DE102023204103B3 - Freewheel device for a drive train of a bicycle and bicycle with such a freewheel device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Freilaufvorrichtung für einen Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrrads aufweisend• einen ersten Ring (1),• einen koaxial zum ersten Ring (1) angeordneten zweiten Ring (2),• einen koaxial zu den beiden Ringen angeordneten Käfig (3) mit einer Vielzahl von radial zwischen den beiden Ringen angeordneten Klemmkörpern (4), die in einer ersten Relativdrehrichtung zwischen den beiden Ringen zur drehfesten Verbindung der beiden Ringe und in einer zweiten Relativdrehrichtung zwischen den beiden Ringen zur Entkopplung der beiden Ringe und Aktivierung einer Freilauffunktion eingerichtet sind,• eine drehfest am Käfig (3) angeordnete Scheibe (5), die formschlüssig mit dem ersten Ring (1) verbunden ist, wobei die formschlüssige Verbindung derart spielbehaftet ausgebildet ist, dass sich der Käfig (3) relativ zum ersten Ring (1) begrenzt verdrehen kann, um die Freilauffunktion zu aktivieren,• eine drehfest mit dem ersten Ring (1) verbundene Tretkurbelwelle (6) zum Einleiten einer mit Muskelkraft erzeugten Antriebsleistung,• ein Sensorelement zum Erfassen eines Drehmoments am ersten Ring (1) und Generieren entsprechender Sensordaten, wobei das Sensorelement an dem ersten Ring (1) angeordnet und dazu ausgebildet ist, die Sensordaten an eine Steuereinrichtung zu übermitteln, um eine elektrische Maschine im Antriebsstrang des Fahrrads nach Maßgabe der Sensordaten anzusteuern.The invention relates to a freewheel device for a drive train of an at least partially electrically powered bicycle, comprising: a first ring (1), a second ring (2) arranged coaxially to the first ring (1), a cage (3) arranged coaxially to the two rings with a plurality of clamping bodies (4) arranged radially between the two rings, which are arranged in a first relative direction of rotation between the two rings for the rotationally fixed connection of the two rings and in a second relative direction of rotation between the two rings for the decoupling of the two rings and activation of a freewheel function, a disk (5) arranged rotationally fixed on the cage (3), which is positively connected to the first ring (1), the positive connection being designed with play such that the cage (3) can rotate to a limited extent relative to the first ring (1) in order to activate the freewheel function, a pedal crankshaft (6) connected rotationally fixed to the first ring (1) for introducing a drive power generated by muscle power, a sensor element for detecting a torque on the first ring (1) and generating corresponding sensor data, wherein the sensor element is arranged on the first ring (1) and is designed to transmit the sensor data to a control device in order to control an electric machine in the drive train of the bicycle in accordance with the sensor data.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrrads, wobei im Antriebsstrang zumindest eine elektrische Antriebsmaschine angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit einer solchen Freilaufvorrichtung.The present invention relates to a freewheel device for a drive train of a bicycle, wherein at least one electric drive motor is arranged in the drive train. The invention further relates to a bicycle with such a freewheel device.
Es sind allgemein Fahrräder bekannt, die zusätzlich zur Antriebsleistung eines Fahrradfahrers durch eine elektrische Maschine angetrieben werden können. Solche Fahrräder sind auch als Elektrofahrräder, Pedelec oder E-Bikes bekannt. Eine Antriebsleistung des Fahrradfahrers wird durch die elektrische Maschine in der Regel nach Maßgabe eines Fahrerwunsches sowie eines vom Fahrradfahrer eingespeisten Drehmoments von der elektrischen Maschine unterstützt. Die elektrische Maschine kann als Mittelmotor im Bereich der Tretkurbelwelle oder als Radantrieb direkt an dem jeweiligen Antriebsrad angeordnet sein.Bicycles are generally known that can be powered by an electric machine in addition to the drive power of a cyclist. Such bicycles are also known as electric bicycles, pedelecs or e-bikes. The cyclist's drive power is usually supported by the electric machine in accordance with the cyclist's wishes and the torque supplied by the cyclist. The electric machine can be arranged as a mid-engine in the area of the pedal crankshaft or as a wheel drive directly on the respective drive wheel.
