DE102022115958B4 - Pedal system for a bicycle - Google Patents

Abstract

Pedalsystem (1) für ein Fahrrad, wobei das Pedalsystem (1) umfasst:einen an einer Kurbel (5) des Fahrrads drehbar lagerbaren Pedalkörper (7), der einen zwischen einer Fixier- und einer Freigabestellung elektrisch schaltbaren Fixiermechanismus (11) zum Fixieren eines Schuhs (13) am Pedalkörper (7) umfasst, wobei der Fixiermechanismus (11) ausgebildet ist, um den Schuh (13) in der Fixierstellung am Pedalkörper (7) zu fixieren und in der Freigabestellung freizugeben;eine Steuereinheit (33) zum Ansteuern des Fixiermechanismus (11);einen Anschlusskontakt (40) zum Anschließen des Pedalsystems (1) an eine elektrische Energiequelle (39, 57), dadurch gekennzeichnet, dassder Fixiermechanismus (11) umfasst:einen Dauermagneten (15, 15a, 15b);einen elektrischen Aktor (17) zum Schalten des Fixiermechanismus (11) zwischen der Fixier- und der Freigabestellung;wobei der Fixiermechanismus (11) so ausgebildet ist, dass der Dauermagnet (15, 15a, 15b) in der Fixierstellung ein Magnetfeld (25) erzeugt, das auf einen magnetischen oder magnetisierbaren Schuhabschnitt (27) des auf den Pedalkörper (7) aufgesetzten Schuhs (13) eine magnetische Haltekraft ausübt, die den Schuh (13) am Pedalkörper (7) fixiert, und in der Freigabestellung das Magnetfeld (25) nicht erzeugt;wobei die Steuereinheit (33) ausgebildet ist, um den elektrischen Aktor (17) anzusteuern.Pedal system (1) for a bicycle, wherein the pedal system (1) comprises:a pedal body (7) which can be rotatably mounted on a crank (5) of the bicycle and which comprises a fixing mechanism (11) which can be electrically switched between a fixing position and a release position for fixing a shoe (13) to the pedal body (7), wherein the fixing mechanism (11) is designed to fix the shoe (13) to the pedal body (7) in the fixing position and to release it in the release position;a control unit (33) for controlling the fixing mechanism (11);a connection contact (40) for connecting the pedal system (1) to an electrical energy source (39, 57), characterized in thatthe fixing mechanism (11) comprises:a permanent magnet (15, 15a, 15b);an electrical actuator (17) for switching the fixing mechanism (11) between the fixing position and the release position;wherein the fixing mechanism (11) is designed such that the Permanent magnet (15, 15a, 15b) generates a magnetic field (25) in the fixing position, which exerts a magnetic holding force on a magnetic or magnetizable shoe section (27) of the shoe (13) placed on the pedal body (7), which fixes the shoe (13) to the pedal body (7), and in the release position does not generate the magnetic field (25);wherein the control unit (33) is designed to control the electrical actuator (17).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Pedalsystem für ein Fahrrad.The invention relates to a pedal system for a bicycle.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Ein sogenanntes Klickpedal für Fahrräder ermöglicht eine feste Verbindung zwischen Pedal und Schuh, beispielsweise einem Fahrradschuh mit speziell angepasster Sohle, insbesondere mit speziell angepasster Schuhplatte, die an die Sohle geschraubt sein kann. Dazu kann der Schuh ähnlich wie bei einer Skibindung in das Pedal eingerastet werden. Die Verrastung kann beispielsweise durch eine Schwenkbewegung der Ferse wieder gelöst werden.A so-called clipless pedal for bicycles enables a firm connection between the pedal and the shoe, for example a cycling shoe with a specially adapted sole, in particular with a specially adapted shoe plate that can be screwed onto the sole. The shoe can be locked into the pedal in a similar way to a ski binding. The locking mechanism can be released again, for example, by swiveling the heel.

Daneben gibt es magnetische Pedale, bei denen der Schuh durch Magnetkraft am Pedal fixiert wird. Auch bei diesen Pedalen kann die Verbindung durch eine entsprechende Fußbewegung wieder gelöst werden.There are also magnetic pedals, where the shoe is fixed to the pedal by magnetic force. With these pedals, too, the connection can be released again by a corresponding foot movement.

In beiden Fällen ist der Kraftaufwand zum Lösen der Verbindung zwischen Pedal und Schuh verhältnismäßig hoch, da sichergestellt werden muss, dass sich die Verbindung beim Pedalieren, insbesondere beim kraftvollen Ziehen am Pedal, nicht löst. Das schnelle Lösen der Verbindung durch eine kontrollierte Fußbewegung kann daher ein gewisses Maß an Übung erfordern. In Gefahren- und unvorhergesehenen Situationen, bei denen nur wenig Zeit für die Fußbewegung bleibt, kann selbst einem geübten Fahrer möglicherweise ein rechtzeitiges Ausklicken misslingen, was im ungünstigsten Fall einen Sturz zur Folge haben kann.In both cases, the effort required to release the connection between pedal and shoe is relatively high, as it is important to ensure that the connection does not come loose when pedaling, especially when pulling forcefully on the pedal. Quickly releasing the connection with a controlled foot movement can therefore require a certain amount of practice. In dangerous and unforeseen situations where there is little time to move the foot, even an experienced rider may fail to unclip in time, which in the worst case scenario can result in a fall.

