften des feinfühligen Biegebalkens ermöglicht. The bearing receptacle preferably has a slot, in particular a radial one. The bending beam is adjacent to the slot. In other words, the bending beam is formed by a portion of the bearing receptacle such that the bearing receptacle is slotted, with a freely movable end that is adjacent to the slot corresponding to a freely movable end of the bending beam. This allows for particularly simple and A construction can be provided in a cost-effective manner that enables the advantageous properties of the sensitive bending beam.
Besonders bevorzugt weist die Lageraufnahme zwei Biegebalken und jeweils einen Lagerkraftsensor pro Biegebalken auf. Vorzugsweise sind die beiden Biegebalken symmetrisch bezüglich des Schlitzes ausgebildet, und weisen vorzugsweise identische geometrische Eigenschaften auf. Dadurch kann eine besonders präzise Erfassung der Lagerkraft ermöglicht werden. Für eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung können die beiden Lagerkraftsensoren vorzugsweise baugleich sein. Vorzugsweise sind die beiden Lagerkraftsensoren in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet angeordnet, um Lagerkräfte in unterschiedlichen Richtungen erfassen zu können. Bevorzugt ist jeder der beiden Lagerkraftsensoren so ausgebildet und angeordnet, um jeweils eine Kraft in tangentialer Richtung bezüglich einer Welle, zum Beispiel einer Tretwelle, Kurbelwelle, Abtriebswelle oder dergleichen, zu erfassen. Dadurch kann eine besonders einfache und platzsparende Anordnung bereitgestellt werden, welche zudem eine zuverlässige Bestimmung einer Lagerkraft-Richtung und eines Lagerkraft-Betrags der gesamten resultierenden Lagerkraft ermöglicht. The bearing holder particularly preferably has two bending beams and one bearing force sensor per bending beam. The two bending beams are preferably designed symmetrically with respect to the slot and preferably have identical geometric properties. This enables particularly precise detection of the bearing force. For a particularly simple and cost-effective design, the two bearing force sensors can preferably be of identical construction. The two bearing force sensors are preferably arranged aligned in different directions in order to be able to detect bearing forces in different directions. Each of the two bearing force sensors is preferably designed and arranged in such a way as to detect a force in the tangential direction with respect to a shaft, for example a pedal shaft, crankshaft, output shaft or the like. This makes it possible to provide a particularly simple and space-saving arrangement, which also enables a reliable determination of a bearing force direction and a bearing force amount of the total resulting bearing force.
Vorzugsweise umfasst die Anordnung ferner einen Anschlag, der eine Bewegung des Biegebalkens in radialer Richtung begrenzt. Insbesondere begrenzt der Anschlag eine maximale Auslenkung in radialer Richtung eines freien Endes des Biegebalkens. Damit kann mittels einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion eine besonders hohe mechanische Robustheit der Anordnung bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch den Anschlag die Verformbarkeit des Biegebalkens auf ein maximales Maß begrenzt werden. Dadurch können beispielsweise Beschädigungen der Lageraufnahme vermieden werden. Zudem wird eine robuste und zuverlässig genaue Positionierung des Tretlagers mittels der Lageraufnahme sichergestellt. Ferner bietet sich durch den Anschlag der Vorteil, dass der Biegebalken optimal für eine eindeutig und leicht erfassbare Verformbarkeit in einem bestimmten Lagerkraft-Bereich ausgelegt werden kann. So kann beispielsweise für eine besonders feinfühlige Erfassung eine leichte Verformbarkeit des Biegebalkens bei niedrigen Lagerkräften vorgesehen sein, wobei durch den Anschlag zu große Verformungen verhindert werden. Weiter bevorzugt ist der Anschlag derart angeordnet, dass im unbelasteten Zustand des Tretlagers ein vorbestimmter Luftspalt zwischen einem freien Ende des Biegebalkens und dem Anschlag ausgebildet ist. Bevorzugt beträgt der Luftspalt im unbelasteten Zustand maximal 0,1 mm. Durch den Luftspalt liegt somit bis zum Erreichen des Anschlags eine freie Verformbarkeit des Biegebalkens vor, sodass die darauf basierende Erfassung der Lagerkraft besonders präzise ermöglicht werden kann. Der Luftspalt kann beispielsweise bei der Montage der Anordnung durch entsprechende Ausrichtung des Anschlags auf besonders einfache Weise eingestellt werden. Preferably, the arrangement further comprises a stop that limits a movement of the bending beam in the radial direction. In particular, the stop limits a maximum deflection in the radial direction of a free end of the bending beam. This makes it possible to provide a particularly high level of mechanical robustness of the arrangement using a simple and cost-effective construction. In particular, the stop can limit the deformability of the bending beam to a maximum level. This can prevent damage to the bearing mount, for example. In addition, robust and reliably precise positioning of the bottom bracket is ensured by means of the bearing mount. The stop also offers the advantage that the bending beam can be optimally designed for clear and easily detectable deformability in a certain bearing force range. For example, for particularly sensitive detection, the bending beam can be easily deformable at low bearing forces, with the stop preventing excessive deformation. The stop is also preferably arranged in such a way that, when the bottom bracket is not under load, a predetermined air gap is formed between a free end of the bending beam and the stop. The air gap is preferably a maximum of 0.1 mm when the bottom bracket is not under load. The air gap thus allows the bending beam to be freely deformed until the stop is reached, so that the bearing force can be detected particularly precisely based on this. The air gap can be set in a particularly simple manner, for example when assembling the arrangement by aligning the stop accordingly.
Bevorzugt umfasst die Anordnung ferner ein Gehäuse. Die Lageraufnahme weist dabei einen Befestigungsbereich auf, der am Gehäuse, insbesondere unbeweglich fixiert ist. Das Gehäuse kann beispielsweise ein Gehäuse einer Antriebseinheit sein. Durch die Fixierung der Lageraufnahme am Gehäuse wird eine genaue, und insbesondere unbewegliche, Halterung des Tretlagers relativ zum Gehäuse bereitgestellt. Der Befestigungsbereich kann beispielsweise ein Abschnitt der Lageraufnahme sein, der entlang der Umfangsrichtung mindestens ein Drittel, vorzugsweise mindestens die Hälfte, bevorzugt maximal dreiviertel, des gesamten Rings der Lageraufnahme entspricht. Preferably, the arrangement further comprises a housing. The bearing holder has a fastening area that is fixed to the housing, in particular immovably. The housing can be, for example, a housing of a drive unit. By fixing the bearing holder to the housing, a precise and in particular immovable mounting of the bottom bracket relative to the housing is provided. The fastening area can, for example, be a section of the bearing holder that corresponds to at least one third, preferably at least half, preferably a maximum of three quarters, of the entire ring of the bearing holder along the circumferential direction.
Vorzugsweise ist der Befestigungsbereich mittels einer Schraubverbindung am Gehäuse fixiert. Insbesondere umfasst die Schraubverbindung mehrere um den Umfang der Lageraufnahme verteilte Schrauben. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt ist der Befestigungsbereich mittels einer Schweißverbindung und/oder mittels einer Klebeverbindung und/oder mittels einer Pressverbindung am Gehäuse fixiert. Vorzugsweise ist die Schweißverbindung und/oder Klebeverbindung vollflächig am Befestigungsbereich ausgebildet, um eine besonders robuste Fixierung bereitzustellen. Preferably, the fastening area is fixed to the housing by means of a screw connection. In particular, the screw connection comprises several screws distributed around the circumference of the bearing holder. Alternatively or additionally, the fastening area is preferably fixed to the housing by means of a welded connection and/or by means of an adhesive connection and/or by means of a press connection. Preferably, the welded connection and/or adhesive connection is formed over the entire surface of the fastening area in order to provide a particularly robust fixation.
Weiter bevorzugt umfasst die Anordnung ferner ein Befestigungselement, mittels welchem der Befestigungsbereich am Gehäuse fixiert ist. Das heißt, die Lageraufnahme ist mittels des Befestigungselements direkt oder indirekt am Gehäuse fixiert. Dadurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung und Montage der Anordnung bereitgestellt werden, beispielsweise da eine präzise Ausrichtung von Lageraufnahme und Befestigungselement separat vom Gehäuse ermöglicht wird. Besonders bevorzugt ist das Befestigungselement als Scheibe ausgebildet, welche bevorzugt kreisrund ist. Das Befestigungselement ist dabei, insbesondere gemeinsam mit der Lageraufnahme, in einer Aussparung des Gehäuses angeordnet. Vorzugsweise weist die Aussparung eine Innengeometrie auf, welche einer Außengeometrie des Befestigungselements entspricht. Dadurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion und Montage der Anordnung ermöglicht werden. Beispielsweise können dabei Aussparung und Befestigungselement einfach und präzise herzustellende Geometrien aufweisen. The arrangement preferably further comprises a fastening element by means of which the fastening area is fixed to the housing. This means that the bearing holder is fixed directly or indirectly to the housing by means of the fastening element. This makes it possible to provide a particularly simple and cost-effective manufacture and assembly of the arrangement, for example because a precise alignment of the bearing holder and fastening element is made possible separately from the housing. The fastening element is particularly preferably designed as a disk, which is preferably circular. The fastening element is arranged in a recess in the housing, in particular together with the bearing holder. The recess preferably has an inner geometry that corresponds to an outer geometry of the fastening element. This enables a particularly simple and cost-effective construction and assembly of the arrangement. For example, the recess and fastening element can have geometries that are easy and precise to manufacture.
Vorzugsweise ist der Befestigungsbereich als zumindest ein Teil eines Außenumfangs der Lageraufnahme gebildet. Das heißt, insbesondere wird die Lageraufnahme dadurch am Gehäuse fixiert, dass der Außenumfang der Lageraufnahme zumindest teilweise am Gehäuse direkt fixiert ist, vorzugsweise mittels einer Pressverbindung zwischen dem Außenumfang und dem Gehäuse. Dadurch kann eine besonders einfache, leichtgewichtige und kostengünstige Konstruktion der Anordnung bereitgestellt werden. Zudem kann eine besonders hohe Lagegenauigkeit der Lageraufnahme und damit des Tretlagers bereitgestellt werden, da beispielsweise die Aussparung im Gehäuse auf einfache und kostengünstige Weise mit hoher Genauigkeit gefertigt werden kann. Besonders vorteilhaft ist dies möglich, wenn es sich bei dem Gehäuse um ein Tiefziehbauteil handelt, vorzugsweise um ein Blechgehäuse, bei dem die Aussparung durch Tiefziehen hergestellt ist. Preferably, the fastening region is formed as at least part of an outer circumference of the bearing holder. This means that in particular the bearing holder is fixed to the housing in that the outer circumference of the bearing holder is at least partially fixed directly to the housing, preferably by means of a press connection between the outer circumference and the housing. This makes it possible to provide a particularly simple, lightweight and cost-effective construction of the arrangement. In addition, a particularly high positional accuracy of the bearing holder and thus of the bottom bracket can be provided, since, for example, the recess in the housing can be manufactured in a simple and cost-effective manner with high accuracy. This is particularly advantageous if the housing is a deep-drawn component, preferably a sheet metal housing in which the recess is manufactured by deep-drawing.