Beispielsweise geht aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Freilaufvorrichtung für ein Elektrofahrrad zu schaffen, die eine verbesserte Drehmomentmessung aufweist. Insbesondere soll die Freilaufvorrichtung kompakt ausgebildet sein. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The present invention is based on the object of creating a freewheel device for an electric bicycle that has improved torque measurement. In particular, the freewheel device should be designed to be compact. The object is achieved by the objects with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Freilaufvorrichtung für einen Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrrads umfasst einen ersten Ring, einen koaxial zum ersten Ring angeordneten zweiten Ring, einen koaxial zu den beiden Ringen angeordneten Käfig mit einer Vielzahl von radial zwischen den beiden Ringen angeordneten Klemmkörpern, die in einer ersten Relativdrehrichtung zwischen den beiden Ringen zur drehfesten Verbindung der beiden Ringe und in einer zweiten Relativdrehrichtung zwischen den beiden Ringen zur Entkopplung der beiden Ringe und Aktivierung einer Freilauffunktion eingerichtet sind, eine drehfest am Käfig angeordnete Scheibe, die formschlüssig mit dem ersten Ring verbunden ist, wobei die formschlüssige Verbindung derart spielbehaftet ausgebildet ist, dass sich der Käfig relativ zum ersten Ring begrenzt verdrehen kann, um die Freilauffunktion zu aktivieren, eine drehfest mit dem ersten Ring verbundene Tretkurbelwelle zum Einleiten einer mit Muskelkraft erzeugten Antriebsleistung eines Fahrradfahrers in die Freilaufvorrichtung, und mindestes ein Sensorelement zum Erfassen eines Drehmoments am ersten Ring und Generieren entsprechender Sensordaten, wobei das mindestens eine Sensorelement an dem ersten Ring angeordnet und dazu ausgebildet ist, die Sensordaten an eine Steuereinrichtung zu übermitteln, um eine elektrische Maschine im Antriebsstrang des Fahrrads nach Maßgabe dieser Sensordaten anzusteuern.A freewheel device according to the invention for a drive train of an at least partially electrically powered bicycle comprises a first ring, a second ring arranged coaxially to the first ring, a cage arranged coaxially to the two rings with a plurality of clamping bodies arranged radially between the two rings, which are arranged in a first relative direction of rotation between the two rings for the rotationally fixed connection of the two rings and in a second relative direction of rotation between the two rings for the decoupling of the two rings and activation of a freewheel function, a disk arranged in a rotationally fixed manner on the cage, which is positively connected to the first ring, wherein the positive connection is designed with play such that the cage can rotate to a limited extent relative to the first ring in order to activate the freewheel function, a pedal crankshaft connected in a rotationally fixed manner to the first ring for introducing a drive power generated by a cyclist's muscle power into the freewheel device, and at least one sensor element for detecting a torque on the first ring and generating corresponding sensor data, wherein the at least one sensor element is arranged on the first ring and designed to To transmit sensor data to a control device in order to control an electrical machine in to control the bicycle’s drive train according to this sensor data.
Mit anderen Worten ist der mindestens eine Sensor dazu eingerichtet, bei eingeschalteter Unterstützung durch die elektrische Maschine einen über die Pedale eingeleiteten Fahrerwunsch hinsichtlich der Antriebsleistung zu identifizieren und darüber die Steuerung der elektrischen Maschine anzupassen. Mithin kann über das Drehmoment, das am ersten Ring erfasst wird und von dem Drehmoment, das der Fahrradfahrer auf die Pedale einleitet, abhängt, die Antriebsleistung der elektrischen Maschine dosiert werden. Je mehr Drehmoment der Fahrradfahrer auf die Pedale einleitet, umso größer ist die von der elektrischen Maschine bereitgestellte Antriebsleistung, die zur Unterstützung der Antriebsleistung des Fahrradfahrers eingerichtet ist. Die Pedale sind über Tretkurbeln mit der Tretkurbelwelle verbunden.In other words, the at least one sensor is designed to identify a driver request with regard to the drive power initiated via the pedals when the support from the electric machine is switched on and to use this to adapt the control of the electric machine. The drive power of the electric machine can therefore be dosed using the torque that is recorded on the first ring and depends on the torque that the cyclist applies to the pedals. The more torque the cyclist applies to the pedals, the greater the drive power provided by the electric machine, which is designed to support the cyclist's drive power. The pedals are connected to the crankshaft via pedal cranks.
