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DE102014207764A1 - Torque detection with strain sensor in bottom bracket - Google Patents

Torque detection with strain sensor in bottom bracket Download PDF

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Publication number
DE102014207764A1
DE102014207764A1 DE102014207764.8A DE102014207764A DE102014207764A1 DE 102014207764 A1 DE102014207764 A1 DE 102014207764A1 DE 102014207764 A DE102014207764 A DE 102014207764A DE 102014207764 A1 DE102014207764 A1 DE 102014207764A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bottom bracket
torque
sensor
output device
strain
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014207764.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Henrik Antoni
Jens Habig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
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
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Priority to DE102014207764.8A priority Critical patent/DE102014207764A1/en
Publication of DE102014207764A1 publication Critical patent/DE102014207764A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (53) zum Erfassen eines auf eine Tretlagerwelle (16) eines Fahrrades (2) wirkenden Drehmomentes (36), umfassend: – ein Sensorelement (54, 56), das eingerichtet ist, eine vom Drehmoment (56) abhängige Dehnung (58) an einer Oberfläche der Tretlagerwelle (16) zu erfassen, und – eine Ausgabeeinrichtung (66) zum Ausgeben eines vom Drehmoment (36) abhängigen Ausgabesignals (68) basierend auf der erfassten Dehnung (58).The invention relates to a device (53) for detecting a torque (36) acting on a bottom bracket shaft (16) of a bicycle (2), comprising: - a sensor element (54, 56) arranged to be dependent on the torque (56) Elongation (58) on a surface of the bottom bracket shaft (16), and - an output device (66) for outputting a torque (36) dependent output signal (68) based on the detected strain (58).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines von einem auf eine Tretlagerwelle eines Fahrrades wirkenden Drehmomentes, ein Tretlager mit der Vorrichtung und ein Fahrrad mit dem Tretlager.The invention relates to a device for detecting a torque acting on a bottom bracket of a bicycle torque, a bottom bracket with the device and a bicycle with the bottom bracket.

Aus der DE 10 2007 062 156 A1 ist eine Drehmomentenerfassungsvorrichtung für ein Fahrrad bekannt. Dabei wird an einem Tretlager ein Drehmoment erfasst, das über Tretkurbeln in eine als Hohlwelle ausgebildete Tretlagerwelle eingeleitete wird. Dafür ist die Hohlwelle tordierbar ausgebildet und weist eine von der Torsion der Hohlwelle abhängige Magnetisierung auf. Mit einem Sensor werden das Magnetfeld der Magnetisierung und damit die Torsion der Hohlwelle erfasst, wodurch auf das Drehmoment geschlossen werden kann.From the DE 10 2007 062 156 A1 For example, a torque detecting device for a bicycle is known. In this case, a torque is detected at a bottom bracket, which is initiated via cranks in a trained as a hollow shaft bottom bracket. For this, the hollow shaft is twistable and has a dependent on the torsion of the hollow shaft magnetization. With a sensor, the magnetic field of the magnetization and thus the torsion of the hollow shaft are detected, which can be closed to the torque.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erfassung des Drehmoments auf die Tretlagerwelle in einem Fahrrad zu verbessern.It is an object of the invention to improve the detection of the torque on the bottom bracket in a bicycle.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the features of the independent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Erfassen eines auf eine Tretlagerwelle eines Fahrrades wirkenden Drehmomentes ein Sensorelement, das eingerichtet ist, eine vom Drehmoment abhängige Dehnung an einer Oberfläche der Tretlagerwelle zu erfassen, und eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines vom Drehmoment abhängigen Ausgabesignals basierend auf der erfassten Dehnung.According to one aspect of the invention, an apparatus for detecting a torque acting on a bottom bracket of a bicycle includes a sensor element configured to detect a torque-dependent strain on a surface of the bottom bracket shaft and an output device for outputting a torque-dependent output signal based on the detected strain.

Der angegebenen Vorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass es in einigen Fahrrädern, beispielsweise in Fahrrädern mit Hilfsmotoren, notwendig sein kann, den Fahrerwunsch zu erfassen. Der Fahrerwunsch ist in der Regel vom Drehmoment abhängig, mit dem der Fahrer die Tretlagerwelle über die Pedale dreht. Je größer die Trittkraft des Fahrers auf die Tretlagerwelle und damit das Drehmoment ist, desto größer ist der Wunsch des Fahrers, das Fahrzeug zu beschleunigen. Mit dem Drehmoment steht daher eine zuverlässige Aussage darüber zur Verfügung, inwieweit der Fahrer zusätzliche Beschleunigungsenergie abrufen möchte, um das Fahrrad zu beschleunigen. Die Drehmomenterfassung basierend auf dem Magnetfeld der Magnetisierung in der eingangs genannten Drehmomenterfassungsvorrichtung ist jedoch sehr fehleranfällig, weil äußere Einflüsse sowie Ungenauigkeiten an der Hohlwelle die Messung mit hohen Toleranzen stören können. The specified device is based on the consideration that it may be necessary in some bicycles, for example in bicycles with auxiliary motors, to detect the driver's request. The driver's request is usually dependent on the torque with which the driver turns the bottom bracket over the pedals. The greater the driver's pedaling force on the crankshaft and thus the torque, the greater the driver's desire to accelerate the vehicle. With the torque is therefore a reliable statement about the extent to which the driver wants to retrieve additional acceleration energy to accelerate the bike. However, the torque detection based on the magnetic field of the magnetization in the aforementioned torque detecting device is very prone to errors, because external influences and inaccuracies on the hollow shaft can interfere with the measurement with high tolerances.

