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DE102014218709A1 - Speed and torque detection with shielding encoder - Google Patents

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DE102014218709A1
DE102014218709A1 DE102014218709.5A DE102014218709A DE102014218709A1 DE 102014218709 A1 DE102014218709 A1 DE 102014218709A1 DE 102014218709 A DE102014218709 A DE 102014218709A DE 102014218709 A1 DE102014218709 A1 DE 102014218709A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
encoder
shaft
encoder signal
bottom bracket
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Withdrawn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
DE102014218709.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Sören Lehmann
Manfred Goll
S. Orcun Yapici
Jens Habig
Henrik Antoni
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 DE102014218709.5A priority Critical patent/DE102014218709A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor (57) zum Erfassen einer Drehzahl (55) einer insbesondere in einem Fahrrad (2) verbauten Welle (16), umfassend: – einen Detektor (62), der eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Empfangs eines vorbestimmten Detektionssignals (61) ein Gebersignal (63) auszugeben, und – ein drehfest mit der Welle (16) verbindbares Geberelement (68), das eingerichtet ist, das Detektionssignal (63) in Abhängigkeit einer Drehstellung der Welle (16) gegenüber dem Detektor (62) abzuschatten, um das Gebersignal (63) in Abhängigkeit der zu erfassenden Drehzahl (55) zu verändern.The invention relates to a sensor (57) for detecting a rotational speed (55) of a shaft (16) installed in particular in a bicycle (2), comprising: a detector (62) which is set up in response to receiving a predetermined detection signal ( 61) output a sensor signal (63), and - a rotatably connected to the shaft (16) connectable donor element (68) which is adapted to shade the detection signal (63) in response to a rotational position of the shaft (16) relative to the detector (62) to change the encoder signal (63) in dependence on the speed (55) to be detected.

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 ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe in einem Fahrrad bekannt. Bei der physikalischen Größe handelt es sich um ein Drehmoment, das über Tretkurbeln in eine als Hohlwelle ausgebildete Tretlagerwelle eingeleitet wird. Das Drehmoment wird basierend auf einem invers magnetostriktivem Messprinzip erfasst. From the DE 10 2007 062 156 A1 For example, a sensor for detecting a physical quantity in a bicycle is known. The physical variable is a torque that is introduced via cranks in a designed as a hollow shaft bottom bracket shaft. The torque is detected based on an inverse magnetostrictive measuring principle.

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 ein Sensor zum Erfassen einer Drehzahl einer insbesondere in einem Fahrrad verbauten Welle, einen Detektor, der eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Empfangs eines vorbestimmten Detektionssignals ein Gebersignal auszugeben und ein drehfest mit der Welle verbindbares Geberelement, das eingerichtet ist, das Detektionssignal in Abhängigkeit einer Drehstellung der Welle gegenüber dem Detektor abzuschatten, um das Gebersignal in Abhängigkeit der zu erfassenden Drehzahl zu verändern.According to one aspect of the invention, a sensor for detecting a rotational speed of a shaft, in particular installed in a bicycle, comprises a detector which is adapted to output a sensor signal in response to a reception of a predetermined detection signal and a donor element which can be connected in a rotationally fixed manner to the shaft and which is set up. Shield the detection signal in response to a rotational position of the shaft relative to the detector to change the encoder signal in response to the speed to be detected.

Ausgehend von dem eingangs genannten Sensor liegt dem angegebenen Sensor die Überlegung zugrunde, dass sich mit dem eingangs genannten Sensor ausschließlich das auf die Tretlagerwelle eines Fahrrades wirkende Drehmoment erfassen lässt. Jedoch könnten am Fahrrad weitere physikalische Größen relevant sein, die beispielsweise eine Stabilitätsregelung des Fahrrades während der Fahrt zulassen würden. Based on the sensor mentioned above, the specified sensor is based on the consideration that only the torque acting on the bottom bracket of a bicycle can be detected with the aforementioned sensor. However, other physical variables could be relevant to the bicycle, for example, would allow a stability control of the bicycle while driving.

Hier greift der angegebene Sensor mit der Überlegung an, ortsfest an der Tretlagerwelle ein sich mit der Tretlagerwelle drehendes Geberelement zu befestigen. Das Geberelement schattet bei der Drehung der Tretlagerwelle den Übertragungsweg eines detektierbaren Detektionssignals ab, dass von einem gegenüber der Tretlagerwelle ortsfest angeordneten Detektor detektiert werden kann. Der Detektor gibt dann ein sich in Abhängigkeit der Abschattung änderndes Gebersignal aus.Here, the specified sensor intervenes with the consideration of fixed to the bottom bracket a to be fixed to the bottom bracket rotating donor element. During the rotation of the bottom bracket shaft, the transmitter element shadows the transmission path of a detectable detection signal that can be detected by a detector arranged stationary relative to the bottom bracket shaft. The detector then outputs a donor signal which changes as a function of the shading.

Dieses Gebersignal ist dann direkt von der zu erfassenden Drehzahl abhängig.This encoder signal is then directly dependent on the speed to be detected.

Das Detektionssignal kann dabei beliebig, beispielsweise optisch oder elektromagnetisch ausgeführt sein.The detection signal can be carried out arbitrarily, for example optically or electromagnetically.

In einer Weiterbildung umfasst der angegebene Sensor einen weiteren Detektor, der eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Empfangs eines vorbestimmten weiteren Detektionssignals ein weiteres Gebersignal auszugeben und ein drehfest mit der Welle verbindbares weiteres Geberelement, das eingerichtet ist, das weitere Detektionssignal in Abhängigkeit der Drehstellung der Welle gegenüber dem weiteren Detektor abzuschatten, um das weitere Gebersignal in Abhängigkeit der zu erfassenden Drehzahl zu verändern, wobei das Geberelement und das weitere Geberelement gegeneinander tordierbar in Drehrichtung der Drehzahl miteinander verbunden sind.In a further development, the specified sensor comprises a further detector which is set up to output a further encoder signal as a function of receiving a predetermined further detection signal and a further transmitter element which can be connected to the shaft in a rotationally fixed manner and which is set up, the further detection signal as a function of the rotational position of the shaft shade against the other detector to change the other encoder signal in response to the speed to be detected, wherein the transmitter element and the further encoder element are mutually twistable in the direction of rotation of the speed connected to each other.

Weil die beiden Geberelemente tordierbar zueinander angeordnet sind, können diese basierend auf einem an die Tretlagerwelle angelegten und die Tretlagerwelle tordierenden Tretmoment gegeneinander verdreht werden. Auf diese Weise wird auch der zeitliche Verlauf der Abschattung der beiden Gebersignale zueinander verzögert. Wird diese zeitliche Verzögerung der Abschattung der beiden Gebersignale überwacht, lässt sich damit auf das an die Tretlagerwelle angelegte Drehmoment schließen.Because the two transmitter elements are arranged to be twistable relative to one another, they can be rotated relative to one another based on a pedal torque applied to the bottom bracket shaft and treading the bottom bracket shaft. In this way, the time course of the shading of the two encoder signals is delayed to each other. If this time delay of the shading of the two encoder signals is monitored, it is possible to conclude the torque applied to the bottom bracket shaft.