Bevorzugt ist die Lageraufnahme in einer Aussparung des Gehäuses angeordnet. Dabei ist eine radial äußere Außenabmessung des freien Endes des Biegebalkens um ein vorbestimmtes Spaltmaß kleiner als eine Innenabmessung der Aussparung des Gehäuses. Mit anderen Worten ist die radial äußere Außenabmessung des freien Endes des Biegebalkens um das vorbestimmte Spaltmaß gegenüber der, vorzugsweise kreisrunden, Außenkontur des Befestigungselements zurückgesetzt. Vorzugsweise beträgt das Spaltmaß maximal 0,5 mm, vorzugsweise maximal 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,01 mm. Dadurch bildet das Gehäuse einen Anschlag für den Biegebalken, insbesondere ohne dass ein separates Bauteil für den Anschlag erforderlich ist. Somit kann eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion mit wenigen Bauteilen bereitgestellt werden. Bevorzugt ist am freien Ende des Biegebalkens dabei ein Anschlagsbereich vorgesehen, wobei zwischen dem Anschlagsbereich und dem Gehäuse das Spaltmaß vorgesehen ist. Vorzugsweise liegt zwischen einem restlichen Bereich des Biegebalkens und der Aussparung ein Spalt vor, der größer als das Spaltmaß ist, sodass insbesondere eine freie Beweglichkeit des Biegebalkens möglich ist, und ein Anliegen des Biegebalkens ausschließlich am Anschlagsbereich auftritt. The bearing receptacle is preferably arranged in a recess in the housing. A radially outer external dimension of the free end of the bending beam is smaller by a predetermined gap than an internal dimension of the recess in the housing. In other words, the radially outer external dimension of the free end of the bending beam is set back by the predetermined gap from the preferably circular outer contour of the fastening element. The gap is preferably a maximum of 0.5 mm, preferably a maximum of 0.2 mm, in particular at least 0.01 mm. The housing thus forms a stop for the bending beam, in particular without a separate component being required for the stop. This makes it possible to provide a particularly simple and cost-effective construction with few components. Preferably, a A stop area is provided for the bending beam, with the gap being provided between the stop area and the housing. Preferably, there is a gap between a remaining area of the bending beam and the recess that is larger than the gap, so that in particular free movement of the bending beam is possible and the bending beam only rests against the stop area.
Vorzugsweise weist die Lageraufnahme einen Haltebereich auf. Zumindest ein Teilbereich des Haltebereichs und eine Berandung der Aussparung des Gehäuses sind dabei derart ausgebildet, dass der Teilbereich des Haltebereichs und die Berandung der Aussparung sich in radialer Richtung hinterschneiden. Der Haltebereich ist dabei zudem auf einer dem freien Ende des Biegebalkens abgewandten Seite der Lageraufnahme angeordnet. Mit anderen Worten ist die Lageraufnahme so ausgebildet, dass das freie Ende des Biegebalkens und der Haltebereich an gegenüberliegenden Seiten der Lageraufnahme angeordnet sind. Dabei liegt der Haltebereich so am Gehäuse an, dass die Position der Lageraufnahme, insbesondere entlang einer Richtung, die sich beispielsweise vom freien Ende zum Haltebereich erstreckt, genau definiert relativ zum Lager gehalten wird. Dadurch wird besonders zuverlässig sichergestellt, dass das vorbestimmte Spaltmaß zwischen Innenabmessung der Aussparung und freiem Ende des Biegebalkens präzise eingehalten wird. Zudem kann bei der Fertigung auf einfache und kostengünstige Weise das Spaltmaß mit niedrigen Toleranzen besonders zuverlässig sichergestellt werden. Der Haltebereich kann beispielsweise einen von einem ringförmigen Grundbereich der Lageraufnahme zumindest radial nach außen vorstehenden Bereich und einen von diesem in tangentialer Richtung vorstehenden Bereich aufweisen. The bearing holder preferably has a holding area. At least a partial area of the holding area and an edge of the recess in the housing are designed such that the partial area of the holding area and the edge of the recess undercut each other in the radial direction. The holding area is also arranged on a side of the bearing holder facing away from the free end of the bending beam. In other words, the bearing holder is designed such that the free end of the bending beam and the holding area are arranged on opposite sides of the bearing holder. The holding area rests on the housing in such a way that the position of the bearing holder, in particular along a direction that extends, for example, from the free end to the holding area, is held precisely defined relative to the bearing. This ensures particularly reliably that the predetermined gap between the inner dimension of the recess and the free end of the bending beam is precisely maintained. In addition, the gap with low tolerances can be ensured particularly reliably during production in a simple and cost-effective manner. The holding region can, for example, have a region that protrudes at least radially outward from an annular base region of the bearing holder and a region that protrudes therefrom in a tangential direction.
Besonders bevorzugt ist der Haltebereich ringförmig ausgebildet, und steht im Wesentlichen vollständig in Kontakt mit der Berandung der Aussparung. Insbesondere weist die gesamte Lageraufnahme somit zwei ringförmige Teilbereiche auf, welche in radialer Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei diese an einer Verbindungsstelle zu einem einstückigen Bauteil miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann die Lageraufnahme somit in Form einer „8“ ausgebildet sein. Insbesondere bildet die Verbindungsstelle dabei eine Verengung des Außenumfangs der Lageraufnahme, wodurch die Hinterschneidung mit dem Gehäuse bereitgestellt werden kann, um die genau definierte relative Anordnung zu ermöglichen. Dadurch kann bei besonders einfacher und kostengünstiger Konstruktion und Herstellbarkeit eine optimale Lagetoleranz bereitgestellt werden. The holding area is particularly preferably designed in a ring shape and is essentially completely in contact with the edge of the recess. In particular, the entire bearing receptacle thus has two ring-shaped partial areas which are arranged next to one another in the radial direction, whereby these are connected to one another at a connection point to form a one-piece component. For example, the bearing receptacle can thus be designed in the shape of an "8". In particular, the connection point forms a narrowing of the outer circumference of the bearing receptacle, whereby the undercut with the housing can be provided in order to precisely to enable a defined relative arrangement. This makes it possible to provide optimum positional tolerance with particularly simple and cost-effective design and manufacture.
Vorzugsweise ist der Haltebereich als Lagersitz für ein weiteres Lager ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Haltebereich ausgebildet zur Aufnahme eines weiteren Lagers, wie beispielsweise eines Lagers einer Welle eines Getriebes, vorzugsweise einer Zwischenwelle, beispielsweise eines mehrstufigen Getriebes. Damit können mit wenigen Bauteilen auf einfache und kostengünstige Weise mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllt werden. Preferably, the holding area is designed as a bearing seat for another bearing. In other words, the holding area is designed to accommodate another bearing, such as a bearing on a shaft of a transmission, preferably an intermediate shaft, for example of a multi-stage transmission. This means that several functions can be fulfilled simultaneously in a simple and cost-effective manner using just a few components.
Vorzugsweise weist der Lagerkraftsensor einen Dehnmessstreifen auf. Beispielsweise durch Anbringen eines Dehnmessstreifen am Biegebalken kann dessen Verformung besonders einfach erfasst werden. Durch den Dehnmessstreifen kann beispielsweise eine Dehnung und/oder Stauchung und basierend darauf die Verformung, und beispielsweise auch eine mechanische Kraft am Biegebalken ermittelt werden. The bearing force sensor preferably has a strain gauge. For example, by attaching a strain gauge to the bending beam, its deformation can be detected particularly easily. The strain gauge can be used to determine, for example, an extension and/or compression and, based on this, the deformation and, for example, also a mechanical force on the bending beam.
Alternativ oder zusätzlich bevorzugt weist der Lagerkraftsensor ein Piezoelement auf. Dadurch kann, ähnlich einem Dehnmessstreifen, auf besonders einfache und platzsparende Weise sowie kostengünstig eine Verformung und/oder eine momentan wirkende Kraft am Biegebalken ermittelt werden. Alternatively or additionally, the bearing force sensor preferably has a piezo element. This allows a deformation and/or a force acting at the moment on the bending beam to be determined in a particularly simple, space-saving and cost-effective manner, similar to a strain gauge.
Alternativ oder zusätzlich bevorzugt weist der Lagerkraftsensor einen Magnetsensor auf. Beispielsweise kann der Magnetsensor ein Hall-Sensor sein, insbesondere mittels welchem direkt eine relative Lageänderung eines Teilbereichs des Biegebalkens zu einem weiteren Bauteil, wie beispielsweise dem Gehäuse auf einfache Weise und besonders präzise erfasst werden kann. Alternatively or additionally, the bearing force sensor preferably has a magnetic sensor. For example, the magnetic sensor can be a Hall sensor, in particular by means of which a relative position change of a partial area of the bending beam to another component, such as the housing, can be directly detected in a simple and particularly precise manner.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrrads, umfassend einen Kurbeltrieb, welcher Kurbeln, eine Welle, zum Beispiel eine Tretwelle, und zwei Tretlager zur Lagerung der Welle aufweist. Zudem umfasst die Antriebsanordnung ein Abtriebselement, welches mit der Welle verbunden ist, und eine Antriebseinheit, welche eingerichtet ist, ein Motormoment zur Unterstützung eines durch einen Fahrer, insbesondere mittels Muskelkraft, erzeugten Fahrerdrehmoments bereitzustellen. Vorzugsweise kann als Abtriebselement ein Kettenblatt vorgesehen sein. Alternativ bevorzugt kann ein anderes Abtriebselement vorgesehen sein, dass eingerichtet ist zur Verbindung mit einem Übertragungselement, um eine Drehmomentübertragung von der Welle an ein Antriebsrad des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die Welle ist dabei innerhalb der Antriebseinheit mittels der beiden Tretlager gelagert. Ferner umfasst die Antriebsanordnung die oben beschriebene Anordnung zur Erfassung einer Lagerkraft an einem der beiden Tretlager. Der Lagerkraftsensor ist dabei in axialer Richtung der Welle auf Höhe des Abtriebs-seitig angeordneten Tretlagers angeordnet. Mit anderen Worten wird eine Antriebsanordnung bereitgestellt, welche im Bereich desjenigen der beiden Tretlager, welches näher am Abtriebselement angeordnet ist, den Lagerkraftsensor aufweist. Bevorzugt ist das Abtriebselement drehfest mit der Welle verbunden. Insbesondere ist die Welle dabei einteilig ausgebildet. Durch die Lagerkraftbestimmung mittels des Lagerkraftsensors ergibt sich dabei der Vorteil, dass die Welle somit besonders einfach und kostengünstig ausgebildet werden kann, wobei dennoch eine zuverlässige Bestimmung der für die Betätigung der Antriebseinheit verwendeten Kräfte möglich ist. The invention further relates to a drive arrangement of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power, in particular an electric bicycle, comprising a crank drive, which has cranks, a shaft, for example a pedal shaft, and two bottom brackets for supporting the shaft. In addition, the drive arrangement comprises an output element, which is connected to the shaft, and a drive unit, which is designed to generate a motor torque to support a pedal operated by a driver, in particular by means of Muscle power, generated by the driver. Preferably, a chainring can be provided as the output element. Alternatively, another output element can be provided that is set up for connection to a transmission element in order to enable torque to be transmitted from the shaft to a drive wheel of the vehicle. The shaft is mounted within the drive unit by means of the two bottom brackets. Furthermore, the drive arrangement comprises the arrangement described above for detecting a bearing force on one of the two bottom brackets. The bearing force sensor is arranged in the axial direction of the shaft at the level of the bottom bracket arranged on the output side. In other words, a drive arrangement is provided which has the bearing force sensor in the area of that of the two bottom brackets which is arranged closer to the output element. Preferably, the output element is connected to the shaft in a rotationally fixed manner. In particular, the shaft is designed in one piece. The bearing force determination by means of the bearing force sensor results in the advantage that the shaft can thus be designed in a particularly simple and cost-effective manner, while still allowing a reliable determination of the forces used to actuate the drive unit.