Demgegenüber wird im Rahmen der angegebenen Vorrichtung vorgeschlagen, das Drehmoment, auch Tretmoment genannt, über die Dehnung zu erfassen, die aufgrund des an die Tretlagerwelle angelegten Drehmoments auf die Tretlagerwelle auftritt. Diese Dehnung kann nicht durch äußere Magnetfelder oder andere Ungenauigkeiten an der Tretlagerwelle verfälscht werden, wodurch das Drehmoment und damit der Fahrerwunsch mit der angegebenen Vorrichtung genauer erfasst wird. Auf diese Weise lässt sich die vom Fahrer gewünschte zusätzliche Beschleunigungsenergie des für das Fahrrad genauer abschätzen und das Fahrrad genauer auf die vom Fahrer gewollte Geschwindigkeit beschleunigen lässt.In contrast, it is proposed in the context of the specified device to detect the torque, also called pedal torque, on the strain that occurs due to the torque applied to the bottom bracket shaft to the bottom bracket. This strain can not be falsified by external magnetic fields or other inaccuracies on the bottom bracket, whereby the torque and thus the driver's request is more accurately detected with the specified device. In this way, the additional acceleration energy desired by the driver can be more accurately estimated for the bicycle and the bicycle can be accelerated more precisely to the speed desired by the driver.

In einer Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist die Ausgabeeinrichtung mit dem Sensorelement drahtlos verbunden. Auf diese Weise kann die Ausgabeeinrichtung am Fahrrad ortsfest zu Rahmen angeordnet und das Ausgabesignal so ortsfest abgegriffen werden. Demgegenüber kann jedoch mit dem Sensorelement die oben genannte Dehnung der Tretlagerwelle an ihrer Oberfläche an der sich drehenden Tretlagerwelle abgegriffen werden.In a development of the specified device, the output device is wirelessly connected to the sensor element. In this way, the output device can be arranged on the bicycle stationary to frame and the output signal can be tapped so fixed. In contrast, however, with the sensor element, the above-mentioned elongation of the bottom bracket can be tapped on its surface on the rotating bottom bracket shaft.

Die drahtlose Verbindung kann beliebig aufgebaut sein. So kann die drahtlose Verbindung beispielsweise eine erste, mit dem Sensorelement verbundene Antenne und eine zweite, mit der Ausgabeeinrichtung verbundene Antenne umfassen, wobei die beiden Antennen eingerichtet sind, elektrische Energie von der Ausgabeeinrichtung an das Sensorelement und die erfasste Dehnung vom Sensorelement an die Ausgabeeinrichtung zu übertragen. Auf diese Weise kann als Sensorelement ein aktives Sensorelement verwendet werden, dass zum Erfassen der Dehnung an der Oberfläche der Tretlagerwelle eine Zufuhr elektrischer Energie benötigt.The wireless connection can be configured as desired. For example, the wireless connection may comprise a first antenna connected to the sensor element and a second antenna connected to the output device, wherein the two antennas are arranged to supply electrical energy from the output device to the sensor element and the detected strain from the sensor element to the output device transfer. In this way, as the sensor element, an active sensor element can be used that requires a supply of electrical energy for detecting the strain on the surface of the bottom bracket.

Die beiden Antennen können dabei mit einer Ausnehmung und vorzugsweise ringförmig ausgebildet sein, in der die Tretlagerwelle angeordnet werden kann. Auf diese Weise können die beiden Antennen rotationssymmetrisch um die Tretlagerwelle angeordnet werden, wobei sich eine der beiden ringförmigen Antennen mit der Tretlagerwelle drehen kann, während die anderen der beiden ringförmigen Antennen gegenüber dem Fahrradrahmen feststeht. Werden die beiden ringförmigen Antennen dann koaxial angeordnet, ist sichergestellt, dass die Abstrahlungscharakteristik der sich drehenden Antenne gegenüber der stillstehenden Antenne stets gleich ist. Auf diese Weise wird eine zuverlässige drahtlose Datenübertragung zwischen den beiden Antennen erreicht.The two antennas can be formed with a recess and preferably annular, in which the bottom bracket can be arranged. In this way, the two antennas can be arranged rotationally symmetrical about the bottom bracket, wherein one of the two annular antennas can rotate with the bottom bracket, while the other of the two annular antennas is fixed relative to the bicycle frame. If the two annular antennas are then arranged coaxially, it is ensured that the radiation characteristic of the rotating antenna with respect to the stationary antenna is always the same. In this way, a reliable wireless data transmission between the two antennas is achieved.

Die drahtlose Übertragung könnte beliebig ausgebildet sein. Vorzugsweise basiert die drahtlose Übertragung jedoch auf einem Standard, wie beispielsweise dem radio frequency identification-Standard, auch RFID-Standard genannt. The wireless transmission could be designed as desired. However, preferably the wireless transmission is based on a standard such as for example, the radio frequency identification standard, also called RFID standard.