US 2022 / 0 055 714 A1 beschreibt ein Fahrradpedal vomTyp eines bewegbaren Magneten und eine Schuhkopplungseinrichtung, die mit Mitteln zum Verhindern einer Anhaftung von Metallpulver ausgestattet ist. US 2022 / 0 081 062 A1 beschreibt ein Kadenz-basiertes Schuh-Pedal-Kopplungssystem. US 2013 / 0 269 477 A1 beschreibt ein variables magnetisches Bindungssystem für ein Fahrradpedal. US 2011 / 0 219 911 A1 beschreibt ein durch eine Steuerschnittstelle aktiviertes Haltesystem zum Sichern eines Schuhwerks eines Fahrers an einer Schuhhalterung. WO 2016/ 025 966 A1 beschreibt einen Fahrradpedalclip-Abdeckungs- und -auslösemechanismus. US 2022 / 0 055 714 A1 describes a movable magnet type bicycle pedal and a shoe coupling device equipped with means for preventing adhesion of metal powder. US 2022 / 0 081 062 A1 describes a cadence-based shoe-pedal coupling system. US 2013 / 0 269 477 A1 describes a variable magnetic binding system for a bicycle pedal. US 2011 / 0 219 911 A1 describes a control interface-activated retention system for securing a driver's footwear to a shoe holder. WO 2016/ 025 966 A1 describes a bicycle pedal clip cover and release mechanism.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Somit kann Bedarf an einem Pedalsystem bestehen, das das Lösen des Schuhs vom Pedal und/oder das Fixieren des Schuhs am Pedal verbessert, insbesondere ein Auslösen ohne Krafteinwirkung durch den Fuß und/oder ein automatisches Auslösen in Gefahrenfällen ermöglicht. Darüber hinaus kann Bedarf an einem entsprechenden Verfahren zum Steuern eines Pedalsystems bestehen.Thus, there may be a need for a pedal system that improves the release of the shoe from the pedal and/or the fixation of the shoe to the pedal, in particular enabling release without the application of force by the foot and/or automatic release in dangerous situations. In addition, there may be a need for a corresponding method for controlling a pedal system.

Diesen Bedürfnissen kann mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren dargelegt.These needs can be met by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are set out in the dependent claims, the following description and the accompanying figures.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Pedalsystem gemäß Anspruch 1 für ein Fahrrad. Das Pedalsystem umfasst: einen an einer Kurbel des Fahrrads drehbar lagerbaren Pedalkörper, der einen zwischen einer Fixier- und einer Freigabestellung elektrisch schaltbaren Fixiermechanismus zum Fixieren eines Schuhs am Pedalkörper umfasst, wobei der Fixiermechanismus ausgebildet ist, um den Schuh in der Fixierstellung am Pedalkörper zu fixieren und in der Freigabestellung freizugeben; eine Steuereinheit zum Ansteuern des Fixiermechanismus; einen Anschlusskontakt zum Anschließen des Pedalsystems an eine elektrische Energiequelle.One aspect of the invention relates to a pedal system according to claim 1 for a bicycle. The pedal system comprises: a pedal body which can be rotatably mounted on a crank of the bicycle and which comprises a fixing mechanism which can be electrically switched between a fixing position and a release position for fixing a shoe to the pedal body, wherein the fixing mechanism is designed to fix the shoe to the pedal body in the fixing position and to release it in the release position; a control unit for controlling the fixing mechanism; a connection contact for connecting the pedal system to an electrical energy source.

Das Pedalsystem ermöglicht es, die Verbindung zwischen Pedalkörper und Schuh zu lösen, ohne dass der Schuh speziell bewegt, beispielsweise mit der Ferse kraftvoll nach außen geschwenkt werden muss. Dies verbessert den Bedienkomfort und macht die Nutzung des Pedalsystems insgesamt sicherer, insbesondere für ungeübte Nutzer oder Nutzer mit eingeschränkter Fußbeweglichkeit und/oder -kraft.The pedal system makes it possible to release the connection between the pedal body and the shoe without having to move the shoe in any special way, for example by forcefully swinging the heel outwards. This improves ease of use and makes using the pedal system safer overall, especially for inexperienced users or users with limited foot mobility and/or strength.

Beispielsweise kann der Fixiermechanismus per Knopfdruck und/oder Sprachbefehl durch den Nutzer und/oder automatisch, d. h. sensorgestützt, angesteuert werden.For example, the fixing mechanism can be controlled by the user at the push of a button and/or voice command and/or automatically, i.e. sensor-supported.

Die Steuereinheit kann beispielsweise in den Pedalkörper integriert sein. Die Steuereinheit kann aber auch an und/oder in der Kurbel, einem Rahmen oder einem Lenker des Fahrrads angeordnet sein.The control unit can, for example, be integrated into the pedal body. However, the control unit can also be arranged on and/or in the crank, a frame or a handlebar of the bicycle.

Der Anschlusskontakt kann mit der Steuereinheit und/oder mindestens einer sonstigen elektrischen oder elektronischen Komponente des Pedalsystems (beispielsweise einem Aktor oder Sensor) elektrisch leitfähig verbunden sein.The connection contact can be electrically connected to the control unit and/or at least one other electrical or electronic component of the pedal system (for example an actuator or sensor).