Die Freilaufvorrichtung entkoppelt die Tretkurbelwelle, je nach Fahrsituation. Bei einer ersten Relativdrehrichtung zwischen den beiden Ringen, beispielsweise dann, wenn der Fahrradfahrer vorwärts pedaliert, ist eine Sperrfunktion an der Freilaufvorrichtung aktiv, wobei die beiden Ringe über die Klemmkörper im Käfig drehfest miteinander verbunden werden. Die drehfeste Verbindung der beiden Ringe mittels der Klemmkörper ist kraftschlüssig. Bei einer zweiten Relativdrehrichtung zwischen den beiden Ringen, beispielsweise dann, wenn der Fahrradfahrer rückwärts pedaliert, ist eine Freilauffunktion an der Freilaufvorrichtung aktiv, wobei die Klemmkörper im Käfig kippen und dadurch die kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Ringen aufgehoben wird.The freewheel device decouples the crankshaft, depending on the riding situation. In a first relative direction of rotation between the two rings, for example when the cyclist pedals forwards, a locking function is active on the freewheel device, whereby the two rings are connected to one another in a rotationally fixed manner via the clamping bodies in the cage. The rotationally fixed connection of the two rings by means of the clamping bodies is force-locking. In a second relative direction of rotation between the two rings, for example when the cyclist pedals backwards, a freewheel function is active on the freewheel device, whereby the clamping bodies in the cage tilt and thereby cancel the force-locking connection between the two rings.
Durch die Anordnung des mindestens einen Sensorelements in unmittelbare Nähe zur Tretkurbelwelle oder auf der Tretkurbelwelle werden die Drehmomenterfassung und somit auch die Steuerung der elektrischen Maschine verbessert. Ferner wird durch die Integration des mindestens einen Sensorelements in den ersten Ring und die koaxiale Anordnung der Ringe und des Käfigs nicht nur die Drehmomenterfassung und somit auch die Steuerung der elektrischen Maschine weiter verbessert, sondern auch Bauraum eingespart und der Kompaktheitsgrad erhöht. Bevorzugt sind die beiden Ringe und der Käfig konzentrisch zueinander angeordnet.By arranging the at least one sensor element in the immediate vicinity of the pedal crankshaft or on the pedal crankshaft, the torque detection and thus also the control of the electric machine are improved. Furthermore, by integrating the at least one sensor element into the first ring and the coaxial arrangement of the rings and the cage, not only the torque detection and thus also the control of the electric machine is further improved, but also installation space is saved and the degree of compactness is increased. The two rings and the cage are preferably arranged concentrically to one another.
Vorzugsweise ist die Scheibe monolithisch mit dem Käfig ausgebildet. Insbesondere ist die Tretkurbelwelle monolithisch mit dem ersten Ring ausgebildet. Dadurch werden die Drehmomenterfassung, insbesondere Störgrößen durch Verbindungsstellen verringert und somit auch die Steuerung der elektrischen Maschine weiter verbessert.Preferably, the disk is formed monolithically with the cage. In particular, the pedal crankshaft is formed monolithically with the first ring. This reduces the torque detection, in particular disturbances caused by connection points, and thus also further improves the control of the electric machine.
Der erste Ring ist als Verformungsbauteil vorgesehen, das zur Drehmomentmessung verwendet wird. Bevorzugt ist der erste Ring als Innenring ausgebildet, wobei der zweite Ring als Außenring ausgebildet ist. Alternativ ist auch eine umgekehrte Anordnung denkbar, sodass der erste Ring als Außenring und der zweite Ring als Innenring ausgebildet ist.The first ring is provided as a deformation component that is used for torque measurement. The first ring is preferably designed as an inner ring, with the second ring being designed as an outer ring. Alternatively, a reverse arrangement is also conceivable, so that the first ring is designed as an outer ring and the second ring as an inner ring.