Bevorzugt weist die Lageraufnahme den Haltebereich auf, welcher ringförmig ausgebildet ist. Zudem umfasst die Antriebsanordnung ferner ein Getriebe mit einer Zwischenwelle und mit einem Zwischenwellenlager. Beispielsweise kann das Getriebe dabei als mehrstufiges Getriebe, insbesondere als Stirnradgetriebe, ausgebildet sein. Der Haltebereich der Lageraufnahme bildet dabei einen Lagersitz des Zwischenwellenlagers. Das heißt, das Zwischenwellenlager wird durch den Haltebereich definiert am Gehäuse gehalten. Dadurch kann bei besonders einfacher und kostengünstiger Konstruktion und Herstellbarkeit mit wenigen Bauteilen eine leichtgewichtige Antriebsanordnung bereitgestellt werden, bei der besonders geringe Toleranzen bei der Anordnung der Lager und Wellen eingehalten werden können. The bearing receptacle preferably has the holding area, which is ring-shaped. In addition, the drive arrangement further comprises a gear with an intermediate shaft and an intermediate shaft bearing. For example, the gear can be designed as a multi-stage gear, in particular as a spur gear. The holding area of the bearing receptacle forms a bearing seat of the intermediate shaft bearing. This means that the intermediate shaft bearing is held in a defined manner on the housing by the holding area. This makes it possible to provide a lightweight drive arrangement with a particularly simple and cost-effective design and manufacture with few components, in which particularly small tolerances can be maintained in the arrangement of the bearings and shafts.
Ferner führt die Erfindung zu einem mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeug, insbesondere einem Elektrofahrrad, das die beschriebene Antriebsanordnung umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer der oben beschriebenen Antriebsanordnung. Das Verfahren umfasst die Schritte: Furthermore, the invention leads to a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power, in particular an electric bicycle, which comprises the drive arrangement described. The invention further relates to a method for operating one of the drive arrangements described above. The method comprises the steps:
- Ermitteln einer Verformung des Biegebalkens, und - Determining a deformation of the bending beam, and
- Ermitteln einer Lagerkraft-Richtung und eines Lagerkraft-Betrags einer resultierenden Lagerkraft am Abtriebs-seitigen Tretlager basierend auf der ermittelten Verformung. Das Verfahren zeichnet sich dabei durch eine besonders einfache und kostengünstige Durchführbarkeit aus, wobei präzise Ergebnisse für die Lagerkraft-Richtung und den Lagerkraft-Betrag am Abtriebs-seitigen Tretlager ermittelt werden können. - Determining a bearing force direction and a bearing force amount of a resulting bearing force on the output-side bottom bracket based on the determined deformation. The method is characterized by being particularly simple and cost-effective to implement, whereby precise results for the bearing force direction and the bearing force amount on the output-side bottom bracket can be determined.
Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ermitteln einer Abtriebskraft an dem Abtriebselement basierend auf der Lagerkraft-Richtung und dem Lagerkraft-Betrag der Lagerkraft. Als Abtriebs kraft wird dabei eine von einem Übertragungselement, wie beispielswiese einer Fahrradkette, auf das Abtriebselement ausgeübte Kraft angesehen, insbesondere während eines Betriebs des Elektrofahrrads. Vorzugsweise liegt die Abtriebskraft an einem Außenumfang des Kettenblatts und in einer vorbestimmten Richtung, entlang welcher sich die Fahrradkette, beispielsweise zu einem Hinterrad, erstreckt, vor. Bevorzugt erfolgt das Ermitteln der Abtriebskraft zusätzlich basierend auf vorbekannten geometrischen Eigenschaften der Antriebsanordnung, insbesondere des Kettenblatts. The method preferably further comprises the step of determining an output force on the output element based on the bearing force direction and the bearing force amount of the bearing force. The output force is considered to be a force exerted on the output element by a transmission element, such as a bicycle chain, in particular during operation of the electric bicycle. The output force is preferably present on an outer circumference of the chainring and in a predetermined direction along which the bicycle chain extends, for example to a rear wheel. The output force is preferably additionally determined based on previously known geometric properties of the drive arrangement, in particular the chainring.
Weiter bevorzugt umfasst das Verfahren den Schritt: Ermitteln des durch den Fahrer aufgebrachten Fahrerdrehmoments basierend auf der ermittelten Abtriebskraft und dem Motormoment, insbesondere wenn ein Betrieb eines Elektrofahrrads, welches die Antriebsanordnung umfasst, gleichzeitig mit Muskelkraft und Motorkraft erfolgt. Insbesondere ist das Motormoment basierend auf einer Motorsteuerung vorbekannt. Bevorzugt erfolgt das Ermitteln des Fahrerdrehmoments durch Ermitteln einer Fahrerkraft, wobei die Fahrerkraft einem Anteil der Abtriebskraft entspricht, welcher durch die Muskelkraft des Fahrers erzeugt wird. Insbesondere ist ein Zusammenhang zwischen Fahrerdrehmoment und Fahrerkraft durch die vorbekannten geometrischen Eigenschaften der Antriebsanordnung, insbesondere des Kettenblatts, definiert. Die Fahrerkraft wird vorzugsweise ermittelt durch Subtrahieren einer Motorkraft von der gesamten Abtriebskraft, wobei die Motorkraft einer an der Fahrradkette anliegenden Kraft, welche aus dem Motormoment resultiert, entspricht. Somit kann das Fahrerdrehmoment auf besonders einfache Weise und präzise bestimmt werden. The method further preferably comprises the step of: determining the driver torque applied by the driver based on the determined output force and the motor torque, in particular when an electric bicycle, which comprises the drive arrangement, is operated simultaneously with muscle power and motor power. In particular, the motor torque is previously known based on a motor control. The driver torque is preferably determined by determining a driver force, wherein the driver force corresponds to a portion of the output force which is generated by the driver's muscle power. In particular, a relationship between driver torque and driver force is defined by the previously known geometric properties of the drive arrangement, in particular of the chainring. The driver force is preferably determined by subtracting a motor force from the total output force, wherein the motor force corresponds to a force applied to the bicycle chain which results from the motor torque. Thus The driver torque can be determined particularly easily and precisely.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Steuern eines von der Antriebseinheit erzeugten Motormoments in Abhängigkeit der Lagerkraft- Richtung und des Lagerkraft-Betrags. Besonders bevorzugt erfolgt das Steuern der Antriebseinheit in Abhängigkeit des ermittelten Fahrerdrehmoments. Das heißt, es erfolgt eine Bereitstellung eines Motormoments zur Unterstützung der Tretkraft des Fahrers in Abhängigkeit der Lagerkraft, bzw. des Fahrerdrehmoments, welches basierend auf der ermittelten Lagerkraft bestimmt wird. Preferably, the method further comprises the step of controlling a motor torque generated by the drive unit as a function of the bearing force direction and the bearing force amount. Particularly preferably, the drive unit is controlled as a function of the determined driver torque. This means that a motor torque is provided to support the pedal force of the driver as a function of the bearing force or the driver torque, which is determined based on the determined bearing force.
Bevorzugt erfolgt das Ermitteln der Lagerkraft-Richtung und des Lagerkraft- Betrags basierend auf einer Kalibrierung der Antriebsanordnung. Die Kalibrierung erfolgt dabei dadurch, dass ein Verhältnis der jeweiligen durch die Lagerkraftsensoren erfassten Kräfte während einer Betätigung des Kurbeltriebs in einer vorbestimmten Kalibrierkonfiguration erfolgt. In der Kalibrierkonfiguration erfolgt dabei eine Betätigung des Kurbetriebs mit einer Betätigungskraft in einer vorbestimmten Betätigungsrichtung. Besonders bevorzugt erfolgt die Kalibrierung durch Erfassen mehrerer Verhältnisse in mehreren verschiedenen vorbestimmten Betätigungsrichtungen. Vorzugsweise wird die Kalibrierung einmalig in montiertem Zustand der Antriebsanordnung an einem Elektrofahrrad durchgeführt. Preferably, the bearing force direction and the bearing force amount are determined based on a calibration of the drive arrangement. The calibration is carried out by determining a ratio of the respective forces detected by the bearing force sensors during an actuation of the crank drive in a predetermined calibration configuration. In the calibration configuration, the crank drive is actuated with an actuation force in a predetermined actuation direction. Particularly preferably, the calibration is carried out by detecting several ratios in several different predetermined actuation directions. The calibration is preferably carried out once in the mounted state of the drive arrangement on an electric bicycle.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Short description of the drawings
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt: The invention is described below using an exemplary embodiment in conjunction with the figures. In the figures, functionally identical components are each identified by the same reference numerals. In the following:
Figur 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads mit einer Antriebsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figure 1 is a simplified schematic view of an electric bicycle with a drive arrangement according to a first embodiment of the invention,
Figur 2 eine Detail-Schnittansicht der Antriebsanordnung der Figur 1, Figur 3 eine perspektivische Detailansicht der Antriebsanordnung der Figur 1, Figure 2 is a detailed sectional view of the drive arrangement of Figure 1, Figure 3 is a perspective detailed view of the drive arrangement of Figure 1,
Figur 4 eine weitere Detailansicht der Antriebsanordnung der Figur 1 , Figure 4 is a further detailed view of the drive arrangement of Figure 1,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines Details der Antriebsanordnung der Figur 1 , Figure 5 is a perspective view of a detail of the drive arrangement of Figure 1,
Figur 6 eine weitere Detailansicht der Antriebsanordnung der Figur 1 , Figure 6 is a further detailed view of the drive arrangement of Figure 1,
Figur 7 eine weitere Detailansicht der Antriebsanordnung der Figur 1 mit alternativer Ausrichtung der Antriebseinheit, Figure 7 shows a further detailed view of the drive arrangement of Figure 1 with an alternative orientation of the drive unit,
Figur 8 eine Detail-Schnittansicht einer Antriebsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figure 8 is a detailed sectional view of a drive arrangement according to a second embodiment of the invention,
Figur 9 eine perspektivische Ansicht eines Details der Antriebsanordnung der Figur 8, Figure 9 is a perspective view of a detail of the drive arrangement of Figure 8,
Figur 10 eine alternative perspektivische Ansicht des Details der Figur 9, Figure 10 is an alternative perspective view of the detail of Figure 9,
Figur 11 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Details einerFigure 11 is a simplified schematic view of a detail of a
Antriebsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Drive arrangement according to a third embodiment of the invention,
Figur 12 eine perspektivische Ansicht eines Details der Antriebsanordnung der Figur 11, und Figure 12 is a perspective view of a detail of the drive arrangement of Figure 11, and
Figur 13 eine weitere perspektivische Ansicht eines Details der Antriebsanordnung der Figur 11. Figure 13 is a further perspective view of a detail of the drive arrangement of Figure 11.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Preferred embodiments of the invention
Figur 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads 100 mit einer Antriebsanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Antriebsanordnung 1 ist in einer Detail-Schnittansicht in der Figur 2 dargestellt. Figure 1 shows a simplified schematic view of an electric bicycle 100 with a drive arrangement 1 according to a first embodiment of the Invention. The drive arrangement 1 is shown in a detailed sectional view in Figure 2.
