DE-102018123575-B4 - Kurbelgetriebe mit einer Kurbelwelle zur Verbindung mit wenigstens einer Fuß- oder Handkurbel

Abstract

Kurbelgetriebe mit einer Kurbelwelle (5) zur Verbindung mit wenigstens einer Fuß- oder Handkurbel und wenigstens einem mittels der Kurbelwelle (5) angetriebenen Getrieberades (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopplungseinheit (10) zwischen der Kurbelwelle (5) und dem Getrieberad (1) vorgesehen ist, wobei die Kopplungseinheit (10) unter Belastung wenigstens zeitweise einen Winkelversatz zwischen einem kurbelseitigen Aufnahmebereich (11) und einem mit dem Getrieberad (1) verbundenen Abgabebereich (12) zur Aufnahme und Abgabe des durch die Kurbel erzeugten Drehmomentes aufweist wobei eine Wandlereinheit zur Umwandlung des Winkelversatzes in eine Änderung eines magnetischen Flusses und dass ein magnetfeldsensitiver Sensor zur Erfassung des Winkelversatzes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit wenigstens einen Magneten (15) und zwei gegenseitig drehbare magnetische Leitelemente (21, 22) umfasst, die innerhalb eines Luftspaltes (25) durch ihre Form und ihre relative Winkelposition die Form des Luftspaltes (25) winkelabhängig verändern, wobei der magnetfeldsensitive Sensor, insbesondere ein Hall Sensor (19) oder dergleichen, vorgesehen ist, um Änderungen eines magnetischen Flusses zu erfassen, und wobei der Magnet ein konzentrisch zur Kurbelwelle (5) angeordneter Ringmagnet (15) ist, so dass ein äußerer Rückschlusskreis (17) des magnetischen Flusses um den Außenumfang des Ringmagneten (15) und ein innerer Rückschlusskreis (18) des magnetischen Flusses um den Innenumfang des Ringmagneten (15) herum verläuft, wobei sich der winkelabhängig verändernde Bereich des Luftspaltes (25) im Bereich des äußeren Rückschlusskreises (17) und der magnetfeldsensitive Sensor (19) im Bereich des inneren Rückschlusskreises (18) oder umgekehrt befindet.

Inventors

• Michael Schmitz
• Christoph Lermen
• Dietmar Weisser
• Martin Götz

Assignees

• PINION GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20180925

Claims (9)