In einer anderen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung umfasst das Sensorelement einen Messaufnehmer zum Erfassen der vom Drehmoment abhängigen Dehnung an der Oberfläche der Tretlagerwelle und eine Signalaufbereitungsschaltung, die eingerichtet ist, die vom Drehmoment abhängige Dehnung an der Oberfläche der Tretlagerwelle in einem Zwischensignal an die Ausgabeeinrichtung zu senden. Dieses Zwischensignal muss nicht unbedingt so ausgebildet sein, dass dies von einer der angegebenen Vorrichtung nachgelagerten Steuereinrichtung, unmittelbar verwendet werden kann. Es kann vielmehr darauf ausgelegt werden, vom Messaufnehmer an die Ausgabeeinrichtung mit möglichst wenig Informationsverlust übertragen zu werden. Die eigentliche Ausgabe des allgemein verständlichen und gegebenenfalls normierten Ausgabesignals obliegt schließlich der Ausgabeeinrichtung.In another development of the specified device, the sensor element comprises a sensor for detecting the torque-dependent strain on the surface of the bottom bracket and a signal conditioning circuit which is adapted to transmit the torque-dependent strain on the surface of the bottom bracket in an intermediate signal to the output device , This intermediate signal does not necessarily have to be designed in such a way that it can be used directly by a control device located downstream of the stated device. Rather, it can be designed to be transmitted from the sensor to the output device with as little information loss as possible. The actual output of the generally understandable and possibly normalized output signal is ultimately the responsibility of the output device.

Als Messaufnehmer kann jedes beliebige Element verwendet werden, das die Dehnung auf der Oberfläche der Tretlagerwelle messen kann. Dieses Element kann beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen, DMS genannt, wie ein Dünnfilm-DMS, ein Dickschicht-DMS oder ein piezoresistiver DMS sein. Alternativ könnte der Messaufnehmer die Dehnung aber auch basierend auf akustischen Oberflächenwellen messen.As a sensor, any element can be used, which can measure the strain on the surface of the bottom bracket. This element can be for example a strain gauge, called DMS, such as a thin-film strain gauge, a thick-film strain gage or a piezoresistive strain gage. Alternatively, the sensor could also measure the strain based on surface acoustic waves.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Tretlager für ein Fahrrad eine Tretlagerwelle und eine angegebene Vorrichtung zum Erfassen eines auf die Tretlagerwelle wirkenden Drehmomentes. Dabei kann die Tretlagerwelle eine Innenwelle und eine Hohlwelle umfassen, in der die Innenwelle konzentrisch aufgenommen und mit dieser radial verbunden ist. Mit der Innenwelle können die Pedale des Fahrrades verbunden werden, die dann das Tretmoment über die Innenwelle auf die Hohlwelle übertragen. Auf der Hohlwelle selbst kann dann ein Kettenrad angeordnet sein, dass das Tretmoment auf eine Kette zum Antrieb des Fahrrades überträgt. Dabei sollte die Vorrichtung zum Erfassen des auf die Tretlagerwelle wirkenden Drehmomentes das Drehmoment auf der Hohlwelle erfassen.According to another aspect of the invention, a bottom bracket for a bicycle includes a bottom bracket shaft and a specified device for detecting a torque acting on the bottom bracket shaft. In this case, the bottom bracket shaft may comprise an inner shaft and a hollow shaft, in which the inner shaft is concentrically received and connected to this radially. With the inner shaft, the pedals of the bicycle can be connected, which then transmit the pedal torque on the inner shaft to the hollow shaft. On the hollow shaft itself can then be arranged a sprocket that transmits the pedal torque on a chain to drive the bike. The device for detecting the torque acting on the bottom bracket shaft should detect the torque on the hollow shaft.

Dem angegebenen Tretlager liegt die Überlegung zugrunde, dass das vom Fahrer angelegte Drehmoment möglichst nur zwischen dem vom Fahrer getretenen Pedal und dem Abtriebsrad gemessen werden sollte, so dass keine falschen Fahrerwünsche gemessen werden, wenn der Fahrer beispielsweise fälschlicherweise mit beiden Füssen auf den beiden Pedalen steht. Daher sind im Rahmen der vorliegenden Ausführung beide Pedale über ein Innenwellenelement verbunden, an dem die Torsion jedoch nicht gemessen wird. Tordiert wird von der Tretlagerwelle nur das Hohlwellenelement, zwischen dem Innenwellenelement und dem Abtriebsrad verbaut ist. Auf diese Weise wird immer nur das Drehmoment erfasst, das vom Fahrer beabsichtigten Fahrerwunsch gehört.The specified bottom bracket is based on the consideration that the torque applied by the driver should be measured only between the driver kicked pedal and the output gear, so that no false driver's wishes are measured, for example, if the driver erroneously stands with both feet on the two pedals , Therefore, in the present embodiment, both pedals are connected via an inner shaft member, on which the torsion, however, is not measured. Only the hollow shaft element, which is installed between the inner shaft element and the driven wheel, is twisted by the bottom bracket shaft. In this way, only the torque is detected, which belongs to the driver's intended driver's intention.