Die Antriebsanordnung 1 weist einen Kurbeltrieb 2 mit zwei bezüglich einer Tretachse 22a gegenüberliegenden Kurbeln 21 auf. An den Kurbeln 21 sind Pedale 25 angeordnet, über welche ein Fahrer mittels Muskelkraft ein Fahrerdrehmoment an der Antriebsanordnung 1 erzeugen kann. The drive arrangement 1 has a crank drive 2 with two cranks 21 opposite one another with respect to a pedal axis 22a. Pedals 25 are arranged on the cranks 21, via which a driver can generate a driver torque on the drive arrangement 1 using muscle power.
Zudem umfasst der Kurbeltrieb 2 eine Welle, zum Beispiel Tretwelle 22, welche drehfest mit den Kurbeln 21 verbunden ist, und zwei Tretlager 23, 24 zur drehbaren Lagerung der Tretwelle 22. In addition, the crank drive 2 comprises a shaft, for example a pedal shaft 22, which is connected in a rotationally fixed manner to the cranks 21, and two bottom brackets 23, 24 for the rotatable mounting of the pedal shaft 22.
Die Antriebsanordnung 1 umfasst ferner ein Abtriebselement 3, welches ein Kettenblatt ist, und welches drehfest mit der Tretwelle 22 verbunden ist, und eine Fahrradkette 7 als Übertragungselement, welche in Eingriff mit dem Kettenblatt 3 steht. The drive arrangement 1 further comprises an output element 3, which is a chainring and which is connected in a rotationally fixed manner to the pedal shaft 22, and a bicycle chain 7 as a transmission element, which is in engagement with the chainring 3.
Zur Unterstützung des Fahrerdrehmoments mit einem zusätzlichen Motormoment, umfasst die Antriebsanordnung 1 eine Antriebseinheit 4, welche eingerichtet ist, das Motormoment, vorzugsweise mittels eines Elektromotors, der insbesondere von einem (nicht dargestellten) elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird, zu erzeugen. In order to support the driver torque with an additional engine torque, the drive arrangement 1 comprises a drive unit 4 which is designed to generate the engine torque, preferably by means of an electric motor which is supplied with electrical energy in particular by an electrical energy storage device (not shown).
Die Antriebseinheit 4 ist vorzugsweise an einem Fahrradrahmen 101 des Elektrofahrrads 100 befestigt. The drive unit 4 is preferably attached to a bicycle frame 101 of the electric bicycle 100.
Die T retwelle 22 ist mittels der beiden Lager 23, 24 in der Antriebseinheit 4 gelagert. Dabei weist die Antriebseinheit 4 am Abtriebs-abgewandten Lager 23 einen Lagerbund 43 auf, innerhalb welchem das Lager 23 angeordnet ist (vgl. Figur 2). Insbesondere ist der Lagerbund 43 integraler Bestandteil eines Gehäuses 40 der Antriebseinheit 4. The treadle shaft 22 is mounted in the drive unit 4 by means of the two bearings 23, 24. The drive unit 4 has a bearing collar 43 on the bearing 23 facing away from the output, within which the bearing 23 is arranged (see Figure 2). In particular, the bearing collar 43 is an integral part of a housing 40 of the drive unit 4.
Bei einem motorunterstützten Betrieb des Elektrofahrrads 100 erfolgt eine Anpassung des Motormoments in Abhängigkeit des durch den Fahrer aufgebrachten Fahrerdrehmoments. Das Fahrerdrehmoment wird dabei durch eine Bestimmung einer Lagerkraft 59 an dem Abtriebs-seitigen Tretlager 24 ermittelt, wie nachfolgend beschrieben. When the electric bicycle 100 is operated with motor support, the motor torque is adjusted depending on the driver torque applied by the driver. The driver torque is determined by a determination of a bearing force 59 on the output-side bottom bracket 24 is determined as described below.
Zur Bestimmung des Fahrerdrehmoments basierend auf der Lagerkraft 59 werden mehrere bekannte mechanische und geometrische Zusammenhänge sowie das aus dem Betrieb der Antriebseinheit 4 bekannte Motormoment verwendet. Im Detail wird dabei der Zusammenhang verwendet, dass eine für den Vortrieb des Elektrofahrrads 100 relevante Abtriebskraft 60 an dem Abtriebsseitigen Tretlager 24 eine Reaktionskraft mit gleichem Betrag und parallel dazu in entgegengesetzter Richtung hervorruft. To determine the driver torque based on the bearing force 59, several known mechanical and geometric relationships as well as the motor torque known from the operation of the drive unit 4 are used. In detail, the relationship used is that an output force 60 relevant for the propulsion of the electric bicycle 100 causes a reaction force of the same magnitude and parallel to it in the opposite direction at the output-side bottom bracket 24.
Bei Kenntnis der Geometrie und Mechanik des Kurbeltriebs 2 und des Motormoments der Antriebseinheit 4 kann ein Anteil der Abtriebskraft 60, welcher durch die Antriebseinheit 4 aufgebracht wird, also eine Motorkraft, ermittelt werden. Durch Subtrahieren der Motorkraft von der gesamten Abtriebskraft 60 kann somit auf einfache Weise die Fahrerkraft, welche dem Anteil der Abtriebskraft 60, der durch die Muskelkraft des Fahrers aufgebracht wird, entspricht, ermittelt werden. Das entsprechende Fahrerdrehmoment kann anschließend ebenfalls durch die geometrischen Eigenschaften der Antriebsanordnung 1 auf einfache Weise ermittelt werden. With knowledge of the geometry and mechanics of the crank drive 2 and the engine torque of the drive unit 4, a portion of the output force 60 that is applied by the drive unit 4, i.e. an engine force, can be determined. By subtracting the engine force from the total output force 60, the driver force, which corresponds to the portion of the output force 60 that is applied by the driver's muscle power, can thus be determined in a simple manner. The corresponding driver torque can then also be determined in a simple manner using the geometric properties of the drive arrangement 1.
Die Lagerkraft 59 wird dabei bei der vorliegenden Antriebsanordnung 1 mittels einer einfachen, kompakten und kostengünstigen Konstruktion ermittelt, welche zudem eine besonders feinfühlige und präzise Erfassung erlaubt. Hierfür weist die Antriebsanordnung 1 zwei Lagerkraftsensoren 51 , 52 auf, welche im Bereich des Abtriebs-seitigen Tretlagers 24 angeordnet sind. The bearing force 59 is determined in the present drive arrangement 1 by means of a simple, compact and cost-effective construction, which also allows particularly sensitive and precise detection. For this purpose, the drive arrangement 1 has two bearing force sensors 51, 52, which are arranged in the area of the output-side bottom bracket 24.
Die Anordnung der beiden Lagerkraftsensoren 51 , 52 ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Dabei befinden sich beide Lagerkraftsensoren 51 , 52 in axialer Richtung der Tretwelle 22 auf Höhe des Abtriebs-seitigen Tretlagers 24. The arrangement of the two bearing force sensors 51, 52 is shown in Figures 3 and 4. Both bearing force sensors 51, 52 are located in the axial direction of the pedal shaft 22 at the level of the output-side bottom bracket 24.
Jeder der beiden Lagerkraftsensoren 51 , 52 ist dabei als Dehnmessstreifen ausgebildet und eingerichtet, um eine, beispielsweise aus einer mechanischen Dehnung und/oder Stauchung resultierende, Kraft 55, 56 entlang genau einer vorbestimmten Richtung, nämlicher in radialer Richtung bezüglich der Tretachse 22a, zu erfassen. Die beiden Lagerkraftsensoren 51, 52 sind mit einer Erfassungseinheit 6 verbunden, welche die jeweiligen Kräfte 55, 56 bestimmt und zudem die Bestimmung aller weiteren Kräfte und Momente vornimmt. Each of the two bearing force sensors 51, 52 is designed as a strain gauge and is configured to detect a force 55, 56 resulting, for example, from a mechanical expansion and/or compression, along exactly one predetermined direction, namely in the radial direction with respect to the pedal axis 22a. The two bearing force sensors 51, 52 are connected to a detection unit 6, which determines the respective forces 55, 56 and also determines all other forces and moments.
Die Lagerkraftsensoren 51 , 52 sind dabei an einer radial äußeren Seite einer Lageraufnahme 5 angeordnet. Die Lageraufnahme 5 ist ein zu dem Gehäuse 40 der Antriebseinheit 4 separat ausgebildetes Bauteil, welches insbesondere als Lagerschale ausgebildet ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Lageraufnahme 5 eine im wesentlichen quadratische Außengeometrie auf. The bearing force sensors 51, 52 are arranged on a radially outer side of a bearing holder 5. The bearing holder 5 is a component that is designed separately from the housing 40 of the drive unit 4 and is designed in particular as a bearing shell. In the first exemplary embodiment, the bearing holder 5 has an essentially square outer geometry.
In Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht der Lageraufnahme 5 dargestellt. Figure 5 shows a perspective view of the bearing holder 5.
Das Tretlager 24 ist dabei in einer Aussparung der Lageraufnahme 5 angeordnet, wobei im unbelasteten Zustand vorzugsweise im Wesentlichen der gesamte Innenumfang der Lageraufnahme 5 in Kontakt mit einem Außenumfang des T retlagers 24 steht. The bottom bracket 24 is arranged in a recess of the bearing holder 5, wherein in the unloaded state preferably substantially the entire inner circumference of the bearing holder 5 is in contact with an outer circumference of the bottom bracket 24.
Die Lageraufnahme 5 ist zudem geschlitzt ausgebildet, mit einem Schlitz 57, der sich in radialer Richtung vollständig durch die gesamte Lageraufnahme 5 erstreckt. The bearing holder 5 is also slotted, with a slot 57 which extends completely through the entire bearing holder 5 in the radial direction.
Die Lageraufnahme 5 weist zudem einen Befestigungsbereich 50 auf, der am Gehäuse 40 befestigt ist. Der Befestigungsbereich 50 ist eine axiale Stirnseite der Lageraufnahme 5, welche vollflächig in Kontakt mit dem Gehäuse 40 steht. Der Befestigungsbereich 50 ist im ersten Ausführungsbeispiel mittels insgesamt drei Schraubenverbindungen 58a am Gehäuse 40 fixiert. The bearing holder 5 also has a fastening area 50 which is fastened to the housing 40. The fastening area 50 is an axial end face of the bearing holder 5, which is in full contact with the housing 40. In the first embodiment, the fastening area 50 is fixed to the housing 40 by means of a total of three screw connections 58a.