Beispielsweise kann der Anschlusskontakt zwei relativ zueinander bewegbar, insbesondere drehbar gelagerte und sich berührende Schleifkontakte umfassen. Dies ermöglicht es, das Pedalsystem über sich relativ zueinander bewegende, insbesondere drehende Teile des Fahrrads zur Energie- und/oder Datenübertragung elektrisch leitfähig zu kontaktieren.For example, the connection contact can comprise two sliding contacts that are movable relative to one another, in particular rotatably mounted and touching one another. This makes it possible to make electrically conductive contact with the pedal system via parts of the bicycle that move relative to one another, in particular rotating, for energy and/or data transmission.

Mindestens einer der Schleifkontakte kann beispielsweise eine Kohlebürste oder ein (metallischer) Schleifring sein.At least one of the sliding contacts can be, for example, a carbon brush or a (metallic) slip ring.

Alternativ ist eine induktive Energie- und/oder Datenübertragung möglich. Hierzu kann der Anschlusskontakt beispielsweise zwei relativ zueinander bewegbar, insbesondere drehbar gelagerte Spulen umfassen.Alternatively, inductive energy and/or data transmission is possible. For this purpose, the connection contact can, for example, comprise two coils that are movable relative to one another, in particular that are rotatably mounted.

Die elektrische Energiequelle kann beispielsweise eine Batterie (beispielsweise in Form eines Akkumulators oder Kondensators), ein Piezoelement, ein elektrischer Generator oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Beispiele sein.The electrical energy source can be, for example, a battery (for example in the form of an accumulator or capacitor), a piezo element, an electrical generator or a combination of at least two of these examples.

Die Steuereinheit kann einen Prozessor umfassen, der konfiguriert ist, um das nachstehend beschriebene Verfahren zum Steuern des Pedalsystems auszuführen. Die Steuereinheit kann Hard- und/oder Softwaremodule umfassen. Zusätzlich zum Prozessor kann die Steuereinheit einen Speicher und Datenkommunikationsschnittstellen zur Datenkommunikation mit Peripheriegeräten (beispielsweise einer Bedieneinheit, einem Aktor oder einem Sensor des Pedalsystems, einem Smartphone, einer Smartwatch, einem Fahrradcomputer, einem Fitnesstracker, einem Tablet, einem Laptop oder einem PC) umfassen.The control unit may comprise a processor configured to carry out the method described below for controlling the pedal system. The control unit may comprise hardware and/or software modules. In addition to the processor, the control unit may comprise a memory and data communication interfaces for data communication with peripheral devices (for example, an operating unit, an actuator or a sensor of the pedal system, a smartphone, a smartwatch, a bicycle computer, a fitness tracker, a tablet, a laptop or a PC).

Unter „Fahrrad“ kann vor- und nachstehend insbesondere ein muskelkraftbetriebenes Zweirad verstanden werden. Das Fahrrad kann auch ein motorisiertes Fahrrad, beispielsweise ein Elektrorad mit einem elektrischen Hilfsantrieb, sein.The term “bicycle” as used above and below can be understood to mean, in particular, a human-powered two-wheeler. The bicycle can also be a motorized bicycle, for example an electric bicycle with an auxiliary electric drive.

Weiterhin beschrieben wird hierin auch ein computerimplementiertes Verfahren zum Steuern des vor- und nachstehend beschriebenen Pedalsystems. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Empfangen eines Eingangssignals in der Steuereinheit; Bestimmen, ob der Fixiermechanismus in die Fixier- oder die Freigabestellung geschaltet werden soll, durch Auswerten des Eingangssignals; wenn bestimmt wird, dass der Fixiermechanismus in die Fixierstellung geschaltet werden soll: Erzeugen eines Steuersignals, das bewirkt, dass der Fixiermechanismus in die Fixierstellung geschaltet wird; wenn bestimmt wird, dass der Fixiermechanismus in die Freigabestellung geschaltet werden soll: Erzeugen eines Steuersignals, das bewirkt, dass der Fixiermechanismus in die Freigabestellung geschaltet wird.Also described herein is a computer-implemented method for controlling the pedal system described above and below. The method comprises the following steps: receiving an input signal in the control unit; determining whether the fixing mechanism should be switched to the fixing or release position by evaluating the input signal; if it is determined that the fixing mechanism should be switched to the fixing position: generating a control signal that causes the fixing mechanism to be switched to the fixing position; if it is determined that the fixing mechanism should be switched to the release position: generating a control signal that causes the fixing mechanism to be switched to the release position.

Das Verfahren ermöglicht eine komfortable und sichere (manuelle und/oder automatische) Bedienung des Pedalsystems.The procedure enables comfortable and safe (manual and/or automatic) operation of the pedal system.

Das Verfahren kann automatisch durch einen Prozessor, beispielsweise der Steuereinheit des Pedalsystems, ausgeführt werden.The process can be carried out automatically by a processor, for example the control unit of the pedal system.

Weitere Ideen korrelierend mit der Erfindung betreffen ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.Further ideas correlating with the invention relate to a computer program and a computer-readable medium on which the computer program is stored.

Das Computerprogramm umfasst Befehle, die einen Prozessor bei Ausführung des Computerprogramms durch den Prozessor veranlassen, das vor- und nachstehend beschriebene Verfahren auszuführen.The computer program comprises instructions which, when the computer program is executed by the processor, cause a processor to carry out the method described above and below.