Beispielsweise ist ein gemeinsames Federelement zur Positionierung aller Klemmkörper umlaufend im Käfig angeordnet, wobei die Klemmkörper zur drehfesten Verbindung der beiden Ringe derart im Käfig verkippen oder sich aufstellen, dass eine drehmomentabhängige Radialkraft über die Klemmkörper in die beiden Ringe eingeleitet wird. Insbesondere ist das Federelement als Wurmfeder ausgebildet und zum Aufstellen der Klemmkörper in Sperrstellung vorgesehen. In der Sperrstellung wirkt auf die Außenumfangsfläche des Innenrings die Radialkraft nach innen und bewirkt eine Stauchung des Innenrings, wobei auf die Innenumfangsfläche des Außenrings die Radialkraft nach außen gerichtet ist und eine Streckung des Außenrings bewirkt. Zur Einleitung der Freilauffunktion wird gegen eine Federkraft des Federelements gearbeitet.For example, a common spring element is arranged all around the cage to position all the clamping bodies, whereby the clamping bodies tilt or stand up in the cage to ensure a rotationally fixed connection of the two rings in such a way that a torque-dependent radial force is introduced into the two rings via the clamping bodies. In particular, the spring element is designed as a worm spring and is intended to position the clamping bodies in the locking position. In the locking position, the radial force acts inwards on the outer peripheral surface of the inner ring and causes the inner ring to be compressed, whereby the radial force is directed outwards on the inner peripheral surface of the outer ring and causes the outer ring to be stretched. To initiate the freewheel function, the spring force of the spring element is counteracted.
Durch die Kopplung des Käfigs an dem ersten Ring kann die Drehmomentmessung verbessert werden, weil eine Relativbewegung, insbesondere eine Rotation des Käfigs mit den Klemmkörpern gegenüber dem ersten Ring, an dem die Drehmomentmesstechnik, also das mindestens eine Sensorelement angeordnet ist, vermieden wird. Dadurch, dass der Käfig mit den Klemmkörpern gezwungen wird mit dem ersten Ring zu rotieren ist das Klemmbild durch die Klemmkörper am ersten Ring immer identisch, sodass diesbezügliche Störkräfte, insbesondere am Umfang wandernde Radialkräfte, vermieden werden.By coupling the cage to the first ring, torque measurement can be improved because a relative movement, in particular a rotation of the cage with the clamping bodies relative to the first ring on which the torque measurement technology, i.e. the at least one sensor element, is arranged, is avoided. Because the cage with the clamping bodies is forced to rotate with the first ring, the clamping pattern by the clamping bodies on the first ring is always identical, so that related disruptive forces, in particular radial forces migrating around the circumference, are avoided.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an der Scheibe mehrere axial ausgebildete Zapfen angeordnet, wobei der jeweilige Zapfen zumindest teilweise in eine jeweilige Bohrung an dem ersten Ring eindringt. Insbesondere sind der jeweilige Zapfen und die jeweilige Bohrung zylindrisch ausgebildet. Die Mantelfläche der jeweiligen Bohrung ist als Anschlagfläche für die Mantelfläche des jeweiligen Zapfens vorgesehen. Die in den Bohrungen angeordneten Zapfen bilden die spielbehaftete formschlüssige Verbindung zwischen der Scheibe und dem ersten Ring.According to a preferred embodiment, several axially formed pins are arranged on the disk, wherein the respective pin penetrates at least partially into a respective bore on the first ring. In particular, the respective pin and the respective bore are cylindrical. The outer surface of the respective bore is provided as a stop surface for the outer surface of the respective pin. The pins arranged in the bores form the positive connection with play between the disk and the first ring.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein elastisches Dämpfungselement an mindestens einem Zapfen zur Positionierung des Käfigs relativ zum ersten Ring angeordnet, wobei das elastische Dämpfungselement zwischen der Bohrung am ersten Ring und dem Zapfen angeordnet ist. Bevorzugt ist ein elastisches Dämpfungselement an jedem Zapfen angeordnet. Das jeweilige elastische Dämpfungselement ist zur elastischen Verformung bei einer begrenzten Relativverdrehung zwischen dem Käfig und dem ersten Ring vorgesehen. Dadurch erfolgt eine Kopplung des Käfigs an dem ersten Ring mit geringer Steifigkeit, um ein Aufstellen der Klemmstücke nicht wesentlich zu beeinflussen. Dies ermöglicht kleine Ausgleichsbewegungen des Käfigs und vermeidet durch den formschlüssigen Anschlag gleichzeitig eine größere Relativrotation. Beispielsweise ist das Dämpfungselement als Feder oder aus einem elastisch federnden Material ausgebildet.According to a preferred embodiment, an elastic damping element is arranged on at least one pin for positioning the cage relative to the first ring, wherein the elastic damping element is arranged between the bore on the first ring and the pin. Before An elastic damping element is arranged on each pin. The respective elastic damping element is intended for elastic deformation with a limited relative rotation between the cage and the first ring. This results in a coupling of the cage to the first ring with low rigidity in order not to significantly influence the positioning of the clamping pieces. This enables small compensating movements of the cage and at the same time avoids a larger relative rotation due to the positive stop. For example, the damping element is designed as a spring or from an elastically springy material.