Hierzu sollten das Gebersignal und das weitere Gebersignal aus einer gemeinsamen Signalquelle abgegeben werden. Auf diese Weise ist eine einheitliche Referenz für die Bestimmung der zeitlichen Verzögerung vorhanden, um die zeitliche Verzögerung präzise zu bestimmen und bei der nachgelagerten Signalverarbeitung mit einheitlich dimensionierten Elementen arbeiten zu können.For this purpose, the encoder signal and the further encoder signal should be emitted from a common signal source. In this way, a uniform reference for the determination of the time delay is present in order to be able to precisely determine the time delay and to be able to work with uniformly dimensioned elements in the downstream signal processing.

In einer zusätzlichen Weiterbildung sind das Geberelemente und das weitere Geberelement axial zur Welle gesehen geometrisch ähnlich, insbesondere geometrisch gleichförmig ausgebildet. In der Geometrie ist Ähnlichkeit eine Erweiterung der Kongruenz und damit der Gleichförmigkeit. Geometrisch ähnliche Elemente weisen wie geometrisch gleichförmige Elemente die gleiche Form auf, können aber gegeneinander gemäß einer nachvollziehbaren Abbildungsvorschrift noch gestreckt oder verzerrt sein.In an additional development, the donor elements and the further donor element are axially similar to the shaft geometrically similar, in particular geometrically uniform. In geometry, similarity is an extension of congruence and thus of uniformity. Geometrically similar elements have the same shape as geometrically uniform elements, but can still be stretched or distorted against each other according to a comprehensible mapping rule.

Sind die beiden Geberelemente ähnlich zueinander aufgebaut, dann hängen auch die beiden Gebersignale gemäß vorbestimmter mathematischer Beziehungen voneinander ab, was die signalverarbeitungstechnische Bestimmung des an die Tretlagerwelle angelegten Tretmomentes vereinfacht.If the two transmitter elements are constructed similar to one another, then the two transmitter signals also depend on one another according to predetermined mathematical relationships, which simplifies the signal-processing-related determination of the treading torque applied to the bottom bracket shaft.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erfassen einer Drehzahl unter Verwendung einer der angegebenen Sensoren den Schritt Bestimmen der Drehzahl basierend auf einer Differenzierung des empfangenen Gebersignals. According to another aspect of the invention, a method of detecting a rotational speed using one of the specified sensors comprises the step of determining the rotational speed based on a differentiation of the received encoder signal.

In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Formen von Pulsen aus dem Gebersignal, die eingerichtet sind, die Abschattung des Detektionssignals anzuzeigen und Zählen der Pulse zum Differenzieren des empfangenen Gebersignals.In a development, the specified method comprises the step of shaping pulses from the encoder signal, which are set up to display the shading of the detection signal and counting the pulses for differentiating the received encoder signal.

In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Bestimmen eines auf die Welle wirkenden Drehmomentes basierend auf einer Gegenüberstellung des Gebersignals und des weiteren Gebersignals.In an additional development, the specified method comprises the step of determining a torque acting on the shaft based on a comparison of the encoder signal and the further encoder signal.

In einer besonderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Abtasten des Gebersignals und des weiteren Gebersignals basierend auf einem Synchronisationssignal und Subtrahieren des abgetasteten Gebersignals und des abgetasteten weiteren Gebersignals zum Gegenüberstellen des Gebersignals und des weiteren Gebersignals.In a particular embodiment, the specified method comprises the step of sampling the encoder signal and the further encoder signal based on a synchronization signal and subtracting the sampled encoder signal and the sampled further encoder signal for facing the encoder signal and the further encoder signal.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Bestimmen eines Vorzeichens des Drehmomentes basierend auf einer Phasenverschiebung zwischen dem Gebersignal und dem weiteren Gebersignal.In a preferred embodiment, the specified method comprises the step of determining a sign of the torque based on a phase shift between the encoder signal and the further encoder signal.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.According to a further aspect of the invention, an apparatus is arranged to carry out a method according to one of the preceding claims.

In einer Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.In a development of the specified device, the specified device has a memory and a processor. The specified method is stored in the form of a computer program in the memory and the processor is provided for carrying out the method when the computer program is loaded from the memory into the processor.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.According to a further aspect of the invention, a computer program comprises program code means for performing all the steps of one of the specified methods when the computer program is executed on a computer or one of the specified devices.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird.According to another aspect of the invention, a computer program product includes program code stored on a computer readable medium and when executed on a data processing device.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein 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, einen der angegebenen Sensoren und eine der angegebenen Vorrichtungen zum Erfassen einer Drehzahl der Tretlagerwelle und/oder eines auf die Tretlagerwelle des Fahrrades wirkenden Drehmomentes.According to a further aspect of the invention, a bicycle comprises a frame, which is held movable on at least one wheel on a base, one of the indicated bottom bracket, which is held to drive the wheel in the frame, one of the specified sensors and one of the specified devices for Detecting a speed of the bottom bracket and / or acting on the bottom bracket of the bicycle 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 embodiments, which will be described in connection with the drawings, wherein:

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, 2 a schematic representation of a bottom bracket for the bike 1 .

3a eine schematische Darstellung eines Sensors zum Erfassen einer Drehzahl einer Tretlagerwelle in dem Tretlager der 2 und eines auf die Tretlagerwelle aufgebrachten Drehmoments in einem ersten Zustand, 3a a schematic representation of a sensor for detecting a speed of a bottom bracket in the bottom bracket of the 2 and a torque applied to the bottom bracket shaft in a first state,

3b eine schematische Darstellung eines Sensors zum Erfassen einer Drehzahl einer Tretlagerwelle in dem Tretlager der 2 und eines auf die Tretlagerwelle aufgebrachten Drehmoments in einem zweiten Zustand, 3b a schematic representation of a sensor for detecting a speed of a bottom bracket in the bottom bracket of the 2 and a torque applied to the bottom bracket shaft in a second state,

4 eine Strukturdarstellung des Sensors der 3a und 3b, 4 a structural representation of the sensor of 3a and 3b .

5 eine Strukturdarstellung einer Vorrichtung zur Auswertung von Gebersignalen aus dem Sensor der 4, 5 a structural representation of a device for evaluation of encoder signals from the sensor of 4 .

6a zeitliche Verläufe von Signalen in der Vorrichtung der 5 für ein erstes auf die Tretlagerwelle aufgebrachtes Drehmoment, 6a temporal courses of signals in the device of 5 for a first torque applied to the bottom bracket shaft,

6b zeitliche Verläufe von Signalen in der Vorrichtung der 5 für ein zweites auf die Tretlagerwelle aufgebrachtes Drehmoment, 6b temporal courses of signals in the device of 5 for a second torque applied to the bottom bracket shaft,

7a eine Übertragungsstrecke für den Sensor der 3a, 3b und 4, 7a a transmission path for the sensor of 3a . 3b and 4 .