Das computerlesbare Medium kann ein flüchtiger oder nicht flüchtiger Datenspeicher sein. Beispielsweise kann das computerlesbare Medium eine Festplatte, ein USB-Speichergerät, ein RAM, ein ROM, ein EPROM, ein Flash-Speicher oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Beispiele sein. Das computerlesbare Medium kann auch ein einen Download eines Programmcodes ermöglichendes Datenkommunikationsnetzwerk (beispielsweise das Internet) oder eine Cloud sein.The computer-readable medium may be a volatile or non-volatile data storage device. For example, the computer-readable medium may be a hard disk, a USB storage device, a RAM, a ROM, an EPROM, a flash memory, or a combination of at least two of these examples. The computer-readable medium may also be a data communications network (e.g., the Internet) or a cloud that enables downloading of program code.

Merkmale des vor- und nachstehend beschriebenen Verfahrens können auch als Merkmale des Pedalsystems, des Computerprogramms und/oder des computerlesbaren Mediums aufgefasst werden (oder umgekehrt).Features of the method described above and below may also be understood as features of the pedal system, the computer program and/or the computer-readable medium (or vice versa).

Ausführungsformen der Erfindung können, ohne die Erfindung einzuschränken, als auf den nachstehend beschriebenen Ideen und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Embodiments of the invention may be considered to be based on the ideas and findings described below, without limiting the invention.

Erfindungsgemäß umfasst der Fixiermechanismus einen Dauermagneten und einen elektrischen Aktor zum Schalten des Fixiermechanismus zwischen der Fixier- und der Freigabestellung. Der Fixiermechanismus ist so ausgebildet sein, dass der Dauermagnet in der Fixierstellung ein Magnetfeld erzeugt, das auf einen magnetischen oder magnetisierbaren Schuhabschnitt des auf den Pedalkörper aufgesetzten Schuhs eine magnetische Haltekraft ausübt, die den Schuh am Pedalkörper fixiert, und in der Freigabestellung das Magnetfeld nicht erzeugt. Die Steuereinheit ist ausgebildet, um den elektrischen Aktor anzusteuern.According to the invention, the fixing mechanism comprises a permanent magnet and an electrical actuator for switching the fixing mechanism between the fixing position and the release position. The fixing mechanism is designed such that the permanent magnet generates a magnetic field in the fixing position, which exerts a magnetic holding force on a magnetic or magnetizable shoe section of the shoe placed on the pedal body, which fixes the shoe to the pedal body, and does not generate the magnetic field in the release position. The control unit is designed to control the electrical actuator.

Anders ausgedrückt kann der Fixiermechanismus mithilfe des elektrischen Aktors so manipuliert werden, dass der Dauermagnet in der Fixierstellung mit dem Schuhabschnitt interagiert und in der Freigabestellung nicht oder anders als in der Fixierstellung mit dem Schuhabschnitt interagiert.In other words, the fixing mechanism can be manipulated by means of the electrical actuator such that the permanent magnet interacts with the shoe section in the fixing position and does not interact with the shoe section in the release position or interacts differently than in the fixing position.

Der Dauermagnet kann insbesondere aus einem hartmagnetischen Werkstoff hergestellt sein. Beispiele für einen solchen Werkstoff sind Neodym-Eisen-Bor, Ferrit, Aluminium-Nickel-Cobalt (Alnico), Samarium-Cobalt, Stahl oder spezielle Kunststoffe. Der Dauermagnet kann beispielsweise stab-, zylinder-, scheiben- oder ringförmig sein. Der Dauermagnet kann ein- oder mehrteilig sein.The permanent magnet can be made from a hard magnetic material. Examples of such a material are neodymium-iron-boron, ferrite, aluminum-nickel-cobalt (Alnico), samarium-cobalt, steel or special plastics. The permanent magnet can be, for example, rod-, cylinder-, disk- or ring-shaped. The permanent magnet can be made from one or more parts.

Der elektrische Aktor kann beispielsweise ein elektrischer Stellmotor (z. B. in Form eines Solenoidaktors), ein Elektromagnet oder eine Kombination aus beidem sein.The electrical actuator can be, for example, an electric actuator (e.g. in the form of a solenoid actuator), an electromagnet or a combination of both.

Der Schuhabschnitt, wie er vor- und nachstehend beschrieben wird, kann beispielsweise ein Metallstück sein, das an der Sohle befestigt, insbesondere damit verschraubt oder verklebt sein kann. Die Sohle kann eine Außensohle oder eine Einlegesohle sein. Das Metallstück kann optional in die Sohle eingebettet, d. h. teilweise oder vollständig von der Sohle umgeben sein.The shoe section, as described above and below, can be, for example, a metal piece that can be attached to the sole, in particular screwed or glued thereto. The sole can be an outsole or an insole. The metal piece can optionally be embedded in the sole, i.e. partially or completely surrounded by the sole.