Zudem weist die Lageraufnahme 5 zwei Biegebalken 53 auf, welche jeweils zwischen dem Schlitz 57 und dem Befestigungsbereich 50 angeordnet sind. Die Biegebalken 53 sind derart ausgebildet, dass diese sich in radialer Richtung verformen können. In der Figur 4 sind die Biegebalken 53 mittels einer Schraffur gekennzeichnet. An der radial äußeren Seite jedes Biegebalkens 53 befindet sich jeweils eine ebene Abflachung 41, an der der jeweilige Lagerkraftsensor 51 , 52 angeordnet ist. In addition, the bearing holder 5 has two bending beams 53, each of which is arranged between the slot 57 and the fastening area 50. The bending beams 53 are designed in such a way that they can deform in the radial direction. In Figure 4, the bending beams 53 are marked by hatching. On the radially outer side of each bending beam 53 there is a flat flattening 41 on which the respective bearing force sensor 51, 52 is arranged.
Wird durch die Tretkraft des Fahrers der Kurbeltrieb 2 belastet, so bewirkt dies die Lagerkraft 59 am Tretlager 24. Da das Tretlager 24 mittels der Lageraufnahme 5 im Gehäuse 40 der Antriebseinheit 4 gehalten ist, wirkt sich diese Lagerkraft 59 entsprechend auf die Lageraufnahme 5 aus. Durch die spezielle Ausgestaltung der Lageraufnahme 5 mit den beweglichen Biegebalken 53 führt die Lagerkraft 59 zu einer Auslenkung der Biegebalken 53 in radialer Richtung. Mittels der als Dehnmessstreifen ausgebildeten Lagerkraftsensoren 51 , 52 kann diese Verformung erfasst werden. If the crank mechanism 2 is loaded by the pedal force of the rider, this causes the bearing force 59 on the bottom bracket 24. Since the bottom bracket 24 is held in the housing 40 of the drive unit 4 by means of the bearing holder 5, this bearing force 59 has a corresponding effect on the bearing holder 5. Due to the special design of the bearing holder 5 with the movable bending beams 53, the bearing force 59 leads to a deflection of the bending beams 53 in the radial direction. This deformation can be detected by means of the bearing force sensors 51, 52 designed as strain gauges.
Anhand der oben beschriebenen vorbekannten geometrischen und mechanischen Eigenschaften der Anordnung 10 kann basierend auf den erfassten Verformungen die gesamte resultierende Lagerkraft 59, nämlich die Lagerkraft-Richtung und der Lagerkraft-Betrag, ermittelt werden. Based on the previously known geometric and mechanical properties of the arrangement 10 described above, the total resulting bearing force 59, namely the bearing force direction and the bearing force magnitude, can be determined based on the detected deformations.
Durch die freie Beweglichkeit der Biegebalken 53 in radialer Richtung kann dabei bei entsprechender mechanischer Auslegung eine besonders feinfühlige Erfassung ermöglicht werden. Das heißt, beispielsweise durch entsprechende Auslegung der Dicken der Biegebalken 53 in axialer und/oder radialer Richtung, kann ermöglicht werden, dass bereits bei kleinen Lagerkräften eine eindeutig messbare Verformung auftritt. Insbesondere kann somit eine Erfassung niedriger Drehmomente, die durch den Fahrer aufgebracht werden, mit hoher Genauigkeit ermöglicht werden. The free movement of the bending beams 53 in the radial direction enables particularly sensitive detection with appropriate mechanical design. This means, for example, that by appropriately designing the thickness of the bending beams 53 in the axial and/or radial direction, it is possible for a clearly measurable deformation to occur even with small bearing forces. In particular, this enables detection of low torques applied by the driver with high accuracy.
Um eine besonders hohe Genauigkeit durch eine möglichst unbeeinflusste Verformung der Biegebalken 53 zu gewährleisten, sind die Biegebalken 53 in axialer Richtung von der Gehäusewand, an dem der Befestigungsbereich 50 der Lageraufnahme 5 anliegt, beabstandet. Das heißt, in axialer Richtung liegt zwischen einer der Gehäusewand zugewandten axialen Stirnseite 50b jedes Biegebalkens 53 und der Gehäusewand, an der entsprechend die Stirnseite 50a des Befestigungsbereichs 50 anliegt, jeweils ein Spalt vor. Dadurch wird die Verformung der Biegebalken 53 beispielsweise nicht durch eine Reibung beeinflusst. Weiterhin können die Biegebalken 53 und/oder das Tretlager 24 so ausgebildet sein, dass zwischen der radial inneren Seite der Biegebalken 53 und der radial äußeren Seite des Tretlagers 24 ein Bereich mit möglichst niedriger Reibung ausgebildet ist, sodass beispielsweise eine Verfälschung der Messergebnisse durch Haftreibungs-bedingte Spannungen vermieden oder reduziert werden kann. In order to ensure particularly high precision by ensuring that the deformation of the bending beams 53 is as unaffected as possible, the bending beams 53 are spaced apart in the axial direction from the housing wall against which the fastening area 50 of the bearing holder 5 rests. This means that in the axial direction there is a gap between an axial end face 50b of each bending beam 53 facing the housing wall and the housing wall against which the end face 50a of the fastening area 50 rests. As a result, the deformation of the bending beams 53 is not influenced by friction, for example. Furthermore, the bending beams 53 and/or the bottom bracket 24 can be designed such that a region with the lowest possible friction is formed between the radially inner side of the bending beams 53 and the radially outer side of the bottom bracket 24, so that, for example, a distortion of the measurement results due to stresses caused by static friction can be avoided or reduced.
Ferner umfasst die Anordnung 10 einen Anschlag 7, der jeweils eine Bewegung jedes Biegebalkens 53 in radialer Richtung begrenzt. Der Anschlag 7 ist dabei unbeweglich am Gehäuse 40 der Antriebseinheit 4 fixiert. Der Anschlag 7 befindet sich in Verlängerung des Schlitzes 57 und weist pro Biegebalken 53 jeweils eine Anschlagfläche 75 auf, an die die freien Enden 53a der Biegebalken 53 im Wesentlichen in radialer Richtung anliegen können, wenn die Biegebalken 53 sich in radialer Richtung verformen. Insbesondere sind die Anschlagflächen 75 parallel zu den Abflachungen 41 der Biegebalken 53 im unbelasteten Zustand angeordnet. The arrangement 10 further comprises a stop 7 which limits the movement of each bending beam 53 in the radial direction. The stop 7 is fixed immovably to the housing 40 of the drive unit 4. The stop 7 is located in the extension of the slot 57 and has a stop surface 75 for each bending beam 53, against which the free ends 53a of the bending beams 53 can rest essentially in the radial direction when the bending beams 53 deform in the radial direction. In particular, the stop surfaces 75 are arranged parallel to the flats 41 of the bending beams 53 in the unloaded state.
Der Anschlag 7 ist dabei derart ausgebildet und am Gehäuse 4 fixiert, dass im unbelasteten Zustand, das heißt wenn das Tretlager 24 nicht belastet wird, ein vorbestimmter Luftspalt 70 zwischen jedem freien Ende 53a bzw. zwischen jeder Abflachung 41 jedes Biegebalkens 53 und der jeweiligen Anschlagfläche 75 vorliegt. Dadurch können sich die Biegebalken 53 bis zum Anliegen am Anschlag 7 vollständig frei verformen. Durch den Anschlag 7 kann eine besonders hohe mechanische Robustheit der Anordnung 10 bereitgestellt werden. The stop 7 is designed and fixed to the housing 4 in such a way that in the unloaded state, i.e. when the bottom bracket 24 is not loaded, there is a predetermined air gap 70 between each free end 53a or between each flattened area 41 of each bending beam 53 and the respective stop surface 75. This allows the bending beams 53 to deform completely freely until they rest against the stop 7. The stop 7 can provide a particularly high level of mechanical robustness for the arrangement 10.
Um ausgehend von der ermittelten Lagerkraft 59 die an der Fahrradkette 7 wirkende Abtriebskraft 60, und damit auch wie oben beschrieben das Fahrerdrehmoment, ermitteln zu können, ist die Kenntnis der relativen Orientierung der Kette nrichtung 70 der Fahrradkette 7 und der Antriebseinheit zueinander, also die Einbaulage der Antriebseinheit 4 am Fahrradrahmen 101 , erforderlich. Dies ist anhand der Figuren 6 und 7 verdeutlicht, welche unterschiedliche Einbaulagen der Antriebseinheit 4 zeigen. In order to be able to determine the output force 60 acting on the bicycle chain 7, and thus also the driver torque as described above, based on the determined bearing force 59, it is necessary to know the relative orientation of the chain device 70 of the bicycle chain 7 and the drive unit to one another, i.e. the installation position of the drive unit 4 on the bicycle frame 101. This is illustrated by Figures 6 and 7, which show different installation positions of the drive unit 4.
Wie in den Figuren 6 und 7 zu erkennen, liegen dabei unterschiedlicheAs can be seen in Figures 6 and 7, there are different
Ausrichtungen von Kettenrichtung 70 und Antriebseinheit 4 zueinander vor. Um die Abtriebskraft 60 basierend auf der Lagerkraft 59 korrekt bestimmen zu können, ist daher eine Kenntnis des geometrischen Zusammenhangs zwischen Antriebseinheit 4 und Kette nrichtung 70 notwendig. Alignment of chain direction 70 and drive unit 4 to each other. In order to correctly determine the output force 60 based on the bearing force 59, knowledge of the geometric relationship between the drive unit 4 and the chain device 70 is necessary.
Hierfür wird eine einmalige Kalibrierung der Antriebsanordnung 1 durchgeführt. Während der Kalibrierung wird von der Antriebseinheit 4 kein Motormoment erzeugt. For this purpose, a one-time calibration of the drive arrangement 1 is carried out. During the calibration, no engine torque is generated by the drive unit 4.