7b eine alternative Übertragungsstrecke für den Sensor der 3a, 3b und 4, und 7b an alternative transmission path for the sensor of 3a . 3b and 4 , and

7c eine noch alternative Übertragungsstrecke für den Sensor der 3a, 3b und 4 zeigen. 7c an alternative transmission link for the sensor 3a . 3b and 4 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 ist. 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 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 oder E-Bikes 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 or e-bikes. 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 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 which the driver 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 3 basierend auf einem in 3 angedeuteten Differenzwinkel 54 zwischen dem ersten Wellenanschnitt 42 und dem zweiten Wellenabschnitt 52 gemessen wird. Ist dieser Differenzwinkel 54 bekannt, ist das angelegte Drehmoment 36 über die Materialkenngrößen des Hohlwellenelements 40 ableitbar.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 included in the framework of the 3 based on a in 3 indicated difference angle 54 between the first wave gating 42 and the second shaft portion 52 is measured. Is this difference angle 54 known, is the applied torque 36 about the material characteristics of the hollow shaft element 40 derivable.

Der Differenzwinkel 54 wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung zusammen mit einer Drehzahl 55 und einer Drehrichtung 56 der Tretlagerwelle 16 mit einem Sensor 57 erfasst, auf den nachstehend näher eingegangen werden soll. Dabei entspricht die Drehrichtung 56 der Tretlagerwelle 16 dem Vorzeichen des auf die Tretlagerwelle 16 wirkenden Drehmoments 36. The difference angle 54 is in the context of the present embodiment together with a speed 55 and one direction of rotation 56 the bottom bracket shaft 16 with a sensor 57 which will be discussed in more detail below. The direction of rotation corresponds to this 56 the bottom bracket shaft 16 the sign of the on the bottom bracket 16 acting torque 36 ,

Der Sensor 57 umfasst einen ersten Übertrager 58 und einen zweiten Übertrager 59, die voneinander axial beabstandet radial ortsfest zur Tretlagerwelle 16 beispielsweise am Tretlagergehäuse 51 angeordnet sein können. Der erste Übertrager 58 umfasst einen ersten Sender 60, der eingerichtet ist, ein noch zu beschreibendes erstes Detektionssignal 61 an einen ersten Detektor 62 zu senden, der basierend auf dem Empfang des ersten Detektionssignals 61 ein erstes Gebersignal 63 ausgibt. Entsprechend umfasst der zweite Übertrager 59 einen zweiten Sender 64, der eingerichtet ist, ein zweites Detektionssignal 65 an einen zweiten Detektor 66 zu senden, der basierend auf dem Empfang des zweiten Detektionssignals 65 ein zweites Gebersignal 67 ausgibt. The sensor 57 includes a first transformer 58 and a second transformer 59 axially spaced from each other radially fixed to the bottom bracket 16 for example, on the bottom bracket shell 51 can be arranged. The first transformer 58 includes a first transmitter 60 which is set up, a first detection signal to be described later 61 to a first detector 62 based on the receipt of the first detection signal 61 a first encoder signal 63 outputs. Accordingly, the second transformer comprises 59 a second transmitter 64 which is set up, a second detection signal 65 to a second detector 66 based on the receipt of the second detection signal 65 a second encoder signal 67 outputs.

In den ersten Übertrager 58 greift axial zwischen den ersten Sender 60 und den ersten Detektor 62 ein drehfest mit der Trägerwelle 16 verbundenes erstes Geberelement 68 ein, das eingerichtet ist, die Übertragung des ersten Detektionssignals 61 in Abhängigkeit der Drehstellung der Tretlagerwelle 16 abzuschatten. In gleicher Weise greift in den zweiten Übertrager 59 axial zwischen den zweiten Sender 64 und den zweiten Detektor 66 ein drehfest mit der Trägerwelle 16 verbundenes zweites Geberelement 69 ein, das eingerichtet ist, die Übertragung des zweiten Detektionssignals 65 in Abhängigkeit der Drehstellung der Tretlagerwelle 16 abzuschatten. In the first transformer 58 engages axially between the first transmitter 60 and the first detector 62 a rotationally fixed to the carrier shaft 16 connected first donor element 68 set up, the transmission of the first detection signal 61 depending on the rotational position of the bottom bracket 16 shade off. In the same way accesses the second transformer 59 axially between the second transmitter 64 and the second detector 66 a rotationally fixed to the carrier shaft 16 connected second encoder element 69 set up, the transmission of the second detection signal 65 depending on the rotational position of the bottom bracket 16 shade off.

Im Ergebnis werden damit die beiden Detektionssignale 61, 65 in Abhängigkeit der Drehung der Trägerwelle 16 von den Sendern 60, 64 an die Detektoren 62, 66 übertragen, wodurch auch die Gebersignale 63, 67 in Abhängigkeit der Drehung der Trägerwelle 16 generiert werden. In einer Auswertevorrichtung 70 können dann aus den beiden Gebersignalen 63, 67 der oben genannte Differenzwinkel 54 sowie die Drehzahl 55 und die Drehrichtung 56 der Tretlagerwelle 16 abgeleitet werden.As a result, so are the two detection signals 61 . 65 depending on the rotation of the carrier shaft 16 from the broadcasters 60 . 64 to the detectors 62 . 66 transmitted, whereby the encoder signals 63 . 67 depending on the rotation of the carrier shaft 16 to be generated. In an evaluation device 70 can then from the two encoder signals 63 . 67 the above difference angle 54 as well as the speed 55 and the direction of rotation 56 the bottom bracket shaft 16 be derived.

Bevor auf die Auswertevorrichtung 70 näher eingegangen wird, soll zuvor anhand der 3a, 3b und 4 die Generierung der Gebersignale 63, 67 mit dem Sensor 57 näher erläutert werden.Before on the evaluation device 70 will be discussed earlier, based on the 3a . 3b and 4 the generation of the encoder signals 63 . 67 with the sensor 57 be explained in more detail.

Wie in 3a und 3b gezeigt, umfassen die beiden Geberelemente 68, 69 jeweils eine Vielzahl von umfänglich um die Tretlagerwelle 16 angeordneten Abschattungselementen 71. Von diesen Abschattungselementen 71 sind in 3a und 3b der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen. As in 3a and 3b shown, include the two donor elements 68 . 69 each a plurality of circumferentially around the bottom bracket 16 arranged shading elements 71 , From these shading elements 71 are in 3a and 3b not all provided with a reference numeral for clarity.

Aufgabe der Abschattungselemente 71 an den Geberelementen 68, 69 ist es, die Übertragungspfade in den Übertragern 58, 59 abhängig von der Drehwinkellage der Tretlagerwelle 16 auszugestalten, so dass die Übertragung der Detektionssignale 61, 65 zu den Detektoren 62, 66 der Übertrager 58, 59 in Abhängigkeit der Drehwinkellage der Tretlagerwelle 16 erfolgt. Hierzu werden die Abschattungselemente 71 mit der Drehung der Trägerwelle 16 und damit mit der Drehung der ortsfest an ihr befestigten Geberelemente 68, 69 in Umfangsrichtung um die Tretlagerwelle 16 in die Übertragungspfade der Übertrager 58, 59 hineingedreht, so dass die die Abschattungselemente 71 die Detektionssignale 61, 65 für die Detektoren 62, 66 ausblenden. Task of the shading elements 71 at the donor elements 68 . 69 is it the transmission paths in the transformers 58 . 59 depending on the angular position of the bottom bracket 16 to design, so that the transmission of the detection signals 61 . 65 to the detectors 62 . 66 the transformer 58 . 59 depending on the angular position of the bottom bracket 16 he follows. For this purpose, the shading elements 71 with the rotation of the carrier shaft 16 and thus with the rotation of the stationary attached to their donor elements 68 . 69 in the circumferential direction around the bottom bracket 16 in the transmission paths of the transformer 58 . 59 screwed in so that the the shading elements 71 the detection signals 61 . 65 for the detectors 62 . 66 hide.