In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Tretlager eine Tretlagerschale, in der die Tretlagerwelle gehalten ist und den Ausgabeeinrichtung der Vorrichtung, der in der Tretlagerschale gehalten ist.In a further development, the specified bottom bracket comprises a bottom bracket shell, in which the bottom bracket shaft is held and the output device of the device, which is held in the bottom bracket shell.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Fahrrad einen Rahmen, der über wenigstens ein Rad auf einem Untergrund bewegbar gehalten ist, eines der angegebenen Tretlager, das zum Antrieb des Rades in dem Rahmen gehalten ist, und eine der angegebenen Vorrichtungen, zum Erfassen eines auf die Tretlagerwelle des Fahrrades wirkenden Drehmomentes.According to another aspect of the invention, a bicycle comprises a frame which is movably supported by at least one wheel on a ground, one of the indicated bottom bracket, which is held for driving the wheel in the frame, and one of the indicated devices, for detecting a the bottom bracket of the bicycle acting torque.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in conjunction with the drawings, in which:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrrades mit einem unterstützenden Hilfsantrieb, 1 a schematic representation of a bicycle with a supporting auxiliary drive,

2 eine schematische Darstellung eines Tretlagers für das Fahrrad der 1, und 2 a schematic representation of a bottom bracket for the bike 1 , and

3 eine schematische Darstellung eines alternativen Tretlagers für das Fahrrad der 1 zeigen. 3 a schematic representation of an alternative bottom bracket for the bike 1 demonstrate.

In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, the same technical elements are provided with the same reference numerals and described only once.

Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Fahrrades 2 mit einem unterstützenden Hilfsantrieb 4 zeigt.It will open 1 Reference is made to a schematic representation of a bicycle 2 with a supporting auxiliary drive 4 shows.

Das Fahrrad 2 besitzt einen Rahmen 6, der über ein Vorderrad 8 und ein Hinterrad 10 fahrbar auf einem Untergrund 11, wie beispielsweise einer Straße getragen wird. Das Hinterrad 10 ist dabei über ein Tretlager 12 antreibbar, was nachstehend beschrieben werden soll.The bike 2 owns a frame 6 that has a front wheel 8th and a rear wheel 10 mobile on a surface 11 such as being worn on a street. The rear wheel 10 is about a bottom bracket 12 drivable, which will be described below.

Das Tretlager 12 weist ein in 2 gezeigtes Kettenblatt 14 auf, dass in einer noch zu beschreibenden Weise drehfest mit einer Tretlagerwelle 16, auch Kurbelwelle genannt, verbunden ist. Von der Tretlagerwelle 16 ragen in an sich bekannter Weise radial zwei Kurbelarme 18, 20 ab, an deren der Tretlagerwelle 16 gegenüberliegenden Enden je eine Pedale 22, 24 drehbar gehalten ist. Ein Fahrer des Fahrrades 2 kann dann durch Treten auf eines der Pedale 22, 24 die Tretlagerwelle 16 und damit das Kettenblatt 14 drehen. Das sich drehende Kettenblatt 14 bewegt dabei eine Kette 26, die wiederum die Drehung des Kettenblattes 14 auf ein drehfest am Hinterrad 10 befestigtes Zahnrad 28 überträgt. Auf diese Weise wird das Hinterrad 10 angetrieben, wodurch das Fahrrad 2 durch die Tretbewegungen des Fahrers auf dem Untergrund 11 bewegt werden kann.The bottom bracket 12 has an in 2 shown chainring 14 on that in a manner to be described rotatably with a bottom bracket 16 , also called crankshaft, is connected. From the bottom bracket shaft 16 protrude in a conventional manner radially two crank arms 18 . 20 from where the bottom bracket 16 opposite ends each a pedals 22 . 24 is held rotatably. A driver of the bicycle 2 can then by pedaling on one of the pedals 22 . 24 the bottom bracket shaft 16 and thus the chainring 14 rotate. The rotating chainring 14 moves a chain 26 , in turn, the rotation of the chainring 14 on a rotatably on the rear wheel 10 attached gear 28 transfers. That way, the rear wheel becomes 10 driven, causing the bike 2 by the pedaling of the driver on the ground 11 can be moved.

Der Fahrer selbst kann während seiner Tretbewegungen auf einem Sattel 30 sitzen und sich an einem Lenker 32 zur Steuerung des Fahrrades 2 festhalten.The driver himself can ride on a saddle while pedaling 30 sit and join a handlebar 32 to control the bike 2 hold tight.

Um den Fahrer beim Antrieb des Fahrrades 2 zu unterstützen ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung der Hilfsantrieb 4 vorgesehen. Dieser wird aus einer elektrischen Energiequelle 34 mit der notwendigen Hilfsenergie versorgt und soll in Abhängigkeit des Fahrerwunschs des Fahrers zugeschaltet werden. Ein derartiger Hilfsantrieb 4 ist beispielsweise aus der DE 10 2011 087 544 A1 bekannt, wobei Fahrräder mit derartigen Hilfsantrieben auch Pedelecs genannt werden. Weitere Informationen zu Pedelecs lassen sich in der zuvor genannten Druckschrift finden.To the driver when driving the bike 2 To support is in the context of the present embodiment, the auxiliary drive 4 intended. This becomes from an electrical energy source 34 supplied with the necessary auxiliary power and should be switched on depending on the driver's request of the driver. Such an auxiliary drive 4 is for example from the DE 10 2011 087 544 A1 bicycles with such auxiliary drives are also called pedelecs. Further information on pedelecs can be found in the aforementioned document.