Gemäß einer Ausführungsform kann der elektrische Aktor einen Elektromagneten umfassen. Der Elektromagnet kann ausgebildet sein, um zum Schalten des Fixiermechanismus in die Freigabestellung ein Gegenmagnetfeld zu erzeugen, das das durch den Dauermagneten in der Fixierstellung erzeugte Magnetfeld kompensiert. Anders ausgedrückt kann der Fixiermechanismus in der Fixierstellung stromlos geschaltet sein. Dies senkt den Energieverbrauch des Pedalsystems.According to one embodiment, the electrical actuator can comprise an electromagnet. The electromagnet can be designed to generate a counter magnetic field for switching the fixing mechanism into the release position, which counter magnetic field compensates for the magnetic field generated by the permanent magnet in the fixing position. In other words, the fixing mechanism can be de-energized in the fixing position. This reduces the energy consumption of the pedal system.

Zusätzlich oder alternativ kann der Elektromagnet ausgebildet sein, um den Dauermagneten zu magnetisieren und/oder zu entmagnetisieren. In diesem Fall kann der Dauermagnet beispielsweise als Alnico-Magnet ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Elektromagnet ausgebildet sein, um den Dauermagneten zum Schalten des Fixiermechanismus in die Fixierstellung zu magnetisieren und zum Schalten des Fixiermechanismus in die Freigabestellung zu entmagnetisieren (oder umgekehrt). Dabei kann der Fixiermechanismus in der Fixier- und/oder der Freigabestellung stromlos geschaltet sein. Dies senkt den Energieverbrauch des Pedalsystems.Additionally or alternatively, the electromagnet can be designed to magnetize and/or demagnetize the permanent magnet. In this case, the permanent magnet can be designed as an Alnico magnet, for example. For example, the electromagnet can be designed to magnetize the permanent magnet to switch the fixing mechanism to the fixing position and to demagnetize it to switch the fixing mechanism to the release position (or vice versa). The fixing mechanism can be de-energized in the fixing and/or release position. This reduces the energy consumption of the pedal system.

Gemäß einer Ausführungsform können der Dauermagnet und ein anderer Teil des Fixiermechanismus relativ zueinander zwischen der Fixier- und der Freigabestellung bewegbar, insbesondere drehbar, gelagert sein. In diesem Fall kann der elektrische Aktor ausgebildet sein, um den Dauermagneten und den anderen Teil relativ zueinander zwischen der Fixier- und der Freigabestellung zu bewegen. Anders ausgedrückt kann der Fixiermechanismus durch Bewegen des Dauermagneten (relativ zu einem anderen Teil) zwischen der Fixier- und der Freigabestellung schaltbar sein. Der andere Teil kann magnetisch oder magnetisierbar sein. Der andere Teil kann aber auch nicht magnetisch oder nicht magnetisierbar sein.According to one embodiment, the permanent magnet and another part of the fixing mechanism can be mounted so that they can move, in particular rotate, relative to one another between the fixing and release positions. In this case, the electrical actuator can be designed to move the permanent magnet and the other part relative to one another between the fixing and release positions. In other words, the fixing mechanism can be switchable between the fixing and release positions by moving the permanent magnet (relative to another part). The other part can be magnetic or magnetizable. However, the other part can also be non-magnetic or non-magnetizable.

Gemäß einer Ausführungsform kann der andere Teil ein magnetisches oder magnetisierbares Gegenstück sein. In diesem Fall kann der Dauermagnet ausgebildet sein, um in der Fixierstellung das Magnetfeld durch magnetische Wechselwirkung mit dem Gegenstück zu erzeugen. Hingegen kann der Dauermagnet in der Freigabestellung relativ zum Gegenstück so positioniert sein, dass das Magnetfeld nicht erzeugt wird.According to one embodiment, the other part can be a magnetic or magnetizable counterpart. In this case, the permanent magnet can be designed to generate the magnetic field in the fixing position through magnetic interaction with the counterpart. In contrast, the permanent magnet can be positioned relative to the counterpart in the release position such that the magnetic field is not generated.

Es ist möglich, dass durch magnetische Wechselwirkung zwischen dem Dauermagneten und dem Gegenstück unterschiedliche Magnetfelder in der Fixier- und der Freigabestellung erzeugt werden, die in ihrer Stärke und/oder Orientierung voneinander abweichen können. Die Magnetfelder können in ihrer Orientierung beispielsweise um einen definierten Winkel zwischen 60 und 120 Grad, insbesondere um 90 Grad, voneinander abweichen.It is possible that magnetic interaction between the permanent magnet and the counterpart generates different magnetic fields in the fixing and release positions, which in their strength and/or orientation. The magnetic fields can differ from each other in their orientation, for example, by a defined angle between 60 and 120 degrees, in particular by 90 degrees.

Insbesondere kann das in der Freigabestellung erzeugte Magnetfeld so schwach und/oder relativ zum Schuhabschnitt so orientiert sein, dass keine magnetische Haltekraft auf den Schuhabschnitt ausgeübt wird oder die Haltekraft so gering ist, dass sie zur Fixierung des Schuhs nicht ausreicht.In particular, the magnetic field generated in the release position can be so weak and/or oriented relative to the shoe section that no magnetic holding force is exerted on the shoe section or the holding force is so low that it is not sufficient to fix the shoe.