Prinzipiell können die Abschattungselemente 71 dabei in beliebiger Weise in Umfangsrichtung um die Tretlagerwelle 16 angeordnet sein, solange sie radial auf einer Höhe mit den Übertragern 58, 59 angeordnet werden. Das Muster der Anordnung der Abschattungselemente 71 sollte jedoch bekannt sein, damit von der Abschattung wenigstens eines der Detektionssignale 61, 65 auf die Änderung der Drehwinkellage der Tretlagerwelle 16 und damit ihre Drehzahl 55 geschlossen werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Ausführung sind die Abschattungselemente 71 um die Tretlagerwelle 16 in äquidistanten Winkelabständen 72 als Muster angeordnet, wobei in den 3a und 3b der Übersichtlichkeit halber nur einige der Winkelabstände 72 zwischen den Abschattungselementen 71 angedeutet und mit einem Bezugszeichen versehen sind.In principle, the shading elements 71 doing in any way in the circumferential direction around the bottom bracket 16 be arranged as long as they are radially at a height with the transformers 58 . 59 to be ordered. The pattern of the arrangement of shading elements 71 However, it should be known, so that the shading of at least one of the detection signals 61 . 65 on the change of the angular position of the bottom bracket 16 and therefore their speed 55 can be closed. In the context of the present embodiment, the shading elements 71 around the bottom bracket shaft 16 in equidistant angular intervals 72 arranged as a pattern, wherein in the 3a and 3b for clarity, only some of the angular distances 72 between the shading elements 71 are indicated and provided with a reference numeral.

Mit der Abschattung der Detektionssignale 61, 65 durch die Abschattungselemente 71 werden die aus den Detektoren 62, 66 ausgegebenen Gebersignale 63, 67 abgeschwächt. Damit zeigen die Gebersignale 63, 65 die Abschattung an und anhand des zuvor genannten Musters der Anordnung der Abschattungselemente 71 kann auf die Änderung der Drehwinkellage der Tretlagerwelle 16 und damit ihre Drehzahl 55 geschlossen werden. Weil die die Abschattungselemente 71 um die Tretlagerwelle 16 in äquidistanten Winkelabständen 72 angeordnet sind, werden im Rahmen der vorliegenden Ausführung Pulse in den Gebersignalen 63, 67 erzeugt, deren Frequenz in eine noch zu beschreibenden Weise unmittelbar abhängig von der zu erfassenden Drehzahl 55 ist.With the shading of the detection signals 61 . 65 through the shading elements 71 become the ones from the detectors 62 . 66 output encoder signals 63 . 67 weakened. This shows the encoder signals 63 . 65 the shading on and on the basis of the aforementioned pattern of the arrangement of the shading elements 71 can change the angular position of the bottom bracket 16 and therefore their speed 55 getting closed. Because the shading elements 71 around the bottom bracket shaft 16 in equidistant angular intervals 72 are arranged in the present embodiment, pulses in the transmitter signals 63 . 67 generated, the frequency in a manner to be described directly dependent on the speed to be detected 55 is.

Wie bereits erläutert, soll mit dem Sensor 57 neben der Drehzahl 55 der Tretlagerwelle 16 auch das auf die Tretlagerwelle 16 aufgebrachte Drehmoment 36 gemessen werden. Dazu sind die beiden Geberelemente 68, 69, wie in 2 angedeutet, axial beabstandet auf dem tordierbaren Hohlwellenelement 40 angeordnet. Die Anordnung kann jedoch beliebig sein, solange erstens die beiden Geberelemente 68, 69 zueinander beabstandet zwischen Krafteinleitung an den Kurbelarmen 18, 20 an den Pedalen 22, 24 und der Kraftabgabe am Kettenblatt 14 angeordnet sind und zweitens der Bereich zwischen den beiden Geberelementen 68, 69 elastisch tordierbar ausgestaltet ist. So können beispielsweise beide Geberelemente 68, 69 auch radial beabstandet auf dem Kettenblatt 14 angeordnet werden, wobei dann der radiale Bereich zwischen den beiden Geberelementen 68, 69 auf dem Kettenblatt 14 tordierbar ausgestaltet werden sollte. In 3a ist die elastische Tordierbarkeit mit Federelementen zwischen den einzelnen Abschattungselementen 71 der Geberelemente 68, 69 angedeutet, wobei einige dieser Federelemente der Übersichtlichkeit halber mit dem Bezugszeichen 40 für das elastisch tordierbare Hohlwellenelement 40 der 2 versehen sind.As already explained, should with the sensor 57 next to the speed 55 the bottom bracket shaft 16 also on the bottom bracket shaft 16 applied torque 36 be measured. These are the two donor elements 68 . 69 , as in 2 indicated, axially spaced on the twistable Hollow shaft element 40 arranged. However, the arrangement can be arbitrary, as long as the two donor elements 68 . 69 spaced from each other between force on the crank arms 18 . 20 on the pedals 22 . 24 and the power output on the chainring 14 are arranged and secondly, the area between the two donor elements 68 . 69 elastically twistable designed. For example, both donor elements 68 . 69 also radially spaced on the chainring 14 are arranged, in which case the radial area between the two donor elements 68 . 69 on the chainring 14 should be made twistable. In 3a is the elastic Tordierbarkeit with spring elements between the individual shading elements 71 the donor elements 68 . 69 indicated, some of these spring elements for clarity with the reference numeral 40 for the elastically twistable hollow shaft element 40 of the 2 are provided.

Weil die beiden Geberelemente 68, 69 tordierbar miteinander verbunden sind, verdreht das Drehmoment 36 die beiden Geberelemente 68, 69 in Umfangsrichtung um die Tretlagerwelle 16 zueinander und bringt so den oben erwähnten Differenzwinkel 54 auf. Daher braucht dieser Differenzwinkel 54, wie bereits erwähnt, lediglich erfasst zu werden, um das Drehmoment 36 bestimmen zu können. Hierzu kann allgemein die Phasenlage der Abschattung durch die Abschattungselemente 71 des einen Geberelementes 68 gegenüber der Abschattung der Phasenlage der Abschattungselemente 71 des anderen Geberelementes 69 erfasst werden. Hierzu kann der Einfachheit halber die Phasenlage der beiden Gebersignale 63, 67 zueinander ausgewertet werden, die sich besonders einfach erfassen lässt, wenn die beiden Geberelemente 68, 69 zumindest in Umfangsrichtung um die Tretlagerwelle geometrisch ähnlich, vorzugsweise gleichförmig ausgebildet sind. Auf diese Weise werden die beiden Gebersignale linear abhängig zueinander erzeugt, so dass die Phasenlage und damit der Differenzwinkel 54 basierend auf einer technisch vergleichsweise einfach zu realisierenden Subtraktion der beiden Gebersignale 63, 67 voneinander bestimmt werden kann, worauf an späterer Stelle näher eingegangen wird.Because the two donor elements 68 . 69 twisted together, twisting the torque 36 the two donor elements 68 . 69 in the circumferential direction around the bottom bracket 16 to each other and thus brings the above-mentioned difference angle 54 on. Therefore, this difference angle needs 54 as already mentioned, only to be detected to the torque 36 to be able to determine. This can generally the phase of the shading by the shading elements 71 of a donor element 68 opposite the shading of the phase position of the shading elements 71 of the other donor element 69 be recorded. For simplicity, the phase angle of the two encoder signals 63 . 67 evaluated to each other, which can be particularly easily detected when the two encoder elements 68 . 69 at least in the circumferential direction around the bottom bracket shaft geometrically similar, preferably uniformly formed. In this way, the two encoder signals are generated linearly dependent on each other, so that the phase angle and thus the difference angle 54 based on a technically comparatively easy to implement subtraction of the two encoder signals 63 . 67 can be determined from each other, which will be discussed in more detail later.