Der Hilfsantrieb 4 ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung als Unterstützung für den Fahrer des Fahrrades 2 vorgesehen. Er soll das Fahrrad 2 neben dem Fahrer zusätzlich antreiben, wenn die Trittkraft des Fahrers beispielsweise an einer Steigung allein nicht ausreicht, das Fahrrad 2 gemäß seinem Fahrerwunsch zu bewegen. Zum Bestimmen des Fahrerwunsches kann beispielsweise das auf die Tretlagerwelle 16 wirkende Drehmoment 36 bestimmt werden, mit dem der Fahrer über die Tretlagerwelle 16 über die Pedale 22, 24 dreht. The auxiliary drive 4 is in the context of the present design as support for the driver of the bicycle 2 intended. He should be the bike 2 in addition to driving the driver in addition, if the pedaling force of the driver, for example, on an incline alone is insufficient, the bike 2 to move according to his driver's request. To determine the driver's request, for example, on the bottom bracket 16 acting torque 36 be determined with the driver over the bottom bracket 16 about the pedals 22 . 24 rotates.

Die Erfassung dieses Drehmomentes 36 wird nachstehend beschrieben.The detection of this torque 36 will be described below.

Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung des Tretlagers 12 für das Fahrrad 2 der 1 zeigt.It will open 2 Reference is made, which is a schematic representation of the bottom bracket 12 for the bike 2 of the 1 shows.

Im Rahmen der vorliegenden Ausführung ist die Tretlagerwelle 16 zweiteilig aus einem Innenwellenelement 38 und einem tordierbaren Hohlwellenelement 40 aufgebaut, wobei das Innenwellenelement 38 konzentrisch in dem Hohlwellenelement 40 gehalten ist. Dabei sind das Innenwellenelement 38 und das Hohlwellenelement 40 an einem ersten Wellenabschnitt 42 drehfest miteinander verbunden. In the present embodiment, the bottom bracket shaft 16 in two parts from an inner shaft element 38 and a twistable hollow shaft element 40 constructed, wherein the inner shaft element 38 concentric in the hollow shaft member 40 is held. Here are the inner shaft element 38 and the hollow shaft member 40 on a first shaft section 42 rotatably connected.

Die Tretlagerwelle 16 ist am Hohlwellenelement 40 über Wälzelemente 44 in einer ersten Lagerschale 46 und in einer zweiten Lagerschalte 48 um eine Rotationsachse 50 drehbar gehalten. Dabei ist radial auf die Lagerschalen 46, 48 ein Tretlagergehäuse 51 zum Schutz der Tretlagerwelle 16 aufgesetzt. Dabei sind die beiden Kurbelarme 18, 20 jeweils axial beabstandet zu den Lagerschalen 46, 48 angeordnet, wobei durch die Kurbelarme 18, 20 Befestigungsbohrungen 50 geführt sind, um die Pedale 22, 24 zu befestigen.The bottom bracket shaft 16 is on the hollow shaft element 40 via rolling elements 44 in a first bearing shell 46 and in a second bearing circuit 48 around a rotation axis 50 rotatably held. It is radial on the bearing shells 46 . 48 a bottom bracket shell 51 to protect the bottom bracket shaft 16 placed. Here are the two crank arms 18 . 20 each axially spaced from the bearings 46 . 48 arranged, by the crank arms 18 . 20 mounting holes 50 are led to the pedals 22 . 24 to fix.

Das Kettenblatt 14 ist an einem zweiten Wellenabschnitt 52 gehalten.The chainring 14 is on a second shaft section 52 held.

Tritt der Fahrer die Pedale 22, 24 dann wird das Hohlwellenelement 40 aufgrund des angelegten Drehmomentes 36 und der Trägheit des Fahrrades 2 zwischen dem ersten Wellenabschnitt 42 und dem zweiten Wellenabschnitt 52 tordiert. Je größer das angelegte Drehmoment 36 ist, desto mehr Kraft bringt der Fahrer 2 des Fahrrades 2 auf, um die Geschwindigkeit des Fahrrades 2 zu erhöhen, ohne dass sich jedoch der gewünschte Erfolg einstellt – so wie beispielsweise an einem sehr steilen Berg, an dem der notwenige Kraftaufwand durch den Fahrer selbst bei geringen Steigungen sehr hoch ist.If the driver steps on the pedals 22 . 24 then the hollow shaft element 40 due to the applied torque 36 and the inertia of the bike 2 between the first shaft section 42 and the second shaft portion 52 twisted. The larger the applied torque 36 is, the more power the driver brings 2 of the bicycle 2 on to the speed of the bike 2 to increase without, however, sets the desired success - such as on a very steep mountain, where the necessary effort by the driver is very high even at low slopes.