Bei der Kalibrierung kann in einem ersten Schritt der Kurbeltrieb 2 so angeordnet werden, dass die Kurbeln 21 horizontal, also parallel zur Kette nrichtung 70 ausgerichtet sind. In dieser ersten Kalibrierkonfiguration erfolgt eine Betätigung genau einer Kurbel 21 , nämlich der in Fahrtrichtung nach vorne zeigenden Kurbel 21 , mit einer Betätigungskraft. Die Betätigungskraft ist dabei vertikal, also orthogonal zur Kurbel 21 und zur Kettenrichtung 70, ausgerichtet, und wird durch eine Betätigung des Pedals durch den Fahrer aufgebracht. Dadurch wird die gesamte Betätigungskraft auf die Fahrradkette 7 übertragen. Eine entsprechende Lagerkraft 59 entspricht dabei einer resultierenden Kraft aus Betätigungskraft und Abtriebskraft 60. Vorzugsweise erfolgt die Kalibrierung nach einer Montage der Antriebseinheit 4 in einen Fahrradrahmen 101 des Elektrofahrrads 100. Besonders bevorzugt erfolgt das Betätigen der Kurbel 21 mit einer vorbestimmten genau bekannten Betätigungskraft, sodass der Betrag des Abtriebsmoments genau ermittelt werden kann. During calibration, in a first step, the crank drive 2 can be arranged so that the cranks 21 are aligned horizontally, i.e. parallel to the chain direction 70. In this first calibration configuration, exactly one crank 21, namely the crank 21 pointing forward in the direction of travel, is actuated with an actuating force. The actuating force is aligned vertically, i.e. orthogonal to the crank 21 and the chain direction 70, and is applied by the driver actuating the pedal. As a result, the entire actuating force is transferred to the bicycle chain 7. A corresponding bearing force 59 corresponds to a resulting force from the actuating force and the output force 60. Calibration is preferably carried out after the drive unit 4 has been mounted in a bicycle frame 101 of the electric bicycle 100. Particularly preferably, the crank 21 is actuated with a predetermined, precisely known actuating force so that the amount of the output torque can be determined precisely.
In einem zweiten Schritt der Kalibrierung wird der Kurbetrieb 2 so angeordnet, dass die Kurbeln 21 vertikal, also orthogonal zur Kette nrichtung 70, ausgerichtet sind. In dieser zweiten Kalibrierkonfiguration erfolgt eine Betätigung der unteren Kurbel 21 mit einer Betätigungskraft, welche ebenfalls vertikal, also orthogonal zur Kette nrichtung 70 und parallel zur Kurbel 21, ausgerichtet ist. Wie oben wird die Betätigungskraft durch Betätigung des Pedals 25 durch den Fahrer aufgebracht. In dieser zweiten Betätigungskonfiguration ist die Abtriebskraft 60 aufgrund der entsprechenden Ausrichtung des Kurbelbetriebs 2 gleich Null. Durch die Betätigungskraft wird dennoch eine Lagerkraft 59 hervorgerufen. In a second step of the calibration, the crank mechanism 2 is arranged so that the cranks 21 are aligned vertically, i.e. orthogonal to the chain device 70. In this second calibration configuration, the lower crank 21 is actuated with an actuating force which is also aligned vertically, i.e. orthogonal to the chain device 70 and parallel to the crank 21. As above, the actuating force is applied by the driver actuating the pedal 25. In this second actuating configuration, the output force 60 is zero due to the corresponding alignment of the crank mechanism 2. The actuating force nevertheless causes a bearing force 59.
Basierend auf den jeweils in beiden Schritten der Kalibrierung erfassten Kräften 55, 56 der Lagerkraftsensoren 51, 52 kann somit aus einem Verhältnis der beiden Kräfte 55, 56 auf eine Ausrichtung der Lagerkraftsensoren 51 , 52 relativ zu den vorbekannten Stellungen der Kurbeln 21 und/oder der Fahrradkette 7 geschlossen werden. Somit kann auch die Orientierung der Antriebseinheit 4 relativ zur Fahrradkette 7 bestimmt werden. Die so bestimmte Orientierung kann anschließend als Grundlage für die Ermittlung des Fahrermoments basierend auf der Lagerkraft-Richtung und dem Lagerkraft-Betrag der Lagerkraft 59 verwendet werden. Based on the forces 55, 56 of the bearing force sensors 51, 52 recorded in both steps of the calibration, a ratio of the two forces 55, 56 can be used to determine an alignment of the bearing force sensors 51, 52 relatively to the previously known positions of the cranks 21 and/or the bicycle chain 7. In this way, the orientation of the drive unit 4 relative to the bicycle chain 7 can also be determined. The orientation determined in this way can then be used as a basis for determining the driver torque based on the bearing force direction and the bearing force amount of the bearing force 59.
Figur 8 zeigt eine Detail-Schnittansicht einer Antriebsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel mit einer alternativen Ausgestaltung der Befestigung und Anordnung der Lageraufnahme 5 im Gehäuse 40 der Antriebseinheit 4. In den Figuren 9 und 10 sind weitere Detailansichten der Antriebsanordnung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt. Figure 8 shows a detailed sectional view of a drive arrangement 1 according to a second embodiment of the invention. The second embodiment essentially corresponds to the first embodiment with an alternative design of the fastening and arrangement of the bearing holder 5 in the housing 40 of the drive unit 4. Figures 9 and 10 show further detailed views of the drive arrangement 1 of the second embodiment.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist die Lageraufnahme 5 in einer Aussparung 65 des Gehäuses 4 angeordnet. Die Aussparung 65 ist kreisrund und koaxial zur Tretachse 22a angeordnet. Die Aussparung 65 kann beispielsweise, wie in der Figur 8 zu erkennen, gestuft ausgebildet sein, und sich vollständig durch eine Wand des Gehäuses 4 hindurch erstrecken. Dabei ragt die (in Figur 8 nicht dargestellte) Tretwelle 22 vollständig durch die Aussparung 65 des Gehäuses 4 hindurch. In the second embodiment, the bearing holder 5 is arranged in a recess 65 of the housing 4. The recess 65 is circular and arranged coaxially to the pedal axis 22a. The recess 65 can, for example, be stepped, as can be seen in Figure 8, and extend completely through a wall of the housing 4. The pedal shaft 22 (not shown in Figure 8) protrudes completely through the recess 65 of the housing 4.
Zudem umfasst die Anordnung 10 im zweiten Ausführungsbeispiel ein separates Befestigungselement 60, mittels welchem die Fixierung der Lageraufnahme 5 im Gehäuse 4 erfolgt. Bei dem Befestigungselement 60 handelt es sich um eine kreisrunde Ringscheibe, die beispielsweise aus Metall gebildet sein kann. In addition, the arrangement 10 in the second embodiment comprises a separate fastening element 60, by means of which the bearing holder 5 is fixed in the housing 4. The fastening element 60 is a circular ring disk, which can be made of metal, for example.
Die Lageraufnahme 5 ist am Befestigungsbereich 50 mittels einer Schweißverbindung 58b am Befestigungselement 60 fixiert. Dabei erstreckt sich die Schweißverbindung 58b vollflächig über den gesamten Befestigungsbereich für eine feste und zuverlässige Verbindung. Analog dem ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen den Biegebalken 53 der Lageraufnahme 5 und dem Befestigungselement 60 ein kleiner axialer Spalt vorhanden für eine ungehinderte Beweglichkeit der Biegebalken 53. Das Befestigungselement 60 weist einen dem Innendurchmesser der Aussparung 65 entsprechenden Außendurchmesser auf. The bearing holder 5 is fixed to the fastening area 50 by means of a welded connection 58b on the fastening element 60. The welded connection 58b extends over the entire fastening area for a firm and reliable connection. Analogous to the first embodiment, there is a small axial gap between the bending beams 53 of the bearing holder 5 and the fastening element 60 for unhindered mobility of the bending beams 53. The fastening element 60 has an outer diameter corresponding to the inner diameter of the recess 65.
Das Befestigungselement 60 ist dabei unbeweglich am Gehäuse 40 fixiert, beispielsweise mittels einer Pressverbindung und/oder mittels einer Schweißverbindung und/oder mittels einer Klebeverbindung. Somit erfolgt mittels des Befestigungselements 60 eine indirekte Befestigung der Lageraufnahme am Gehäuse 40 der Antriebseinheit 4. The fastening element 60 is immovably fixed to the housing 40, for example by means of a press connection and/or by means of a welded connection and/or by means of an adhesive connection. The fastening element 60 thus indirectly fastens the bearing holder to the housing 40 of the drive unit 4.
Die Lageraufnahme 5 ist dabei derart ausgebildet und am Befestigungselement 60 fixiert, dass eine radial äußere Außenabmessung 53b des freien Endes 53a des Biegebalkens 53 um ein vorbestimmtes Spaltmaß 53c (vgl. Figur 9) kleiner ist als eine Außenabmessung des Befestigungselements 60 und damit ebenfalls als eine Innenabmessung 65a der Aussparung 65. Dadurch wird bewirkt, dass der Innenumfang der Aussparung 65 als Anschlag wirkt. Das heißt, wenn einer der Biegebalken 53 durch die Lagerkraft 59 nach radial außen verformt wird, wird diese Verformung durch Anliegen des freien Endes 53a des Biegebalkens 53 am Innenumfang der Aussparung 65 begrenzt. Damit kann eine besonders einfache und leichtgewichtige Konstruktion der Antriebsanordnung 1 bereitgestellt werden. Zudem ist diese dadurch besonders einfach und kostengünstig herstellbar. The bearing holder 5 is designed and fixed to the fastening element 60 in such a way that a radially outer dimension 53b of the free end 53a of the bending beam 53 is smaller by a predetermined gap dimension 53c (see Figure 9) than an outer dimension of the fastening element 60 and thus also than an inner dimension 65a of the recess 65. This causes the inner circumference of the recess 65 to act as a stop. This means that if one of the bending beams 53 is deformed radially outward by the bearing force 59, this deformation is limited by the free end 53a of the bending beam 53 resting on the inner circumference of the recess 65. This makes it possible to provide a particularly simple and lightweight construction of the drive arrangement 1. In addition, this is particularly simple and cost-effective to manufacture.
Figur 11 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Details einer Antriebsanordnung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In den Figuren 12 und 13 sind weitere Ansichten der Antriebsanordnung 1 des dritten Ausführungsbeispiels gezeigt. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel der Figuren 8 bis 10, mit dem Unterschied einer alternativen Ausgestaltung der Lageraufnahme 5 und des Gehäuses 40. Figure 11 shows a simplified schematic view of a detail of a drive arrangement 1 according to a third embodiment of the invention. Figures 12 and 13 show further views of the drive arrangement 1 of the third embodiment. The third embodiment essentially corresponds to the second embodiment of Figures 8 to 10, with the difference of an alternative design of the bearing holder 5 and the housing 40.
Im dritten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 40 vorzugsweise als Voll-Blech- Gehäuse ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Gehäuse 40 aus einem oder mehreren Tiefziehbauteilen gebildet. Die Aussparung 65, in der die Lageraufnahme 5 angeordnet ist, ist dabei durch den Tiefziehprozess gebildet. Beispielsweise in der Figur 12 zu erkennen. Die Lageraufnahme 5 weist im dritten Ausführungsbeispiel zusätzlich einen Haltebereich 54 auf, welcher ringförmig ausgebildet ist. Der Haltebereich 54 und der ebenfalls ringförmig ausgebildete Grundbereich der Lageraufnahme 5, der den Lagersitz für das Tretlager 24 bildet, bilden dabei zusammen ein einstückiges Bauteil, welches im Wesentlichen in Form einer „8“ ausgebildet ist. In the third embodiment, the housing 40 is preferably designed as a solid sheet metal housing. In other words, the housing 40 is formed from one or more deep-drawn components. The recess 65 in which the bearing holder 5 is arranged is formed by the deep-drawing process. This can be seen, for example, in Figure 12. In the third embodiment, the bearing holder 5 additionally has a holding area 54 which is ring-shaped. The holding area 54 and the base area of the bearing holder 5, which is also ring-shaped and forms the bearing seat for the bottom bracket 24, together form a one-piece component which is essentially in the shape of an "8".