Dazu sollten die Übertrager 58, 59 an einer gemeinsamen Winkelposition 73 im Umfangsrichtung um die Tretlagerwelle 16 angeordnet werden, weil sonst eine Phasenlage zwischen den beiden Übertragern 58, 59 bei der Bestimmung des Differenzwinkels 54 mit berücksichtigt werden müsste.This should be the transformer 58 . 59 at a common angular position 73 in the circumferential direction around the bottom bracket 16 be arranged because otherwise a phase angle between the two transformers 58 . 59 in the determination of the difference angle 54 should be taken into account.

Anhand von 4 soll die Erzeugung der Gebersignale 63, 67 näher erläutert werden.Based on 4 intended to generate the encoder signals 63 . 67 be explained in more detail.

Im Rahmen der vorliegenden Ausführung sollen die beiden Übertrager 58, 59 beispielhaft als induktive Übertrager ausgebildet sein. Die Sender 60, 64 wären in einem derartigen induktiven Übertrager die Primärwicklungen und die Detektoren 62, 66 die Sekundärwicklungen, wobei die Sender 60, 64 als Detektionssignale 61, 65 ein magnetisches Geberfeld, beispielsweise in Form eines magnetischen Wechselfeldes, an die Detektoren 62, 66 senden. Die Abschattungselemente 71 der Geberelemente 68, 69 können dann beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet sein, das die Übertragung des magnetischen Feldes zwischen den Primärwicklungen und den Sekundärwicklungen unterbricht.In the present embodiment, the two transformers 58 . 59 be designed as an inductive transformer example. The transmitters 60 . 64 would be in such an inductive transformer, the primary windings and the detectors 62 . 66 the secondary windings, the transmitters 60 . 64 as detection signals 61 . 65 a magnetic encoder field, for example in the form of an alternating magnetic field, to the detectors 62 . 66 send. The shading elements 71 the donor elements 68 . 69 may then be formed, for example, from a ferromagnetic material which interrupts the transmission of the magnetic field between the primary windings and the secondary windings.

An die Sender 60, 64 in Form der Primärwicklungen kann eine gemeinsame Signalquelle 74 angelegt werden. Diese gemeinsame Signalquelle 74 kann beispielsweise in Form eines an sich bekannten Trägergenerators ausgeführt sein, der an die Sender 60, 64 in Form der Primärwicklungen ein einheitliches Übertragungssignal 75 anlegt. Dieses einheitliche Übertragungssignal 75 wird im ersten und zweiten Sender 60, 64 entsprechend in das erste und zweite Detektionssignal 61, 65 gewandelt und entsprechend an den ersten und zweiten Detektor 62, 66 übertragen.To the stations 60 . 64 in the form of the primary windings can be a common source of signal 74 be created. This common signal source 74 For example, it may be embodied in the form of a carrier generator known per se which is connected to the transmitters 60 . 64 in the form of the primary windings, a uniform transmission signal 75 invests. This uniform transmission signal 75 will be in the first and second stations 60 . 64 corresponding to the first and second detection signals 61 . 65 converted and corresponding to the first and second detector 62 . 66 transfer.

An den Detektoren 62, 66 in Form der Sekundärspulen werden so entsprechend ein erstes und zweites Zwischensignal 76, 77 empfangen. Diese können dann entsprechend über einen ersten und zweiten Demodulator 78, 79 von der Trägerfrequenz der Signalquelle befreit werden, wobei die Demodulatoren 78, 79 vorzugsweise als Amplitudendemodulatoren aufgebaut sein können. Die so demodulierten Zwischensignale 78, 79 können dann, optional über Tiefpassfilter 80 gefiltert, als die Gebersignale 63, 67 ausgegeben werden. Dabei können die Demodulatoren 78, 79 als auch die Tiefpassfilter 80 sowohl Teil der Detektoren 62, 66 als auch Teil der Auswertevorrichtung 70 sein.At the detectors 62 . 66 in the form of the secondary coils, a first and a second intermediate signal accordingly become 76 . 77 receive. These can then be correspondingly via a first and second demodulator 78 . 79 be freed from the carrier frequency of the signal source, wherein the demodulators 78 . 79 may preferably be constructed as Amplitudendemodulatoren. The thus demodulated intermediate signals 78 . 79 can then, optionally via low-pass filter 80 filtered, as the encoder signals 63 . 67 be issued. The demodulators can do this 78 . 79 as well as the low-pass filter 80 both part of the detectors 62 . 66 as well as part of the evaluation device 70 be.

Nachstehend soll die Auswertung der Gebersignale 63, 67 in der Auswertevorrichtung 70 anhand von 5 näher beschrieben werden.Below is the evaluation of the encoder signals 63 . 67 in the evaluation device 70 based on 5 be described in more detail.

In der Auswertevorrichtung 70 kann das erste Gebersignal 63 an eine erste Impulserzeugungseinrichtung 81 angelegt werden. Diese gibt einen ersten festen Signalwert aus, wenn das Gebersignal 63 einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet. Unterschreitet das Gebersignal einen zweiten festen Schwellwert, gibt die erste Impulserzeugungseinrichtung 81 einen zweiten festen Signalwert aus. Auf diese Weise werden die weiter oben genannten (nicht weiter definierten) Pulse in dem ersten Gebersignal 63 in Rechteckpulse gewandelt und als erstes Rechteckpulssignal 82 ausgegeben. Die Hysterese bei der Erzeugung der Rechteckpulse ist zwar nicht zwingend notwendig, vermeiden aber Uneindeutigkeiten, die entstehend könnten, wenn der erste feste Signalwert und der zweite feste Signalwert zusammenfallen würden.In the evaluation device 70 can be the first encoder signal 63 to a first pulse generating device 81 be created. This outputs a first fixed signal value when the encoder signal 63 exceeds a predetermined first threshold. If the transmitter signal falls below a second fixed threshold value, the first pulse generator outputs 81 a second fixed signal value. In this way, the above-mentioned (not further defined) pulses in the first encoder signal 63 converted into rectangular pulses and as the first rectangular pulse signal 82 output. Although the hysteresis in the generation of the rectangular pulses is not absolutely necessary, but avoid ambiguities that could arise if the first fixed Signal value and the second fixed signal value would coincide.