Hier kann der Hilfsantrieb 4 eingreifen und das Fahrrad 2 mit Hilfsenergie soweit antreiben, bis das an die Tretlagerwelle 16 angelegte Drehmoment 36 und damit die Torsion des Hohlwellenelements 40 unter eine bestimmte Schwelle gefallen ist. Hierzu muss jedoch das an die Tretlagerwelle 16 angelegte Drehmoment 36 erfasst werden, das im Rahmen der vorliegenden Ausführung mit einem Drehmomentsensor 53 basierend auf Dehnung der Tretlagerwelle 16 erfasst wird, die durch das an die Tretlagerwelle 16 über die Pedale 18, 20 angelegte Tretmoment 36 hervorgerufen wird.Here is the auxiliary drive 4 intervene and the bike 2 with auxiliary power to drive until that to the bottom bracket 16 applied torque 36 and thus the torsion of the hollow shaft member 40 fell below a certain threshold. However, this must be done to the bottom bracket 16 applied torque 36 be detected in the present embodiment with a torque sensor 53 based on stretching of the bottom bracket shaft 16 is detected by the to the bottom bracket 16 about the pedals 18 . 20 applied pedaling moment 36 is caused.

Die Dehnung wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung mit einem Messaufnehmer 54 erfasst, der über einen Träger 55 auf der äußeren Mantelfläche der Hohlwelle 52 angeordnet ist und die Dehnung der Hohlwelle 52 zumindest in Umfangsrichtung der Tretlagerwelle 16 erfasst. Der Messaufnehmer 54 gibt an eine Signalaufbereitungsschaltung 56 ein von der Dehnung abhängiges Messaufnehmersignal 58 aus. Die Signalaufbereitungsschaltung 56 bereitet das Messaufnehmersignal 58 beispielsweise durch Mischen, Verstärken, Modulieren, u.s.w. auf und legt das aufbereitete Messaufnehmersignal 58 in Form eines Zwischensignals 60 an eine Sendeantenne 62 an.The elongation is in the context of the present embodiment with a sensor 54 captured by a carrier 55 on the outer surface of the hollow shaft 52 is arranged and the elongation of the hollow shaft 52 at least in the circumferential direction of the bottom bracket 16 detected. The sensor 54 gives to a signal conditioning circuit 56 a strain-dependent transducer signal 58 out. The signal conditioning circuit 56 prepares the sensor signal 58 for example, by mixing, amplifying, modulating, etc and laying the processed sensor signal 58 in the form of an intermediate signal 60 to a transmitting antenna 62 at.

Das Zwischensignal 60 wird von der Sendeantenne 62 aus an einer Empfangsantenne 64 empfangen und an eine Ausgabeeinrichtung 66 geleitet. Das Zwischensignal 60 kann dabei beliebig aufgebaut oder gebildet werden. Beispielsweise könnte die Information über das Drehmoment 36 im Zwischensignal lastmoduliert werden. Dabei würde der Stromverbrauch der das Zwischensignal 60 versendenden Signalaufbereitungsschalung 56 basierend auf einem Datenstrom moduliert werden, der die Information über das Drehmoment 36 trägt. Dies würde letztendlich zu einem von der Sendeantenne 62 ausgesendeten elektromagnetischen Feld führen, das von dem zuvor genannten Datenstrom mit der Information über das Drehmoment 36 abhängig ist. Die entsprechende Feldschwächung des ausgesendeten elektromagnetischen Feldes könnte dann von der Auswerteeinrichtung 66 mit der Empfangsantenne 64 detektiert werden.The intermediate signal 60 is from the transmitting antenna 62 off at a receiving antenna 64 received and to an output device 66 directed. The intermediate signal 60 can be built or formed as desired. For example, the information about the torque 36 in the Intermediate signal load modulated. The power consumption would be the intermediate signal 60 shipping signal conditioning formwork 56 be modulated based on a data stream containing the information about the torque 36 wearing. This would eventually become one of the transmitting antenna 62 emitted electromagnetic field, that of the aforementioned data stream with the information about the torque 36 is dependent. The corresponding field weakening of the emitted electromagnetic field could then by the evaluation device 66 with the receiving antenna 64 be detected.

Diese formt das Zwischensignal 60 schließlich in ein ebenfalls vom zu erfassenden Drehmoment 36 abhängigen Ausgabesignal 68 um, das jedoch in seiner Form an die dem Drehmomentsensor 53 nachgelagerten Signalverarbeitungseinrichtungen, wie beispielsweise Steuervorrichtungen, Regler, u.s.w. angepasst ist.This forms the intermediate signal 60 finally in a likewise to be detected torque 36 dependent output signal 68 around, but in its shape to the torque sensor 53 downstream signal processing equipment, such as control devices, regulators, etc. is adjusted.

Die Antennen 62, 64 können prinzipiell beliebig aufgebaut sein. Als besonders vorteilhaft haben sich jedoch Ringantennen herausgestellt, die konzentrisch um die Tretlagerwelle 16 verlaufen. Dabei würde sich die Sendeantenne 62 mit der Tretlagerwelle 16 drehen, während die Empfangsantenne 64 ortsfest zum Tretlagergehäuse 51 liegen würde. Die beiden Antennen 62, 64 könnten als Planarspulen auf einem Schaltungssubstrat wie einer Leiterplatte oder als Ringspulen aufgebaut sein.The antennas 62 . 64 can in principle be constructed arbitrarily. However, ring antennas have been found to be particularly advantageous, concentrically around the bottom bracket 16 run. This would be the transmitting antenna 62 with the bottom bracket shaft 16 rotate while the receiving antenna 64 fixed to the bottom bracket shell 51 would lie. The two antennas 62 . 64 could be constructed as planar coils on a circuit substrate such as a printed circuit board or as toroidal coils.