1. Kurbelgetriebe mit einer Kurbelwelle (5) zur Verbindung mit wenigstens einer Fuß- oder Handkurbel und wenigstens einem mittels der Kurbelwelle (5) angetriebenen Getrieberades (1), dadurch gekennzeichnet , dass eine Kopplungseinheit (10) zwischen der Kurbelwelle (5) und dem Getrieberad (1) vorgesehen ist, wobei die Kopplungseinheit (10) unter Belastung wenigstens zeitweise einen Winkelversatz zwischen einem kurbelseitigen Aufnahmebereich (11) und einem mit dem Getrieberad (1) verbundenen Abgabebereich (12) zur Aufnahme und Abgabe des durch die Kurbel erzeugten Drehmomentes aufweist wobei eine Wandlereinheit zur Umwandlung des Winkelversatzes in eine Änderung eines magnetischen Flusses und dass ein magnetfeldsensitiver Sensor zur Erfassung des Winkelversatzes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlereinheit wenigstens einen Magneten (15) und zwei gegenseitig drehbare magnetische Leitelemente (21, 22) umfasst, die innerhalb eines Luftspaltes (25) durch ihre Form und ihre relative Winkelposition die Form des Luftspaltes (25) winkelabhängig verändern, wobei der magnetfeldsensitive Sensor, insbesondere ein Hall Sensor (19) oder dergleichen, vorgesehen ist, um Änderungen eines magnetischen Flusses zu erfassen, und wobei der Magnet ein konzentrisch zur Kurbelwelle (5) angeordneter Ringmagnet (15) ist, so dass ein äußerer Rückschlusskreis (17) des magnetischen Flusses um den Außenumfang des Ringmagneten (15) und ein innerer Rückschlusskreis (18) des magnetischen Flusses um den Innenumfang des Ringmagneten (15) herum verläuft, wobei sich der winkelabhängig verändernde Bereich des Luftspaltes (25) im Bereich des äußeren Rückschlusskreises (17) und der magnetfeldsensitive Sensor (19) im Bereich des inneren Rückschlusskreises (18) oder umgekehrt befindet.
2. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Kopplungseinheit (10) ein Torsionselement (10) umfasst.
3. Kurbelgetriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Torsionselement (10) in einem Hohlraum (9) der Kurbelwelle (5) angeordnet ist.
4. Kurbelgetriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Torsionselement (10) an einer Verbindungsstelle im Abgabebereich (12) mittels eines Verbindungselementes (8) drehfest mit dem Getrieberad (1) verbunden ist, wobei sich das Verbindungselement (8) aus dem Hohlraum (9) der Kurbelwelle (5) durch einen Durchlass (13) in der Wandung der Kurbelwelle (5) hindurch erstreckt und dass das Torsionselement (10) an einer Verbindungsstelle im Aufnahmebereich (11) drehfest mit der Kurbelwelle (5) verbunden ist.
5. Kurbelgetriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Torsionselement (10) drehmomentabhängig gegen ein Rückstellmoment derart verformbar ist, dass sich der Winkelversatz drehmomentabhängig zwischen dem Aufnahmebereich (11) und dem Abgabebereich (12) ergibt.
6. Kurbelgetriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Torsionselement eine Torsionsstange(10) ist.
7. Kurbelgetriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein Leitelement (21) einen verzahnten Innenumfang (23) und das andere Leitelement (22) einen verzahnten Außenumfang (24) aufweist, so dass die Form des Luftspaltes (25) von der Winkelstellung der Zähne abhängt.
8. Kurbelgetriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der magnetfeldsensitive Sensor (19) von den Leitelementen (21,22) beabstandet angeordnet ist.
9. Kurbelgetriebe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Auswerteeinheit zur Bestimmung des Drehmomentes anhand des erfassten Sensorsignals vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgetriebe mit einer Kurbelwelle zur Verbindung mit wenigstens einer Fuß- oder Handkurbel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Unter einem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe ist hierbei jedes Getriebe für Fahrzeuge zu verstehen, bei denen ein Antrieb über eine von einer Person mittels Körperkraft in Drehung versetzte Kurbel erfolgt und dieses Drehmoment von dort über ein mechanisches Getriebe auf wenigstens ein Vortriebselement wie ein Laufrad oder ein Schaufelrad übertragen wird, also neben herkömmlichen Fahrradgetrieben auch Getriebe für mehrrädrige Fahrzeuge und/oder zusätzlich motorisch angetriebene Fahrzeuge wie sogenannte E-Bikes bzw. Pedelecs sowie andere derartige Fahrzeuge wie Tretboote oder dergleichen. Kurbelgetriebe für Fahrräder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind im Handel seit einiger Zeit erhältlich. Mit der Druckschrift DE 198 16 568 A1 ist eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels bekannt geworden. Diese Sensoranordnung beinhaltet durch eine querschnittsverjüngende Formgebung die Ausbildung eines Torsionselementes an einer Welle, wobei die unter Belastung entstehende Verdrehung der Welle bzw. der dabei entstehende Drehwinkel mittels eines magnetischen Sensors aufgenommen und über diesen Drehwinkel auf das aufgebrachte Drehmoment erfasst wird. Weitere Getriebe sind bekannt aus den Dokumenten DE 10 2007 046 749 A1, DE 196 09 981 A1, DE 10 2007 062 156 A1 und DE 198 16 568 A1. Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, ein Kurbelgetriebe vorzuschlagen, bei dem das über eine Kurbelwelle in ein Kurbelgetriebe eingebrachtes Drehmoment sensorisch erfassbar ist. Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Kurbelgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Dementsprechend weist ein erfindungsgemäßes Getriebe eine Kopplungseinheit zwischen der Kurbelwelle und wenigstens einem mittels der Kurbelwelle angetriebenen Getrieberad auf, die unter Belastung einen drehmomentabhängigen Winkelversatz aufweist zwischen einem kurbelseitigen Aufnahmebereich, der das mittels der Kurbel erzeugte Drehmoment aufnimmt, und einem Abgabebereich auf, der das Drehmoment an das Getrieberad abgibt. Mittels einer Erfassung dieses Winkelversatzes durch Erzeugung eines der Größe und oder Drehrichtung des Winkelversatzes entsprechenden Sensorsignals ist ein Rückschluss oder die Bestimmung der Größe und oder Drehrichtung des aufgenommenen Drehmomentes möglich. Die Erfassung der Drehrichtung des aufgenommenen Drehmomentes kann beispielsweise bei Verwendung einer sogenannten Rücktrittbremse von Vorteil sein. Die Erfassung der Größe des aufgenommenen Drehmomentes kann ggf. in Verbindung mit Getriebedaten zur Datenerfassung z.B. der erzeugten Leistung, der Kurbelkraft etc. verwendet werden. Derartige Daten können für die Speicherung und Anzeige der Daten für einen Fahrer oder auch für Steuerungszwecke, z. B. für eine automatische Gangschaltung oder für die Steuerung eines Zusatzantriebes, weiterverwendet werden. Durch die in den Unteransprüchen beanspruchten Merkmale ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist eine Wandlereinheit zur Umwandlung des Winkelversatzes in eine Änderung eines magnetischen Flusses und ein magnetfeldsensitiver Sensor zur Erfassung dieser Änderung vorgesehen. Dies stellt eine kostengünstige, betriebssichere und platzsparende Ausführung dar. Zur Erzeugung eines drehmomentabhängigen Winkelversatzes steht mit einem Torsionselement vorzugsweise eine einfache Möglichkeit zur Verfügung. Für die Abhängigkeit des Winkelversatzes vom eingeleiteten Drehmoment ist das Torsionselement wenigstens bereichsweise elastisch, also rückstellend gegen ein Rückstellmoment verformbar, wobei das Rückstellmoment vom Grad der Verformung und damit von der Belastung bzw. dem aufgenommenen Drehmoment abhängt, so dass auch die Größe des so erzeugten Winkelversatzes von der Größe des aufgenommenen Drehmomentes abhängig ist. Durch das Rückstellmoment nimmt das Torsionselement bei schwindender Belastung zudem seine Ausgangsform wieder an. Vorteilhafterweise wird das Torsionselement in einem Hohlraum der Kurbelwelle angeordnet. Zum einen kann das Torsionselement hierdurch eine gewisse Länge aufweisen, falls dies erforderlich ist, und ist dennoch platzsparend untergebracht. Zum anderen kann in dem Hohlraum die Kopplungsstelle zur Ankopplung an das anzutreibende Getrieberad leicht genau dort angeordnet werden, wo sich das entsprechende Getrieberad befindet. Die Verbindung des Torsionselementes mit der Kurbelwelle kann dabei in unmittelbarer Nähe der Kurbel stattfinden, so dass sichergestellt ist, dass auch tatsächlich das durch die Kurbel eingeleitete Drehmoment vollständig auf das Torsionselement übertragen und sich einstellenden Winkelversatz abgebildet wird. Das Torsionselement ist in einer derartigen Anwendung zweckmäßigerweise eine Torsionsstange mit der entsprechenden Läng