Die Rechteckpulse in dem Rechteckpulssignal 82 lassen sich dann in einem Zähler 83 zählen, wobei aus der Anzahl der Rechteckpulse über einen bestimmten Zeitraum die Drehzahl 55 der Tretlagerwelle 16 bestimmt werden kann. Durch das Zählen der Rechteckpulse über die Zeit wird das erste Gebersignal differenziert.The rectangular pulses in the rectangular pulse signal 82 can then be in a counter 83 counting, whereby from the number of square pulses over a certain period of time the speed 55 the bottom bracket shaft 16 can be determined. By counting the square pulses over time, the first encoder signal is differentiated.

Dabei ist jedoch zu beachten, dass bei einer Umdrehung der Tretlagerwelle 16 so viele Pulse erzeugt werden, wie das erste Geberelement 68 Abschattungselemente 71 besitzt. Wird daher die Drehzahl 55 aus einer Gegenüberstellung einer Anzahl von Rechteckpulsen in einem Vergleichszeitraum und dem Vergleichszeitraum, beispielsweise durch Dividieren, bestimmt, muss das Ergebnis dieser Gegenüberstellung noch durch die Anzahl der Abschattungselemente 71 am Geberelement geteilt werden, um zur Drehzahl 55 der Tretlagerwelle 16 zu kommen.However, it should be noted that during one revolution of the bottom bracket 16 as many pulses are generated as the first donor element 68 shading elements 71 has. Will therefore the speed 55 from a comparison of a number of square pulses in a reference period and the reference period, for example, by dividing determined, the result of this comparison must still by the number of shading elements 71 divided at the encoder element to the speed 55 the bottom bracket shaft 16 get.

Weil das erste Gebersignal 63 selbst bereits periodisch ist, kann mit der ersten Impulserzeugungseinrichtung 81 auch ein Abtaststeuersignal 84 zur Abtastung der beiden Gebersignale 63, 67 erzeugt werden, worauf an späterer Stelle näher eingegangen wird.Because the first encoder signal 63 itself is already periodic, can with the first pulse generating device 81 also a scan control signal 84 for sampling the two encoder signals 63 . 67 are generated, which will be discussed later.

Zur Bestimmung der Drehrichtung 56 kann zunächst aus dem zweiten Gebersignal 67 in einer zweiten Impulserzeugungseinrichtung 85 in der gleichen Weise wie aus dem ersten Gebersignal 63 in der ersten Impulserzeugungseinrichtung 81 ein zweites Rechteckpulssignal 86 mit Rechteckpulsen erzeugt werden. In einer Drehrichtungserkennungseinrichtung 87 können dann die Flanken der Rechteckimpulse der beiden Rechteckpulssignale 82, 86 analysiert werden. Werden beispielsweise die steigenden Flanken der Rechteckimpulse des zweiten Rechteckpulssignals 86 zeitlich nach den steigenden Flanken der Rechteckimpulse des ersten Rechteckpulssignals 82 erfasst kann auf eine bestimmte Drehrichtung (beispielsweise positiv) entschieden werden, und umgekehrt.For determining the direction of rotation 56 can first from the second encoder signal 67 in a second pulse generating device 85 in the same way as from the first encoder signal 63 in the first pulse generating device 81 a second square pulse signal 86 be generated with square pulses. In a direction of rotation detection device 87 Then, the edges of the rectangular pulses of the two rectangular pulse signals 82 . 86 to be analyzed. If, for example, the rising edges of the rectangular pulses of the second rectangular pulse signal 86 in time after the rising edges of the rectangular pulses of the first rectangular pulse signal 82 detected can be decided on a particular direction of rotation (for example, positive), and vice versa.

Zum Bestimmen des Differenzwinkels 54 und damit des Drehmomentes 36 werden die beiden Gebersignale 63, 67 basierend auf dem Abtaststeuersignal 84 mit Abtast- und Haltegliedern 88 abgetastet und so entsprechend ein erstes und zweites abgetastetes Gebersignal 89, 90. Auf den Hintergrund, warum die Abtastung notwendig ist, wird an späterer Stelle in 6a und 6b eingegangen. Die abgetasteten Gebersignale 89, 90 werden dann in einem Subtraktionsglied 91 voneinander abgezogen, was zum gesuchten Differenzwinkel 54 und damit zum Drehmoment 36 führt.To determine the difference angle 54 and thus the torque 36 become the two encoder signals 63 . 67 based on the scan control signal 84 with scanning and holding links 88 sampled and so according to a first and second sampled encoder signal 89 . 90 , The background of why scanning is necessary will be discussed later 6a and 6b received. The sampled encoder signals 89 . 90 are then in a subtraction member 91 subtracted from each other, what the sought differential angle 54 and thus to the torque 36 leads.

Nachstehend soll anhand der 6a und 6b auf die Bestimmung des Differenzwinkels und damit des Drehmomentes 36 näher eingegangen werden. In 6a einzelne Signale in der Auswertevorrichtung 70 ohne ein an die Tretlagerwelle 16 angelegtes Drehmoment über die Zeit 92 aufgetragen, während in 6b einzelne Signale in der Auswertevorrichtung 70 mit einem an die Tretlagerwelle 16 angelegten Drehmoment über die Zeit 92 aufgetragen sind.The following is based on the 6a and 6b on the determination of the differential angle and thus the torque 36 be discussed in more detail. In 6a individual signals in the evaluation device 70 without one to the bottom bracket shaft 16 applied torque over time 92 applied while in 6b individual signals in the evaluation device 70 with one to the bottom bracket shaft 16 applied torque over time 92 are applied.

Wie aus 6a, 6b ersichtlich, können die Gebersignale 63, 67 einen dreieckförmigen Verlauf aufweisen. Für die nachstehende Erklärung soll zunächst von einem vollständig abgeschatteten Zustand ausgegangen werden, in dem in den Übertragern 58, 59 die Übertragung der als Magnetfelder ausgeführten Detektionssignale 61, 65 vollständig abgeschattet ist.How out 6a . 6b can be seen, the encoder signals 63 . 67 have a triangular course. For the following explanation, it should initially be assumed that the condition is completely shadowed, in the transmissions 58 . 59 the transmission of the detection signals implemented as magnetic fields 61 . 65 is completely shadowed.

Wird ein Abschattungselement 71 aus dem entsprechenden Übertrager 58, 59 herausgedreht, wird die Übertragung der als Magnetfelder ausgeführten Detektionssignale 61, 65 freigegeben. Dies führt dazu, dass in den als Sekundärwicklungen ausgeführten Detektoren 62, 66 Induktionsspannungen als Gebersignale 63, 67 aufgebaut werden, die im idealen Fall linear ansteigen. Steigen daher die Gebersignale 63, 67 an, so wird in diesen Zeiträumen ein Abschattungselement 71 aus den Übertragern 58, 59 herausbewegt und die Übertragung der entsprechenden Detektionssignale 61, 65 freigegeben.Becomes a shading element 71 from the corresponding transformer 58 . 59 turned off, the transmission of the detection signals executed as magnetic fields 61 . 65 Approved. This leads to the fact that in the detectors designed as secondary windings 62 . 66 Induction voltages as encoder signals 63 . 67 be built up, which increase linearly in the ideal case. Therefore increase the encoder signals 63 . 67 on, so in these periods a shading element 71 from the transformers 58 . 59 moved out and the transmission of the corresponding detection signals 61 . 65 Approved.