Der Messaufnehmer 54 kann beliebig aufgebaut sein. Im Rahmen der in 2 gezeigten Ausführung kann als Messaufnehmer 54 ein aktiver Messaufnehmer verwendet werden, der zur Ausgabe des Messaufnehmersignals 58 elektrische Energie 70 aufnehmen muss. Diese kann ebenfalls von der Signalaufbereitungsschaltung 56 bereitgestellt werden. Derartige Messaufnehmer 54 können beispielsweise in sogenannten Brückenschaltungen verschaltete Dehnungsmessstreifen sein, wobei die elektrische Energie 70 in Form einer Eingangsspannung an die Brückenschaltung angelegt und das Messaufnehmersignal 58 in Form einer Brückenspannung aus der Brückenschaltung abgegriffen wird.The sensor 54 can be constructed arbitrarily. As part of the in 2 shown embodiment can be used as a sensor 54 an active sensor can be used to output the sensor signal 58 electrical power 70 must record. This can also be done by the signal conditioning circuit 56 to be provided. Such sensors 54 For example, interconnected strain gauges may be in so-called bridge circuits, wherein the electrical energy 70 applied in the form of an input voltage to the bridge circuit and the sensor signal 58 in the form of a bridge voltage from the bridge circuit is tapped.

Alternativ könnte als Messaufnehmer 54 auch ein sogenannter SAW-Sensor verwendet werden, der auf die Tretlagerwelle 16 eine akustische Welle abstrahlt. Die akustische Welle breitet sich in Abhängigkeit der Dehnung der Tretlagerwelle auf der Oberfläche des SAW-Sensors aus und wird an dessen Strukturen reflektiert.Alternatively, as a sensor could 54 Also, a so-called SAW sensor can be used on the bottom bracket 16 an acoustic wave radiates. The acoustic wave propagates depending on the elongation of the bottom bracket shaft on the surface of the SAW sensor and is reflected on its structures.

Zur Ansteuerung des als SAW-Sensor ausgebildeten Messaufnehmers 54 steuert die Auswerteeinrichtung 66 diesen, wie in 3 gezeigt, über die Antennen 62, 64 mit einem Steuersignal 72 an. Der Messaufnehmer 54 generiert basierend darauf die akustische Welle, die sich in Abhängigkeit der Dehnung der Tretlagerwelle ausbreitet. Basierend auf der Reflektion der akustischen Welle erzeugt der Messaufnehmer 54 ein Reaktionssignal 74, dass dann über die Antennen 62, 64 zurück zu zur Auswerteeinrichtung 66 gesendet wird. Diese kann dann durch einen Vergleich des Steuersignals 72 und des Reaktionssignals 74 das Drehmoment 36 bestimmen und damit das Ausgangssignal 68 generieren. Das Steuersignal 72 und das Reaktionssignal 74 können analog zu den akustischen Wellen als Wechselsignale ausgebildet werden, die ohne weitere Aufbereitung über die Antennen 62, 64 übertragen werden können. Daher kann bei der Verwendung eines als SAW-Sensor ausgebildeten Messaufnehmers 54 optional auf die Signalaufbereitungsschaltung 56 verzichtet werden.For controlling the sensor designed as a SAW sensor 54 controls the evaluation device 66 this, as in 3 shown over the antennas 62 . 64 with a control signal 72 at. The sensor 54 Based on this, it generates the acoustic wave, which propagates as a function of the expansion of the bottom bracket shaft. Based on the reflection of the acoustic wave, the sensor generates 54 a reaction signal 74 that then over the antennas 62 . 64 back to the evaluation device 66 is sent. This can then be done by comparing the control signal 72 and the reaction signal 74 the torque 36 determine and thus the output signal 68 to generate. The control signal 72 and the reaction signal 74 can be formed as alternating signals analogous to the acoustic waves, without further processing via the antennas 62 . 64 can be transmitted. Therefore, when using a sensor designed as a SAW sensor 54 optional on the signal conditioning circuit 56 be waived.

Im Falle des als SAW-Sensors ausgebildeten Messaufnehmers 54 sollten die Antennen 62, 64 so ausgebildet sein, dass sie eine Übertragung des Steuersignals 72 und des Reaktionskanals 74 auf unterschiedlichen und gut voneinander trennbaren physikalischen Kanälen ermöglichen. Gegebenenfalls müsste dann von der ringförmigen Struktur abgewichen werden.In the case of trained as a SAW sensor sensor 54 should the antennas 62 . 64 be formed so that it transmits the control signal 72 and the reaction channel 74 on different and well separable physical channels allow. If necessary, it would then be necessary to deviate from the ring-shaped structure.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102011087544 A1 [0027] DE 102011087544 A1 [0027]

Claims (10)