Der Haltebereich 54 weist dabei eine weitere Aussparung 54b auf, die insbesondere als kreisrunde Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Die Aussparung 54 ist koaxial zu einer Zwischenwellenachse 22b, die parallel zur Tretachse 22a ist. The holding area 54 has a further recess 54b, which is designed in particular as a circular through-opening. The recess 54 is coaxial with an intermediate shaft axis 22b, which is parallel to the pedal axis 22a.
Gehäuse 40 und Lageraufnahme 5 sind dabei so ausgebildet, dass eine innere Berandung 65b der Aussparung 65 des Gehäuses 40 im Wesentlichen vollständig mit dem Außenumfang des Haltebereichs 54 in Kontakt steht, insbesondere mittels einer Pressverbindung. Housing 40 and bearing receptacle 5 are designed such that an inner edge 65b of the recess 65 of the housing 40 is essentially completely in contact with the outer circumference of the holding region 54, in particular by means of a press connection.
Durch die „8-förmige“ Geometrie der Lageraufnahme 5 und der Aussparung 65 des Gehäuses 40 liegt somit eine Hinterschneidung in einer zur Tretachse 22a senkrechten Ebene und entlang einer Richtung 22d, die einer Verbindungsgeraden der beiden Achsen 22a, 22b entspricht, vor. Die Hinterschneidung ist in der Figur 11 durch das Bezugszeichen 54a gekennzeichnet. Due to the "8-shaped" geometry of the bearing holder 5 and the recess 65 of the housing 40, there is an undercut in a plane perpendicular to the pedal axis 22a and along a direction 22d that corresponds to a straight line connecting the two axes 22a, 22b. The undercut is identified in Figure 11 by the reference symbol 54a.
Im dritten Ausführungsbeispiel wird somit eine lagegenaue eindeutige Fixierung der Lageraufnahme 5 im Gehäuse 40 durch den Außenumfang der Lageraufnahme 5 und durch die innere Berandung 65b der Aussparung 65 erreicht. Insbesondere bildet somit der Außenumfang der Lageraufnahme 5 im dritten Ausführungsbeispiel den Befestigungsbereich 50 zur Fixierung der Lageraufnahme 5 am Gehäuse 40. In the third embodiment, a precise, unambiguous fixation of the bearing holder 5 in the housing 40 is achieved by the outer circumference of the bearing holder 5 and by the inner edge 65b of the recess 65. In particular, the outer circumference of the bearing holder 5 in the third embodiment forms the fastening area 50 for fixing the bearing holder 5 to the housing 40.
Durch die spezielle Geometrie mit der Hinterschneidung 54a entlang der Richtung 22d wird somit auf besonders einfache und kostengünstige Weise mit wenigen Bauteilen eine genau definierte relative Lage von Lageraufnahme 5 und Gehäuse 40 erreicht. Insbesondere wird dadurch die spezielle Geometrie mit dem Spaltmaß 53c ermöglicht, nämlich derart, dass die freien Enden 53a der Biegebalken 53 der Lageraufnahme 5 in dem vorbestimmten Spaltmaß 53c bezüglich der Innenabmessung 65a der Aussparung 65 des Gehäuses 40 angeordnet sind. The special geometry with the undercut 54a along the direction 22d thus enables a precisely defined relative position of the bearing holder 5 and the housing 40 to be achieved in a particularly simple and cost-effective manner using only a few components. In particular, this enables the special geometry with the gap dimension 53c, namely such that the free ends 53a of the bending beams 53 of the bearing holder 5 are in the predetermined gap dimension 53c with respect to the inner dimension 65a of the recess 65 of the housing 40.
Die Aussparung 54b des Haltebereichs 54 der Lageraufnahme 5 bildet dabei einen weiteren Lagersitz für ein weiteres (nicht dargestelltes) Lager. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen Lagersitz für ein Zwischenwellenlager, mittels welchem eine Zwischenwelle eines Getriebes (nicht dargestellt) der Antriebsanordnung 1 gelagert werden kann. Damit kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Integration mehrerer Funktionen bei besonders geringen Lagetoleranzen ermöglicht werden. The recess 54b of the holding area 54 of the bearing holder 5 forms a further bearing seat for a further bearing (not shown). This is preferably a bearing seat for an intermediate shaft bearing, by means of which an intermediate shaft of a gear (not shown) of the drive arrangement 1 can be mounted. This enables the integration of several functions with particularly small position tolerances in a particularly simple and cost-effective manner.
Insbesondere kann die Aussparung 54b dabei als Lagersitz für ein beliebiges Lager einer beliebigen Welle vorgesehen sein. In particular, the recess 54b can be provided as a bearing seat for any bearing of any shaft.
Wie in Figur 12 zu erkennen, ist die Aussparung 65 des Gehäuses 40 mit mehreren verschiedenen Teilbereichen ausgebildet. Eine Haltebereich- Aussparung 65d ist vorgesehen zur Aufnahme des Haltebereichs 54 der Lageraufnahme 5. Diese Haltebereich-Aussparung 65d ist als Vertiefung ausgebildet, welche das Gehäuse 40 nicht vollständig durchdringt. As can be seen in Figure 12, the recess 65 of the housing 40 is formed with several different sub-areas. A holding area recess 65d is provided for receiving the holding area 54 of the bearing holder 5. This holding area recess 65d is formed as a depression which does not completely penetrate the housing 40.
Im Bereich des Grundbereichs der Lageraufnahme 5, der als Lagersitz für das Tretlager 24 vorgesehen ist, weist die Aussparung 65 einen ersten Absatz 65c auf, der beispielsweise ähnlich dem Befestigungsbereich 50 des zweiten Ausführungsbeispiels der Figuren 8 bis 10, vgl. insbesondere Figur 10) ausgebildet ist, und an dem die Lageraufnahme 5 flächig anliegt. Zudem weist die Aussparung 65 einen zweiten Absatz 65b auf, der im Vergleich zum ersten Absatz 65c vertieft ist, um einen mechanischen Kontakt zwischen Lageraufnahme 5 und Gehäuse 40 in diesem Bereich zu verhindern. Ferner weist die Aussparung 65 eine Durchgangsöffnung zur Durchführung der Tretwelle 22 auf. In the area of the base area of the bearing holder 5, which is provided as a bearing seat for the bottom bracket 24, the recess 65 has a first shoulder 65c, which is designed, for example, similar to the fastening area 50 of the second embodiment of Figures 8 to 10 (see in particular Figure 10), and against which the bearing holder 5 rests flat. In addition, the recess 65 has a second shoulder 65b, which is deeper than the first shoulder 65c in order to prevent mechanical contact between the bearing holder 5 and the housing 40 in this area. Furthermore, the recess 65 has a through-opening for the passage of the pedal shaft 22.
In Figur 13 ist beispielhaft eine vollständig montierte Anordnung aus Lageraufnahme 5 und Gehäuse 40 dargestellt. Dabei ist die Lageraufnahme 5 in die Aussparung 65 des Gehäuses 40 eingepresst und anschließend mittels mehreren Fixierungsbereichen 5c in axialer Richtung im Gehäuse, insbesondere formschlüssig fixiert. Die Fixierungsbereiche 5c werden bevorzugt dadurch erzeugt, dass Teilbereiche des Gehäuses 40 plastisch verformt werden, beispielsweise mittels Verstemmen. Damit kann die Montage der Antriebsanordnung 1 besonders einfach und zeiteffizient sowie kostengünstig durchgeführt werden. Figure 13 shows an example of a fully assembled arrangement of bearing support 5 and housing 40. The bearing support 5 is pressed into the recess 65 of the housing 40 and then fixed in the housing in the axial direction, in particular in a form-fitting manner, by means of several fixing areas 5c. The fixing areas 5c are preferably This creates a plastic deformation of parts of the housing 40, for example by means of caulking. This allows the assembly of the drive arrangement 1 to be carried out particularly easily, in a time-efficient and cost-effective manner.

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Anordnung zur Erfassung einer Lagerkraft eines Tretlagers (24) eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs (100), umfassend:1 . Arrangement for detecting a bearing force of a bottom bracket (24) of a vehicle (100) operable with muscle power and/or motor power, comprising:
- ein Tretlager (24), - a bottom bracket (24),
- eine Lageraufnahme (5), welche das Tretlager (24) zumindest teilweise ringförmig umgreift, - a bearing holder (5) which at least partially surrounds the bottom bracket (24) in a ring shape,
- einen Lagerkraftsensor (51), und - a bearing force sensor (51), and
- eine Erfassungseinheit (6), - a detection unit (6),
- wobei an der Lageraufnahme (5) ein in radialer Richtung biegbarer Biegebalken (53) ausgebildet ist, - wherein a bending beam (53) which can be bent in the radial direction is formed on the bearing holder (5),
- wobei der Lagerkraftsensor (51) eingerichtet ist, um eine Verformung des Biegebalkens (53) zu erfassen, und - wherein the bearing force sensor (51) is arranged to detect a deformation of the bending beam (53), and
- wobei die Erfassungseinheit (6) eingerichtet ist, um eine Lagerkraft am Tretlager (24) basierend auf der mittels des Lagerkraftsensors (51) erfassten Verformung des Biegebalkens (53) zu erfassen. - wherein the detection unit (6) is configured to detect a bearing force at the bottom bracket (24) based on the deformation of the bending beam (53) detected by means of the bearing force sensor (51).
2. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei ein Teilbereich der Lageraufnahme (5) als der in radiale Richtung biegbare Biegebalken (53) ausgebildet ist. 2. Arrangement according to claim 1, wherein a portion of the bearing holder (5) is designed as the bending beam (53) bendable in the radial direction.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lageraufnahme (5) einen, insbesondere radialen, Schlitz (57) aufweist, und wobei der Biegebalken (53) an den Schlitz (57) angrenzt. 3. Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the bearing holder (5) has a, in particular radial, slot (57), and wherein the bending beam (53) adjoins the slot (57).
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lageraufnahme (5) zwei Biegebalken (53) und jeweils einen Lagerkraftsensor (51 , 52) pro Biegebalken (53) aufweist. 4. Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the bearing holder (5) has two bending beams (53) and one bearing force sensor (51, 52) per bending beam (53).