Das Gegenstück kann insbesondere aus einem weichmagnetischen Werkstoff hergestellt sein. Beispiele für einen solchen Werkstoff sind Eisen, Stahl, Ferrit, Nickel-, Cobalt- oder Aluminium-Eisen-Legierungen. Das Gegenstück kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Das Gegenstück kann beispielsweise als ein den Dauermagneten zumindest teilweise umgebender Mantel ausgeführt sein. Das Gegenstück kann aber auch als ein zumindest teilweise vom Dauermagneten umgebener Kern ausgeführt sein.The counterpart can in particular be made of a soft magnetic material. Examples of such a material are iron, steel, ferrite, nickel, cobalt or aluminum-iron alloys. The counterpart can be made of one or more parts. The counterpart can, for example, be designed as a casing that at least partially surrounds the permanent magnet. The counterpart can also be designed as a core that is at least partially surrounded by the permanent magnet.

Generell kann der Fixiermechanismus ausgebildet sein, um das Magnetfeld in der Fixierstellung gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen zu erzeugen. Dies ermöglicht eine Fixierung des Schuhs an einander gegenüberliegenden Seiten des Pedalkörpers. Der Nutzer muss den Pedalkörper also nicht erst umdrehen, um den Schuh fixieren zu können, wenn die falsche Seite oben liegt. Dies macht die Bedienung deutlich einfacher und sicherer.In general, the fixing mechanism can be designed to generate the magnetic field in opposite directions at the same time in the fixing position. This allows the shoe to be fixed on opposite sides of the pedal body. The user does not have to turn the pedal body over to fix the shoe if the wrong side is on top. This makes operation much easier and safer.

Gemäß einer Ausführungsform können der Dauermagnet und das Gegenstück relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagert sein. In diesem Fall können ein Nordpol und ein Südpol des Dauermagneten in einer Richtung quer zur Drehachse einander gegenüberliegen.According to one embodiment, the permanent magnet and the counterpart can be mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation. In this case, a north pole and a south pole of the permanent magnet can be opposite one another in a direction transverse to the axis of rotation.

Der Dauermagnet kann beispielsweise quer zu seiner Längsrichtung magnetisiert oder magnetisierbar sein, sodass ein erster Längsabschnitt des Dauermagneten als Nordpol und ein zweiter Längsabschnitt des Dauermagneten als Südpol fungiert.The permanent magnet can, for example, be magnetized or magnetizable transversely to its longitudinal direction, so that a first longitudinal section of the permanent magnet functions as a north pole and a second longitudinal section of the permanent magnet functions as a south pole.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Dauermagnet einen ersten und einen zweiten Dauermagneten umfassen, die in einem Spalt zwischen zwei Gegenstückteilen des Gegenstücks angeordnet sein können. Der erste und der zweite Dauermagnet können relativ zueinander um eine Drehachse zwischen der Fixier- und der Freigabestellung drehbar gelagert sein, wobei der elektrische Aktor ausgebildet sein kann, um den ersten und den zweiten Dauermagneten relativ zueinander um die Drehachse zwischen der Fixier- und der Freigabestellung zu drehen. Der erste und der zweite Dauermagnet können jeweils einen Nordpol und einen Südpol als Magnetpole umfassen und in der Fixier- und der Freigabestellung so positioniert sein, dass jedem Gegenstückteil ein Magnetpol des ersten Dauermagneten und ein Magnetpol des zweiten Dauermagneten gegenüberliegen. Die dem jeweiligen Gegenstückteil gegenüberliegenden Magnetpole können in der Fixierstellung gleichnamig und in der Freigabestellung ungleichnamig sein.According to one embodiment, the permanent magnet can comprise a first and a second permanent magnet, which can be arranged in a gap between two counterpart parts of the counterpart. The first and the second permanent magnet can be mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation between the fixing and the release position, wherein the electrical actuator can be designed to rotate the first and the second permanent magnet relative to one another about the axis of rotation between the fixing and the release position. The first and the second permanent magnet can each comprise a north pole and a south pole as magnetic poles and can be positioned in the fixing and release positions such that a magnetic pole of the first permanent magnet and a magnetic pole of the second permanent magnet are opposite each counterpart part. The magnetic poles opposite the respective counterpart part can have the same name in the fixing position and different names in the release position.