Vorrichtung (53) zum Erfassen eines auf eine Tretlagerwelle (16) eines Fahrrades (2) wirkenden Drehmomentes (36), umfassend: – ein Sensorelement (54, 56), das eingerichtet ist, eine vom Drehmoment (36) abhängige Dehnung (58) an einer Oberfläche der Tretlagerwelle (16) zu erfassen, und – eine Ausgabeeinrichtung (66) zum Ausgeben eines vom Drehmoment (36) abhängigen Ausgabesignals (68) basierend auf der erfassten Dehnung (58).Contraption ( 53 ) for detecting one on a bottom bracket ( 16 ) of a bicycle ( 2 ) acting torque ( 36 ), comprising: - a sensor element ( 54 . 56 ), which is arranged one of the torque ( 36 ) dependent strain ( 58 ) on a surface of the bottom bracket ( 16 ), and - an output device ( 66 ) for outputting one of the torque ( 36 ) dependent output signal ( 68 ) based on the detected strain ( 58 ). Vorrichtung (53) nach Anspruch 1, wobei die Ausgabeeinrichtung (66) mit dem Sensorelement (54, 56) drahtlos verbunden ist.Contraption ( 53 ) according to claim 1, wherein the output device ( 66 ) with the sensor element ( 54 . 56 ) is wirelessly connected. Vorrichtung (53) nach Anspruch 2, wobei die drahtlose Verbindung eine erste, mit dem Sensorelement (54, 56) verbundene Antenne (62) und eine zweite, mit der Ausgabeeinrichtung (66) verbundene Antenne (64) umfasst, die eingerichtet sind, elektrische Energie (70) von der Ausgabeeinrichtung (66) an das Sensorelement (54, 56) und die erfasste Dehnung (58) vom Sensorelement (54, 56) an die Ausgabeeinrichtung (66) zu übertragen.Contraption ( 53 ) according to claim 2, wherein the wireless connection comprises a first, with the sensor element ( 54 . 56 ) connected antenna ( 62 ) and a second, with the output device ( 66 ) connected antenna ( 64 ), which are adapted to generate electrical energy ( 70 ) from the output device ( 66 ) to the sensor element ( 54 . 56 ) and the detected strain ( 58 ) from the sensor element ( 54 . 56 ) to the output device ( 66 ) transferred to. Vorrichtung (53) nach Anspruch 3, wobei die Antennen (62, 64) mit einer mittigen Ausnehmung ausgebildet sind, in der die Tretlagerwelle (16) angeordnet werden kann.Contraption ( 53 ) according to claim 3, wherein the antennas ( 62 . 64 ) are formed with a central recess in which the bottom bracket ( 16 ) can be arranged. Vorrichtung (53) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die drahtlose Übertragung auf radio frequency identification, RFID genannt, basiert.Contraption ( 53 ) according to one of the preceding claims 2 to 4, wherein the wireless transmission is based on radio frequency identification, called RFID. Vorrichtung (53) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (54, 56) einen Messaufnehmer (54) zum Erfassen der vom Drehmoment (36) abhängigen Dehnung (58) an der Oberfläche der Tretlagerwelle (16) und eine Signalaufbereitungsschaltung (56) umfasst, die eingerichtet ist, die vom Drehmoment (36) abhängige Dehnung (58) an der Oberfläche der Tretlagerwelle (16) in einem Zwischensignal (60) an die Ausgabeeinrichtung (66) zu senden.Contraption ( 53 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 54 . 56 ) a sensor ( 54 ) for detecting the torque ( 36 ) dependent strain ( 58 ) on the surface of the bottom bracket ( 16 ) and a signal conditioning circuit ( 56 ), which is set up by the torque ( 36 ) dependent strain ( 58 ) on the surface of the bottom bracket ( 16 ) in an intermediate signal ( 60 ) to the output device ( 66 ) to send. Vorrichtung (53) nach Anspruch 6, wobei der Messaufnehmer (54) ein Dehnungsmessstreifen und/oder ein Element zur Messung akustischer Oberflächenwellen umfasst.Contraption ( 53 ) according to claim 6, wherein the sensor ( 54 ) comprises a strain gauge and / or a surface acoustic wave element. Tretlager (12) für ein Fahrrad (2), umfassend eine Tretlagerwelle (16) und eine Vorrichtung (53) nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Erfassen eines auf die Tretlagerwelle (16) wirkenden Drehmomentes (36).Bottom bracket ( 12 ) for a bicycle ( 2 ), comprising a bottom bracket shaft ( 16 ) and a device ( 53 ) according to any one of the preceding claims, for detecting one on the bottom bracket ( 16 ) acting torque ( 36 ). Tretlager (12) nach Anspruch 8, umfassend – eine Tretlagerschale (51), in der die Tretlagerwelle (16) gehalten ist, wobei die Ausgabeeinrichtung (66) der Vorrichtung (53) in der Tretlagerschale (51) gehalten ist.Bottom bracket ( 12 ) according to claim 8, comprising - a bottom bracket shell ( 51 ), in which the bottom bracket ( 16 ), the output device ( 66 ) of the device ( 53 ) in the bottom bracket shell ( 51 ) is held. Fahrrad (2) umfassend: – einen Rahmen (6), der über wenigstens ein Rad (10) auf einem Untergrund (11) bewegbar gehalten ist, und – ein Tretlager (12) nach Anspruch 8 oder 9, das zum Antrieb des Rades (10) in dem Rahmen (6) gehalten ist.Bicycle ( 2 ) comprising: - a framework ( 6 ), which has at least one wheel ( 10 ) on a surface ( 11 ) is held movable, and - a bottom bracket ( 12 ) according to claim 8 or 9, for driving the wheel ( 10 ) in the framework ( 6 ) is held.
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