Entsprechend fallen die Gebersignale 63, 67, wenn ein Abschattungselement 71 in die Übertrager 58, 59 hineinbewegt und die Übertragung der entsprechenden Detektionssignale 61, 65 unterbrochen wird.Accordingly, the encoder signals fall 63 . 67 if a shading element 71 in the transformer 58 . 59 moved in and the transmission of the corresponding detection signals 61 . 65 is interrupted.

Die einzelnen dreieckförmigen Perioden in den Gebersignalen 63, 67 sind alle gleichförmig ausgebildet, was jedoch nur dann gegeben ist, wenn die Abschattungselemente 71, wie bereits weiter oben erwähnt, alle in Umfangsrichtung um die Tretlagerwelle 16 gleichförmig ausgeführt sind.The individual triangular periods in the encoder signals 63 . 67 are all uniformly formed, but this is only possible if the shading elements 71 as already mentioned above, all in the circumferential direction around the bottom bracket 16 are made uniform.

Wenn die beiden Geberelemente 68, 69 mit den Abschattungselementen 71 in einem Ruhezustand der Tretlagerwelle 16, in dem kein Drehmoment 36 an diese angelegt ist, und die Übertrager 58, 59, wie in 3a gezeigt, an einer gemeinsamen Winkelposition 73 angeordnet sind, dann verlaufen die beiden Gebersignale 63, 67 wie in 6a gezeigt phasensynchron, wenn das Drehmoment 36 und damit der Differenzwinkel 54 gleich Null sind. Dabei ist die Nullposition des Differenzwinkels 54 mit dem Bezugszeichen 93 versehen.If the two donor elements 68 . 69 with the shading elements 71 in a resting state of the bottom bracket shaft 16 in which no torque 36 attached to this, and the transformer 58 . 59 , as in 3a shown at a common angular position 73 are arranged, then run the two encoder signals 63 . 67 as in 6a shown in phase, when the torque 36 and thus the difference angle 54 are equal to zero. Here is the zero position of the differential angle 54 with the reference number 93 Mistake.

Liegt jedoch ein Drehmoment 36 an der Tretlagerwelle 16 an, so eilt wie in 6b gezeigt ein Gebersignal 67 dem anderen Gebersignal 63 vor. Aufgrund des periodischen Verlaufs der beiden Gebersignale 63, 67 führt das entgegen den tatsächlichen Verhältnissen jedoch nicht zu einem Differenzwinkel 54 mit einem konstanten Messwert. Dies liegt daran, dass die beiden Gebersignale 63, 67 in bestimmten Bereichen gegenläufige Steigungen besitzen, in denen zwangsläufig ein falscher Differenzwinkel erzeugt wird. Besitzen beide Gebersignale 63, 67 eine positive Steigung kann basierend auf dem Differenzwinkel 54 das Drehmoment 36 unmittelbar vorzeichenrichtig bestimmt werden. Besitzen beide Gebersignale 63, 67 eine negative Steigung wird das Drehmoment 36 basierend auf dem ausgegebenen Differenzwinkel 54 zwar betragsrichtig, aber mit verkehrten Vorzeichen bestimmt.However, there is a torque 36 at the bottom bracket shaft 16 on, as fast as in 6b shown encoder signal 67 the other encoder signal 63 in front. Due to the periodic course of the two encoder signals 63 . 67 However, this does not lead to a difference angle contrary to the actual conditions 54 with a constant reading. This is because the two encoder signals 63 . 67 in certain areas have opposite slopes, in which inevitably a false differential angle is generated. Both have encoder signals 63 . 67 a positive slope can be based on the difference angle 54 the torque 36 be determined immediately with the correct sign. Both have encoder signals 63 . 67 a negative slope becomes the torque 36 based on the output difference angle 54 True to the point, but with the wrong sign.

Daher sollten die Gebersignale 63, 67 nur in einem Zeitpunkt betrachtet werden, in dem beide eine positive Steigung haben.Therefore, the encoder signals should 63 . 67 only be considered at a time when both have a positive slope.

Da in dem Fahrrad 2 davon ausgegangen werden kann, dass zum Antrieb an die Tretlagerwelle 16 immer nur ein Drehmoment mit einem bestimmten Vorzeichen angelegt wird, weil das Fahrrad 2 in der Regel nicht rückwärts angetrieben wird, kann im einfachsten Fall ausgehend vom Maximum einer der beiden Gebersignale 63, 67, das unter der zuvor genannten Voraussetzung immer nachlaufend sein muss, die Differenz zum anderen Gebersignal 63, 67 betrachtet werden. Entsprechend sollte das Abtaststeuersignal 84 so gelegt werden, dass immer zum Zeitpunkt des Maximums des entsprechend immer nachlaufenden Gebersignals 63, 67, im vorliegenden Fall des ersten Gebersignals 63 abgetastet wird, wie in 6a und 6b gezeigt. Auf diese Weise ergibt sich aus dem Differenzwinkel 54 unmittelbar das Drehmoment.There in the bike 2 It can be assumed that the drive to the bottom bracket 16 only one torque is applied with a given sign because the bike 2 usually not driven backwards, in the simplest case, starting from the maximum of one of the two encoder signals 63 . 67 , which under the aforementioned condition must always be trailing, the difference to the other encoder signal 63 . 67 to be viewed as. Accordingly, the sampling control signal should 84 be placed so that always at the time of the maximum of the corresponding always trailing encoder signal 63 . 67 , in the present case the first encoder signal 63 is sampled, as in 6a and 6b shown. This results from the difference angle 54 directly the torque.

An dieser Stelle wird auch die Bedeutung der Drehrichtungserkennungeinrichtung 87 ersichtlich, denn wenn bei der Bestimmung des Drehmomentes 36 angenommen wird, dass die Tretlagerwelle 16 immer in eine Richtung getreten wird, lässt sich hier das Vorzeichen des Drehmomentes 36 nicht bestimmen.At this point, the meaning of the rotation direction detection device is also 87 apparent, because if in the determination of torque 36 It is assumed that the bottom bracket shaft 16 is always kicked in one direction, here can be the sign of torque 36 do not determine.

In den 7a, 7b und 7c sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Übertrager 58, 59 gezeigt. In the 7a . 7b and 7c are different execution options for the transformer 58 . 59 shown.

Statt die Detektionssignale 61, 65 mit der in 4 gezeigten Primärwicklung als Sender 60, 64 zu erregen können auch ortsfest an der Tretlagerwelle 16 befestigte Magneten verwendet werden, wie in 7a und 7b gezeigt. Alternativ oder zusätzlich können die Detektionssignale 61, 65 statt passiv mit der in 4 gezeigten Sekundärwicklung als Detektor 62, 66 aktiv mit einem magnetoresistiven Messaufnehmer, wie in 7a gezeigt, oder einem Hall-Element, wie in 7b gezeigt erfasst werden.Instead of the detection signals 61 . 65 with the in 4 shown primary winding as a transmitter 60 . 64 To excite can also be fixed to the bottom bracket 16 attached magnets are used as in 7a and 7b shown. Alternatively or additionally, the detection signals 61 . 65 passively with the in 4 shown secondary winding as a detector 62 . 66 active with a magnetoresistive transducer, as in 7a shown, or a Hall element, as in 7b be detected.