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das elastische Dämpfungselement ringförmig aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildet und umlaufend am Zapfen angeordnet. Insbesondere ist das elastische Dämpfungselement als O-Ring ausgebildet. Dadurch wird die Montage des elastischen Dämpfungselements am Zapfen erleichtert. Vorzugsweise ist das ringförmige, elastische Dämpfungselement in einer umlaufenden Nut am jeweiligen Zapfen angeordnet. Dies erleichtert weiter die Montage des elastischen Dämpfungselements am Zapfen.According to a preferred embodiment, the elastic damping element is ring-shaped and made of an elastomer material and is arranged all around the pin. In particular, the elastic damping element is designed as an O-ring. This makes it easier to mount the elastic damping element on the pin. Preferably, the ring-shaped, elastic damping element is arranged in a circumferential groove on the respective pin. This further makes it easier to mount the elastic damping element on the pin.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die jeweilige Bohrung einen Durchmesser auf, der maximal so groß ist, wie ein Durchmesser des auf den Zapfen angeordneten Dämpfungselements. Bevorzugt ist der Durchmesser der jeweiligen Bohrung geringfügig kleiner als der Durchmesser des auf den Zapfen angeordneten Dämpfungselements, wodurch eine geringe Verformung und somit eine Vorspannung des Dämpfungselements vorliegt. Dadurch wird insbesondere eine Selbstzentrierung zwischen dem ersten Ring und dem Käfig erzielt.According to a preferred embodiment, the respective bore has a diameter that is at most as large as the diameter of the damping element arranged on the pin. The diameter of the respective bore is preferably slightly smaller than the diameter of the damping element arranged on the pin, whereby there is a slight deformation and thus a pre-tension of the damping element. This in particular achieves self-centering between the first ring and the cage.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zapfen punktsymmetrisch zum Zentrum der Scheibe angeordnet, wobei die Bohrungen punktsymmetrisch zum Zentrum des ersten Rings angeordnet sind. Vorzugsweise sind an der Scheibe zwölf Zapfen angeordnet, wobei in dem ersten Ring zwölf Bohrungen angeordnet sind. Bevorzugt sind jeweils drei Zapfen in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet, wobei das jeweilige Paket von drei Zapfen beabstandet zu einem weiteren Paket von drei Zapfen angeordnet ist. Eine dementsprechende Anordnung weisen auch die Bohrungen in dem ersten Ring auf. Dadurch wird das Verformungsbild des ersten Rings vorteilhaftet gestaltet. Insbesondere können dadurch vorteilhafte Schubverformungen am ersten Ring auftreten, wobei Sensorelemente gezielt im Bereich dieser Schubverformungen am ersten Ring angeordnet sind, um die Drehmomenterfassung und somit auch die Steuerung der elektrischen Maschine zu verbessern.According to a preferred embodiment, the pins are arranged point-symmetrically to the center of the disk, with the holes being arranged point-symmetrically to the center of the first ring. Twelve pins are preferably arranged on the disk, with twelve holes being arranged in the first ring. Three pins are preferably arranged one after the other in the circumferential direction, with the respective set of three pins being arranged at a distance from another set of three pins. The holes in the first ring also have a corresponding arrangement. This advantageously designs the deformation pattern of the first ring. In particular, advantageous shear deformations can occur on the first ring, with sensor elements being arranged specifically in the area of these shear deformations on the first ring in order to improve torque detection and thus also the control of the electrical machine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei als Dehnmessstreifen ausgebildete Sensorelemente in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt am ersten Ring angeordnet. Beispielsweise sind die mindestens zwei Sensorelemente an einer Stirnfläche oder in einer jeweiligen Bohrung am ersten Ring angeordnet. Sensorelemente, die an der Stirnfläche des ersten Rings angeordnet sind, sind bevorzugt in Umfangsrichtung zwischen zwei Bohrungen angeordnet. Auch hohe am Umfang des ersten Rings auftretende Radialkräfte in der Sperrstellung der Freilaufvorrichtung können durch eine symmetrische Anordnung der Drehmomentstreifen, insbesondere durch Ausbildung einer sogenannten Vollbrücke ausgeglichen werden. Beispielsweise sind vier Drehmomentstreifen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt am ersten Ring angeordnet.According to a preferred embodiment, at least two sensor elements designed as strain gauges are arranged evenly distributed in the circumferential direction on the first ring. For example, the at least two sensor elements are arranged on an end face or in a respective bore on the first ring. Sensor elements that are arranged on the end face of the first ring are preferably arranged in the circumferential direction between two bores. Even high radial forces occurring on the circumference of the first ring in the locking position of the freewheel device can be compensated by a symmetrical arrangement of the torque strips, in particular by forming a so-called full bridge. For example, four torque strips are arranged evenly distributed in the circumferential direction on the first ring.