Die Gegenstückteile können beispielsweise an einander gegenüberliegenden Seiten einer Außenfläche (beispielsweise einer Mantelfläche) des ersten und des zweiten Dauermagneten angeordnet sein. Dabei können die Gegenstückteile voneinander und/oder vom ersten und zweiten Dauermagneten durch einen Luftspalt getrennt sein. Optional kann der Luftspalt teilweise durch ein nicht ferromagnetisches metallisches Material wie beispielsweise Aluminium gebildet sein.The counterpart parts can be arranged, for example, on opposite sides of an outer surface (for example a lateral surface) of the first and second permanent magnets. The counterpart parts can be separated from one another and/or from the first and second permanent magnets by an air gap. Optionally, the air gap can be partially formed by a non-ferromagnetic metallic material such as aluminum.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Fixiermechanismus eine Rückstellfeder umfassen, die in der Fixierstellung eine in Richtung der Freigabestellung wirkende Rückstellkraft auf den Fixiermechanismus ausübt. Somit stellt sich der Fixiermechanismus von allein (d. h. ohne Interaktion mit der Steuereinheit oder dem Nutzer) in die Freigabestellung zurück, wenn er nicht anderweitig daran gehindert wird. Somit kann auch dann eine schnelle Freigabe des Schuhs sichergestellt werden, wenn beispielsweise die elektrische Betätigung des Pedalsystems aus irgendeinem Grund nicht möglich ist (etwa bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung). Dies erhöht die funktionale Sicherheit des Pedalsystems.According to one embodiment, the fixing mechanism can comprise a return spring which, in the fixing position, exerts a return force on the fixing mechanism in the direction of the release position. The fixing mechanism thus returns to the release position on its own (i.e. without interaction with the control unit or the user) if it is not otherwise prevented from doing so. This ensures that the shoe can be released quickly even if, for example, the electrical actuation of the pedal system is not possible for some reason (e.g. in the event of a failure of the electrical power supply). This increases the functional safety of the pedal system.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Fixiermechanismus einen zwischen der Fixier- und der Freigabestellung schaltbaren Elektromagneten umfassen. Der Elektromagnet kann ausgebildet sein, um in der Fixierstellung ein Magnetfeld zu erzeugen, das auf einen magnetischen oder magnetisierbaren Schuhabschnitt des auf den Pedalkörper aufgesetzten Schuhs eine magnetische Haltekraft ausübt, die den Schuh am Pedalkörper fixiert. Der Elektromagnet kann zudem ausgebildet sein, um in der Freigabestellung das Magnetfeld nicht zu erzeugen. Dementsprechend kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um den Elektromagneten anzusteuern. Beispielsweise kann der Elektromagnet in der Fixierstellung bestromt und in der Freigabestellung stromlos geschaltet sein (oder umgekehrt). Dies ermöglicht eine Ausführung des Fixiermechanismus ohne bewegliche Teile.According to one embodiment, the fixing mechanism can comprise an electromagnet that can be switched between the fixing and the release position. The electromagnet can be designed to generate a magnetic field in the fixing position, which exerts a magnetic holding force on a magnetic or magnetizable shoe section of the shoe placed on the pedal body, which fixes the shoe to the pedal body. The electromagnet can also be designed not to generate the magnetic field in the release position. Accordingly, the control unit can be designed to control the electromagnet. For example, the electromagnet can be energized in the fixing position and de-energized in the free position. e output position must be de-energized (or vice versa). This enables the fixing mechanism to be designed without moving parts.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Pedalsystem ferner eine Bedieneinheit zum Bedienen des Pedalsystems umfassen. Die Bedieneinheit und die Steuereinheit können über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung miteinander zur Datenkommunikation verbunden sein. Die Bedieneinheit sollte so ausgeführt sein, dass sie eine möglichst schnelle und sichere Bedienung des Pedalsystems, insbesondere während der Fahrt, ermöglicht. Die Bedieneinheit kann beispielsweise an einem Lenker und/oder Bremshebel des Fahrrads montierbar sein. Die Bedieneinheit kann ein eigenes Gerät oder ein Hard- und/oder Softwaremodul eines vom Nutzer getragenen oder am Fahrrad montierten (multifunktionalen) Mobilgeräts sein, beispielsweise eines Smartphones, einer Smartwatch, eines Tablets oder eines Fahrradcomputers.According to one embodiment, the pedal system can further comprise an operating unit for operating the pedal system. The operating unit and the control unit can be connected to each other for data communication via a wireless and/or wired data communication connection. The operating unit should be designed in such a way that it enables the pedal system to be operated as quickly and safely as possible, especially while driving. The operating unit can be mounted, for example, on a handlebar and/or brake lever of the bicycle. The operating unit can be a separate device or a hardware and/or software module of a (multifunctional) mobile device worn by the user or mounted on the bicycle, for example a smartphone, a smartwatch, a tablet or a bicycle computer.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Bedieneinheit ein Mikrofon zum Erfassen eines Sprachbefehls umfassen. Das Mikrofon kann an einem Helm und/oder Kleidungsstück des Nutzers in einer geeigneten Position befestigbar sein. Möglich ist aber auch eine Befestigung des Mikrofons am Lenker und/oder Rahmen des Fahrrads. Zusätzlich oder alternativ kann die Bedieneinheit einen manuell betätigbaren Schalter umfassen, mit dem der Fixiermechanismus manuell aktiviert und deaktiviert werden kann. Dies ermöglicht eine schnelle und sichere Bedienung des Pedalsystems.According to one embodiment, the control unit can comprise a microphone for recording a voice command. The microphone can be attached to a helmet and/or clothing of the user in a suitable position. However, it is also possible to attach the microphone to the handlebars and/or frame of the bicycle. Additionally or alternatively, the control unit can comprise a manually operable switch with which the fixing mechanism can be manually activated and deactivated. This enables quick and safe operation of the pedal system.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Pedalsystem ferner einen Fahrdynamiksensor zum Erfassen eines fahrdynamischen Zustands des Fahrrads umfassen. Der Fahrdynamiksensor und die Steuereinheit können über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung miteinander zur Datenkommunikation verbunden sein. According to one embodiment, the pedal system can further comprise a driving dynamics sensor for detecting a driving dynamics state of the bicycle. The driving dynamics sensor and the control unit can be connected to one another for data communication via a wireless and/or wired data communication connection.