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Anschlag (7) der eine Bewegung des Biegebalkens (53) in radialer Richtung begrenzt. Anordnung nach Anspruch 5, wobei der Anschlag (7) derart angeordnet ist, dass im unbelasteten Zustand des Tretlagers (24) ein vorbestimmter Luftspalt (70) zwischen einem freien Ende (53a) des Biegebalkens (53) und dem Anschlag (7) angeordnet ist. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Gehäuse (40), wobei die Lageraufnahme (5) einen Befestigungsbereich (50) aufweist, der am Gehäuse (40) fixiert ist. Anordnung nach Anspruch 7, wobei der Befestigungsbereich (50) mittels einer Schraubverbindung (58a) und/oder mittels einer Schweißverbindung (58b) und/oder mittels einer Klebeverbindung und/oder mittels einer Pressverbindung am Gehäuse (40) fixiert ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner umfassend ein Befestigungselement (60) mittels welchem der Befestigungsbereich (50) am Gehäuse (40) fixiert ist, insbesondere wobei das Befestigungselement (60) als, insbesondere kreisrunde, Scheibe ausgebildet ist. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Befestigungsbereich (50) zumindest ein Teil eines Außenumfangs der Lageraufnahme (5) ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Lageraufnahme (5) in einer Aussparung (65) des Gehäuses (4) angeordnet ist, und wobei eine radial äußere Außenabmessung (53b) des freien Endes (53a) des Biegebalkens (53) mindestens um ein vorbestimmtes Spaltmaß (53c) kleiner als eine Innenabmessung (65a) der Aussparung (65) des Gehäuses (4) ist. Anordnung nach Anspruch 11 , wobei die Lageraufnahme (5) einen Haltebereich (54) aufweist, wobei zumindest ein Teilbereich des Haltebereichs (54) und eine Berandung (65b) der Aussparung (65) des Gehäuses (40) sich in radialer Richtung hinterschneiden, und wobei der Haltebereich (54) auf einer dem freien Ende (53a) des Biegebalkens (53) abgewandten Seite der Lageraufnahme (5) angeordnet ist. 5. Arrangement according to one of the preceding claims, further comprising a stop (7) which limits a movement of the bending beam (53) in the radial direction. Arrangement according to claim 5, wherein the stop (7) is arranged such that in the unloaded state of the bottom bracket (24) a predetermined air gap (70) is arranged between a free end (53a) of the bending beam (53) and the stop (7). Arrangement according to one of the preceding claims, further comprising a housing (40), wherein the bearing receptacle (5) has a fastening region (50) which is fixed to the housing (40). Arrangement according to claim 7, wherein the fastening region (50) is fixed to the housing (40) by means of a screw connection (58a) and/or by means of a weld connection (58b) and/or by means of an adhesive connection and/or by means of a press connection. Arrangement according to one of claims 7 or 8, further comprising a fastening element (60) by means of which the fastening region (50) is fixed to the housing (40), in particular wherein the fastening element (60) is designed as a disk, in particular a circular disk. Arrangement according to claim 7 or 8, wherein the fastening region (50) is at least a part of an outer circumference of the bearing receptacle (5). Arrangement according to one of claims 7 to 10, wherein the bearing receptacle (5) is arranged in a recess (65) of the housing (4), and wherein a radially outer dimension (53b) of the free end (53a) of the bending beam (53) is smaller than an inner dimension (65a) of the recess (65) of the housing (4) by at least a predetermined gap dimension (53c). Arrangement according to claim 11, wherein the bearing receptacle (5) has a holding region (54), wherein at least a partial region of the holding region (54) and an edge (65b) of the recess (65) of the housing (40) undercut one another in the radial direction, and wherein the holding region (54) is arranged on a side of the bearing receptacle (5) facing away from the free end (53a) of the bending beam (53).
13. Anordnung nach Anspruch 11, wobei der Haltebereich (54) ringförmig ausgebildet ist, und im Wesentlichen vollständig in Kontakt mit der Berandung (65a) der Aussparung (65) steht. 13. Arrangement according to claim 11, wherein the holding region (54) is annular and is substantially completely in contact with the edge (65a) of the recess (65).
14. Anordnung nach Anspruch 13, wobei der Haltebereich (54) als Lagersitz für ein weiteres Lager ausgebildet ist. 14. Arrangement according to claim 13, wherein the holding region (54) is designed as a bearing seat for a further bearing.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagerkraftsensor (51) einen Dehnmessstreifen und/oder ein Piezoelement und/oder einen Magnetsensor aufweist. 15. Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the bearing force sensor (51) comprises a strain gauge and/or a piezo element and/or a magnetic sensor.
16. Antriebsanordnung eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeug (100), umfassend: 16. Drive arrangement of a vehicle (100) operable with muscle power and/or motor power, comprising:
- einen Kurbeltrieb (2) mit Kurbeln (21), einer Welle (22), und zwei Tretlagern (23, 24) zur Lagerung der Welle (22), - a crank drive (2) with cranks (21), a shaft (22), and two bottom brackets (23, 24) for supporting the shaft (22),
- ein Abtriebselement (3), welches mit der Welle (22) verbunden ist, - an output element (3) which is connected to the shaft (22),
- eine Antriebseinheit (4), welche eingerichtet ist, ein Motormoment zur Unterstützung eines durch einen Fahrer aufgebrachten Fahrerdrehmoments bereitzustellen, - a drive unit (4) which is arranged to provide an engine torque to support a driver torque applied by a driver,
- wobei die Welle (22) in der Antriebseinheit (4) mittels der beiden Tretlager (23, 24) gelagert ist, und - wherein the shaft (22) is mounted in the drive unit (4) by means of the two bottom brackets (23, 24), and
- eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche - an arrangement according to one of the preceding claims
- wobei der Lagerkraftsensor (51) in axialer Richtung der Welle (22) auf Höhe des Abtriebs-seitig angeordneten Tretlagers (24) angeordnet ist. - wherein the bearing force sensor (51) is arranged in the axial direction of the shaft (22) at the level of the bottom bracket (24) arranged on the output side.
17. Antriebsanordnung nach Anspruch 16, wobei die Lageraufnahme (5) den Haltebereich (54) aufweist, welcher ringförmig ausgebildet ist, ferner umfassend ein Getriebe mit einer Zwischenwelle und einem Zwischenwellenlager, wobei der Haltebereich (54) einen Lagersitz des Zwischenwellenlagers bildet. 17. Drive arrangement according to claim 16, wherein the bearing receptacle (5) has the holding region (54) which is annular, further comprising a gear with an intermediate shaft and an intermediate shaft bearing, wherein the holding region (54) forms a bearing seat of the intermediate shaft bearing.
18. Mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbares Fahrzeug, umfassend eine Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 16 oder 17. 18. Vehicle operable with muscle power and/or motor power, comprising a drive arrangement (1) according to claim 16 or 17.
19. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 16 oder19. Method for operating a drive arrangement (1) according to claim 16 or
17, umfassend die Schritte: - Ermitteln einer Verformung des Biegebalkens (53), und 17, comprising the steps: - determining a deformation of the bending beam (53), and
- Ermitteln einer Lagerkraft-Richtung und eines Lagerkraft-Betrags einer Lagerkraft (59) am Abtriebs-seitigen Tretlager (24) basierend auf der ermittelten Verformung. Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend die Schritte: - Determining a bearing force direction and a bearing force amount of a bearing force (59) on the output-side bottom bracket (24) based on the determined deformation. Method according to claim 19, further comprising the steps:
- Ermitteln einer Abtriebskraft (60) an dem Abtriebselement (3) basierend auf der Lagerkraft-Richtung und dem Lagerkraft-Betrag der Lagerkraft (59), und - determining an output force (60) on the output element (3) based on the bearing force direction and the bearing force amount of the bearing force (59), and
- Ermitteln des durch den Fahrer aufgebrachten Fahrerdrehmoments basierend auf der Abtriebskraft (60) und einem Motormoment der Antriebseinheit (4). Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, ferner umfassend den Schritt:- Determining the driver torque applied by the driver based on the output force (60) and an engine torque of the drive unit (4). Method according to one of claims 19 or 20, further comprising the step:
- Steuern eines von der Antriebseinheit (4) erzeugten Motormoments in Abhängigkeit der Lagerkraft-Richtung und des Lagerkraft-Betrags. - Controlling a motor torque generated by the drive unit (4) depending on the bearing force direction and the bearing force amount.
PCT/EP2023/077240 2022-10-07 2023-10-02 Arrangement for measuring a bearing force of a bottom bracket of a vehicle which can be operated by means of muscle power and/or motor power WO2024074454A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022210637.7 2022-10-07
DE102022210637 2022-10-07
DE102023204926.0 2023-05-26
DE102023204926.0A DE102023204926A1 (en) 2022-10-07 2023-05-26 Arrangement for detecting a bearing force of a bottom bracket of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024074454A1 true WO2024074454A1 (en) 2024-04-11

Family

ID=88295836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/077240 WO2024074454A1 (en) 2022-10-07 2023-10-02 Arrangement for measuring a bearing force of a bottom bracket of a vehicle which can be operated by means of muscle power and/or motor power

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024074454A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283864A (en) * 1998-09-01 2000-10-13 Shimano Inc Torque sensor for bicycle and crankshaft assembly for bicycle
TW201321732A (en) * 2011-11-18 2013-06-01 Univ Nat Formosa Torque detecting mechanism of stepping actuation apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283864A (en) * 1998-09-01 2000-10-13 Shimano Inc Torque sensor for bicycle and crankshaft assembly for bicycle
TW201321732A (en) * 2011-11-18 2013-06-01 Univ Nat Formosa Torque detecting mechanism of stepping actuation apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006003783B4 (en) Method and device for load measurement
EP1931895B1 (en) Transmission drive unit with a zero axial backlash bearing fastening, especially for adjusting a mobile part in the motor vehicle
EP2954291B1 (en) Sensor arrangement for detecting the angular position of a shaft and method for connecting a sensor arrangement
EP2093127B1 (en) Steering gear with sensor
EP1010595B1 (en) Vehicle pedal
DE19824382A1 (en) Automotive steering gear worm drive mechanical play can be adjusted
EP1789280A1 (en) Gear/drive unit
DE112008002916T5 (en) Fixed drive pulley for a continuously variable transmission, method for mounting the fixed drive pulley and method for producing the fixed drive pulley
DE102011002565A1 (en) Actuation unit for an electromechanically actuated disc brake
DE102011101482B4 (en) Sensor arrangement for a rotatable shaft
DE102012007329B4 (en) Shaft-hub-connection
EP4232711A1 (en) Gearing having a housing and a shaft unit
DE102019214306A1 (en) VEHICLE STEERING DEVICE
DE19581490B4 (en) Locking device with a compensation element
WO2019210906A1 (en) Bearing arrangement
WO2024074454A1 (en) Arrangement for measuring a bearing force of a bottom bracket of a vehicle which can be operated by means of muscle power and/or motor power
DE10065329A1 (en) Accelerator with pedal arm attachment
DE102023204926A1 (en) Arrangement for detecting a bearing force of a bottom bracket of a vehicle that can be operated with muscle power and/or motor power
EP2245436B1 (en) Sensor arrangement for electric power steering systems
DE2360058A1 (en) CLUTCH ACTUATING DEVICE FOR MOTOR VEHICLES
DE102011114296A1 (en) Electromechanical steering i.e. electromechanical vehicle steering, for motor car, has bearing connection plate comprising recess between mounting portion and retaining portion, where recess separates retaining portion from mounting portion
DE102007023951A1 (en) Spur wheel bearing for spur wheel, comprises two adjacent axially arranged angular ball bearings, where required axial pre-loading force is generated between outer bearing rings of angular ball bearings by defined oversize of circlip
EP1393035A1 (en) Method for attaching a torque measuring device
EP1732781B1 (en) Connecting element for positioning a magnetic field sensor system
EP2447559A2 (en) Axially secured shaft-to-collar connection

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23786002

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1