Ein erfindungsgemäßes Fahrrad umfasst eine erfindungsgemäße Freilaufvorrichtung und zumindest zwei Räder, wobei zumindest eines der Räder als Antriebsrad ausgebildet und zumindest mit einer elektrischen Maschine antriebswirksam verbunden ist. Mithin umfasst das erfindungsgemäße Fahrrad die üblichen Komponenten eines mit Muskelkraft antreibbaren Fahrrades. Die elektrische Maschine kann die Belastung des Fahrradfahrers bei der Fortbewegung verringern oder seine Reichweite steigern, und zwar in Abhängigkeit der Kapazität des damit verbundenen Energiespeichers. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Fahrrad.A bicycle according to the invention comprises a freewheel device according to the invention and at least two wheels, with at least one of the wheels being designed as a drive wheel and being connected to at least one electric machine for driving purposes. The bicycle according to the invention therefore comprises the usual components of a bicycle that can be driven using muscle power. The electric machine can reduce the strain on the cyclist when moving or increase his range, depending on the capacity of the energy storage device connected to it. The above definitions and statements on technical effects, advantages and advantageous embodiments of the freewheel device according to the invention also apply mutatis mutandis to the bicycle according to the invention.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
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1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung, -
2 eine vereinfachte schematische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung, -
3 eine vereinfachte schematische Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung, und -
4 eine vereinfachte schematische Perspektivschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Freilaufvorrichtung.
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1 a highly simplified schematic representation of a bicycle with a freewheel device according to the invention, -
2 a simplified schematic exploded view of the freewheel device according to the invention, -
3 a simplified schematic perspective view of the freewheel device according to the invention, and -
4 a simplified schematic perspective sectional view of the freewheel device according to the invention.
In
In
An jedem Zapfen 8 ist ein elastisches Dämpfungselement 10 zur Positionierung des Käfigs 3 relativ zum ersten Ring 1 angeordnet. Das jeweilige elastische Dämpfungselement 10 ist ringförmig aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildet und umlaufend am jeweiligen Zapfen 8 angeordnet. Somit kommt das jeweilige elastische Dämpfungselement 10 mit einer Außenumfangsfläche umlaufend an der jeweiligen Bohrung 9 und mit einer Innenumfangsfläche umlaufend am jeweiligen Zapfen 8 zur Anlage. Wie aus
Gemäß einer ersten Relativdrehrichtung zwischen den beiden Ringen 1, 2 werden die Klemmkörper 4 im Käfig 3 derart verkippt bzw. radial aufgestellt, dass die beiden Ringe 1, 2 über die Klemmkörper 4 kraftschlüssig und somit drehfest verbunden werden. Dabei wird eine drehmomentabhängige Radialkraft über die Klemmkörper 4 in die beiden Ringe 1, 2 eingeleitet. Mithin liegt dann die Freilaufvorrichtung 50 im Sperrzustand vor. Gemäß einer zweiten Relativdrehrichtung zwischen den beiden Ringen 1, 2, die entgegengesetzt zur ersten Relativdrehrichtung ist, werden die Klemmkörper 4 im Käfig 3 derart verkippt, dass die beiden Ringe 1, 2 über die Klemmkörper 4 voneinander entkoppelt werden und, solange die zweite Relativdrehrichtung erhalten wird, unabhängig voneinander rotieren können. Mithin liegt dann eine Freilauffunktion an der Freilaufvorrichtung 50 vor. Ein gemeinsames Federelement 11 ist zur Positionierung aller Klemmkörper 4 umlaufend im Käfig 3 angeordnet.According to a first relative direction of rotation between the two rings 1, 2, the clamping bodies 4 in the cage 3 are tilted or positioned radially in such a way that the two rings 1, 2 are connected via the clamping bodies 4 in a force-fitting and thus rotationally fixed manner. In this case, a torque-dependent radial force is introduced into the two rings 1, 2 via the clamping bodies 4. The freewheel device 50 is therefore then in the locked state. According to a second relative direction of rotation between the two rings 1, 2, which is opposite to the first relative direction of rotation, the clamping bodies 4 in the cage 3 are tilted in such a way that the two rings 1, 2 are decoupled from one another via the clamping bodies 4 and, as long as the second relative direction of rotation is maintained, can rotate independently of one another. The freewheel device 50 therefore then has a freewheel function. A common spring element 11 is arranged circumferentially in the cage 3 for positioning all clamping bodies 4.