Als Übertrager 58, 59 können aber auch, wie in 7c gezeigt, optische Übertrager verwendet werden, bei denen die Sender 60, 64 beispielsweise als Leuchtdiode und die Detektoren 62, 66 als Fototransistoren ausgeführt sein können.As a transformer 58 . 59 but also, as in 7c shown to be used optical transmitters in which the transmitters 60 . 64 for example, as a light emitting diode and the detectors 62 . 66 can be designed as phototransistors.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007062156 A1 [0002] DE 102007062156 A1 [0002]
  • DE 102011087544 A1 [0042] DE 102011087544 A1 [0042]

Claims (10)

Sensor (57) zum Erfassen einer Drehzahl (55) einer insbesondere in einem Fahrrad (2) verbauten Welle (16), umfassend: – einen Detektor (62), der eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Empfangs eines vorbestimmten Detektionssignals (61) ein Gebersignal (63) auszugeben, und – ein drehfest mit der Welle (16) verbindbares Geberelement (68), das eingerichtet ist, das Detektionssignal (63) in Abhängigkeit einer Drehstellung der Welle (16) gegenüber dem Detektor (62) abzuschatten, um das Gebersignal (63) in Abhängigkeit der zu erfassenden Drehzahl (55) zu verändern.Sensor ( 57 ) for detecting a rotational speed ( 55 ) one in particular in a bicycle ( 2 ) built-in shaft ( 16 ), comprising: - a detector ( 62 ), which is set up in response to receipt of a predetermined detection signal ( 61 ) a transmitter signal ( 63 ), and - a rotation with the shaft ( 16 ) connectable donor element ( 68 ), which is set up, the detection signal ( 63 ) in dependence of a rotational position of the shaft ( 16 ) opposite the detector ( 62 ) to encode the encoder signal ( 63 ) depending on the speed to be detected ( 55 ) to change. Sensor (57) nach Anspruch 1, umfassend: – einen weiteren Detektor (66), der eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines Empfangs eines vorbestimmten weiteren Detektionssignals (65) ein weiteres Gebersignal (67) auszugeben, und – ein drehfest mit der Welle (16) verbindbares weiteres Geberelement (69), das eingerichtet ist, das weitere Detektionssignal (65) in Abhängigkeit der Drehstellung der Welle (16) gegenüber dem weiteren Detektor (66) abzuschatten, um das weitere Gebersignal (67) in Abhängigkeit der zu erfassenden Drehzahl (55) zu verändern, – wobei das Geberelement (68) und das weitere Geberelement (69) gegeneinander tordierbar (40) wenigstens in Drehrichtung der Drehzahl (55) miteinander verbunden sind.Sensor ( 57 ) according to claim 1, comprising: - a further detector ( 66 ), which is set up in response to receiving a predetermined further detection signal ( 65 ) another encoder signal ( 67 ), and - a rotation with the shaft ( 16 ) connectable further donor element ( 69 ), which is set up, the further detection signal ( 65 ) depending on the rotational position of the shaft ( 16 ) with respect to the further detector ( 66 ) to obtain the further encoder signal ( 67 ) depending on the speed to be detected ( 55 ), - whereby the encoder element ( 68 ) and the further encoder element ( 69 ) can be twisted against each other ( 40 ) at least in the direction of rotation of the rotational speed ( 55 ) are interconnected. Sensor (57) nach Anspruch 2, umfassend eine gemeinsame Signalquelle (74) für das Detektionssignal (61) und das weitere Detektionssignal (65).Sensor ( 57 ) according to claim 2, comprising a common signal source ( 74 ) for the detection signal ( 61 ) and the further detection signal ( 65 ). Sensor (57) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Geberelement (68) und das weitere Geberelement (69) axial zur Welle (16) gesehen wenigstens in Umfangsrichtung um die Welle (16) geometrisch ähnlich, insbesondere geometrisch gleichförmig sind. Sensor ( 57 ) according to claim 2 or 3, wherein the donor element ( 68 ) and the further encoder element ( 69 ) axially to the shaft ( 16 ) seen at least in the circumferential direction around the shaft ( 16 ) are geometrically similar, in particular geometrically uniform. Verfahren zum Erfassen einer Drehzahl (55) unter Verwendung eines Sensors (57) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: – Bestimmen der Drehzahl (55) basierend auf einer Differenzierung (83) des empfangenen Gebersignals.Method for detecting a speed ( 55 ) using a sensor ( 57 ) according to one of the preceding claims, comprising: - determining the rotational speed ( 55 ) based on a differentiation ( 83 ) of the received encoder signal. Verfahren nach Anspruch 5, umfassend: – Formen (81) von Pulsen aus dem Gebersignal (63), die eingerichtet sind, die Abschattung des Detektionssignals (61) anzuzeigen, und – Zählen der Pulse zum Differenzieren (83) des empfangenen Gebersignals (63).Method according to claim 5, comprising: - molding ( 81 ) of pulses from the encoder signal ( 63 ), which are set up, the shading of the detection signal ( 61 ), and - counting the differentiation pulses ( 83 ) of the received encoder signal ( 63 ). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, umfassend: – Bestimmen eines auf die Welle (16) wirkenden Drehmomentes (36) basierend auf einer Gegenüberstellung (89) des Gebersignals (63) und des weiteren Gebersignals (67).Method according to claim 5 or 6, comprising: determining one on the shaft ( 16 ) acting torque ( 36 ) based on a comparison ( 89 ) of the encoder signal ( 63 ) and the further encoder signal ( 67 ). Verfahren nach Anspruch 7, umfassend: – Abtasten (88) des Gebersignals (63) und des weiteren Gebersignals (67) basierend auf einem Synchronisationssignal (89), und – Subtrahieren des abgetasteten Gebersignals (89) und des abgetasteten weiteren Gebersignals (90) zum Gegenüberstellen (89) des Gebersignals (63) und des weiteren Gebersignals (67).Method according to claim 7, comprising: - scanning ( 88 ) of the encoder signal ( 63 ) and the further encoder signal ( 67 ) based on a synchronization signal ( 89 ), and - subtracting the sampled encoder signal ( 89 ) and the sampled further encoder signal ( 90 ) to confront ( 89 ) of the encoder signal ( 63 ) and the further encoder signal ( 67 ). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, umfassend: – Bestimmen (87) eines Vorzeichens des Drehmomentes (36) basierend auf einer Phasenverschiebung zwischen dem Gebersignal (63) und dem weiteren Gebersignal (67).Method according to claim 7 or 8, comprising: - determining ( 87 ) of a sign of the torque ( 36 ) based on a phase shift between the encoder signal ( 63 ) and the further encoder signal ( 67 ). Vorrichtung (70) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 9.Contraption ( 70 ) for carrying out a method according to one of the preceding claims 6 to 9.
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