Vorliegend sind zwei Sensorelement 7a, 7b zum Erfassen eines Drehmoments am ersten Ring 1 und zum Generieren entsprechender Sensordaten vorgesehen. Die Sensordaten werden an eine nicht dargestellte Steuereinrichtung übermittelt, um die elektrische Maschine 101 im Antriebsstrang des Fahrrads 100 nach Maßgabe dieser Sensordaten in bekannter Weise anzusteuern. Die beiden Sensorelemente 7a, 7b sind als Dehnmessstreifen ausgebildet und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt am ersten Ring 1 angeordnet. Vorliegend sind die beiden Sensorelemente 7a, 7b zwischen zwei Bohrungen 9 an einer Stirnfläche des ersten Rings 1 angeordnet. Dadurch kann eine besonders präzise Drehmomentmessung erfolgen. Ferner sind vorliegend zwölf Zapfen 8 an der Scheibe 5 und zwölf Bohrungen im ersten Ring 1 ausgebildet. Die Zapfen 8 sind punktsymmetrisch zum Zentrum der Scheibe 5 angeordnet. Die Bohrungen 9 sind punktsymmetrisch zum Zentrum des ersten Rings 1 angeordnet. Auch dadurch kann eine Drehmomentmessung verbessert werden.In the present case, two sensor elements 7a, 7b are provided for detecting a torque on the first ring 1 and for generating corresponding sensor data. The sensor data are transmitted to a control device (not shown) in order to control the electric machine 101 in the drive train of the bicycle 100 in accordance with these sensor data in a known manner. The two sensor elements 7a, 7b are designed as strain gauges and are arranged evenly distributed in the circumferential direction on the first ring 1. In the present case, the two Sensor elements 7a, 7b are arranged between two holes 9 on an end face of the first ring 1. This allows a particularly precise torque measurement to be carried out. In addition, twelve pins 8 are formed on the disk 5 and twelve holes in the first ring 1. The pins 8 are arranged point-symmetrically to the center of the disk 5. The holes 9 are arranged point-symmetrically to the center of the first ring 1. This can also improve torque measurement.
Vorliegend sind jeweils drei Zapfen 8 in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet, wobei das jeweilige Paket von drei Zapfen 8 beabstandet zu einem weiteren Paket von drei Zapfen angeordnet ist. Eine dementsprechende Anordnung weisen auch die Bohrungen 9 in dem ersten Ring 1 auf. Dadurch wird das Verformungsbild des ersten Rings 1 vorteilhaftet gestaltet.In the present case, three pins 8 are arranged one after the other in the circumferential direction, with the respective package of three pins 8 being arranged at a distance from another package of three pins. The holes 9 in the first ring 1 also have a corresponding arrangement. This advantageously shapes the deformation pattern of the first ring 1.
BezugszeichenReference symbols
- 11
- erster Ringfirst ring
- 22
- zweiter Ringsecond ring
- 33
- KäfigCage
- 44
- KlemmkörperClamp body
- 55
- Scheibedisc
- 66
- TretkurbelwelleCrankshaft
- 7a, 7b7a, 7b
- SensorelementSensor element
- 88th
- Zapfencone
- 99
- Bohrungdrilling
- 1010
- DämpfungselementDamping element
- 1111
- FederelementSpring element
- 5050
- FreilaufvorrichtungFreewheel device
- 100100
- FahrradBicycle
- 101101
- elektrische Maschineelectric machine
- 102102
- Antriebsraddrive wheel
- 103103
- VorderradFront wheel
- 104104
- RahmenFrame
- 105105
- FahrradlenkerBicycle handlebars
- 106106
- Sattelsaddle
- 107107
- PedalePedals
- 108108
- ZugmitteltriebTraction drive
- RR
- RotationsachseRotation axis
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-
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2024
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R020 | Patent grant now final |