Der Fahrdynamiksensor kann beispielsweise ein Beschleunigungssensor, ein Drehratensensor, ein Trittfrequenzsensor, ein Leistungsmesser, ein Neigungswinkelsensor oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Beispiele sein. Der Fahrdynamiksensor kann konfiguriert sein, um den fahrdynamischen Zustand charakterisierende Parameter bezüglich einer oder mehrerer (insbesondere dreier) Raumachsen zu messen. Dies ermöglicht eine automatische Ansteuerung des Fixiermechanismus, insbesondere eine automatische Freigabe des Schuhs, in Abhängigkeit vom fahrdynamischen Zustand des Fahrrads.The driving dynamics sensor can be, for example, an acceleration sensor, a rotation rate sensor, a cadence sensor, a power meter, an inclination angle sensor or a combination of at least two of these examples. The driving dynamics sensor can be configured to measure parameters characterizing the driving dynamics state with respect to one or more (in particular three) spatial axes. This enables automatic control of the fixing mechanism, in particular automatic release of the shoe, depending on the driving dynamics state of the bicycle.

Der Fahrdynamiksensor kann beispielsweise ein gesondertes Modul sein. Alternativ kann der Fahrdynamiksensor ein Modul der Steuereinheit und/oder der Bedieneinheit sein. Der Fahrdynamiksensor kann aber auch ein Modul eines vom Nutzer getragenen oder am Fahrrad montierten (multifunktionalen) Mobilgeräts sein (siehe weiter oben).The driving dynamics sensor can, for example, be a separate module. Alternatively, the driving dynamics sensor can be a module of the control unit and/or the operating unit. The driving dynamics sensor can also be a module of a (multifunctional) mobile device worn by the user or mounted on the bicycle (see above).

Gemäß einer Ausführungsform kann das Pedalsystem ferner einen Abstandssensor zum Erfassen eines Abstands des Schuhs zum Pedalkörper umfassen. Der Abstandssensor und die Steuereinheit können über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung miteinander zur Datenkommunikation verbunden sein. Dies ermöglicht eine automatische Ansteuerung des Fixiermechanismus, insbesondere eine automatische Fixierung des Schuhs, in Abhängigkeit vom Abstand des Schuhs zum Pedalkörper.According to one embodiment, the pedal system can further comprise a distance sensor for detecting a distance of the shoe from the pedal body. The distance sensor and the control unit can be connected to one another for data communication via a wireless and/or wired data communication connection. This enables automatic control of the fixing mechanism, in particular automatic fixing of the shoe, depending on the distance of the shoe from the pedal body.

Der Abstandssensor kann beispielsweise ein Hall-Sensor, ein optischer Sensor, ein Drucksensor, ein mechanischer Schalter oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Beispiele sein.The distance sensor can be, for example, a Hall sensor, an optical sensor, a pressure sensor, a mechanical switch or a combination of at least two of these examples.

Der Hall-Sensor kann beispielsweise dazu verwendet werden, einen zur magnetischen Fixierung des Schuhs am Pedalkörper erforderlichen magnetischen oder magnetisierbaren Schuhabschnitt des Schuhs zu detektieren. Somit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass der Fixiermechanismus nur dann in die Fixierstellung gestellt wird, wenn der Schuh, genauer dessen Schuhabschnitt, korrekt gegenüber dem Pedalkörper positioniert ist. Anders ausgedrückt kann der Fixiermechanismus ausgebildet sein, um den Schuh durch Magnetkraft in die richtige, d. h. für den jeweiligen Fahrer zum Pedalieren ideale Position bezüglich des Pedalkörpers zu ziehen.The Hall sensor can be used, for example, to detect a magnetic or magnetizable shoe section of the shoe required for magnetically fixing the shoe to the pedal body. This can ensure, for example, that the fixing mechanism is only placed in the fixing position when the shoe, or more precisely its shoe section, is correctly positioned relative to the pedal body. In other words, the fixing mechanism can be designed to use magnetic force to pull the shoe into the correct position relative to the pedal body, i.e. the ideal position for the respective rider when pedaling.

Der Abstandssensor kann in den Pedalkörper und/oder den Schuh integriert sein.The distance sensor can be integrated into the pedal body and/or the shoe.

Beispielsweise kann der Abstandssensor an einer Ober- und/oder Unterseite des Pedalkörpers angeordnet sein. Dies ermöglicht eine genaue Bestimmung des Abstands des Schuhs zur Ober- bzw. Unterseite des Pedalkörpers, auf die der Schuh zum Pedalieren aufgesetzt wird.For example, the distance sensor can be arranged on the top and/or bottom of the pedal body. This enables an accurate determination of the distance of the shoe to the top or bottom of the pedal body on which the shoe is placed for pedaling.

Der Abstandssensor kann beispielsweise auch dazu verwendet werden, das Fahren mit einer stark verschmutzten Schuhsohle in der Fixierstellung auszuschließen, sodass eine mögliche Gefahrensituation aufgrund einer beeinträchtigten Fixierung verhindert wird und der Fahrer auf die Verschmutzung aufmerksam wird.The distance sensor can also be used, for example, to prevent driving with a heavily soiled shoe sole in the fixation position, so that a possible dangerous situation due to impaired fixation is prevented and the driver is made aware of the soiling.

Der Fahrdynamiksensor, der Abstandssensor oder beide Sensoren können insbesondere als mikroelektromechanisches System, kurz MEMS (microelectromechanical system), ausgeführt sein.The driving dynamics sensor, the distance sensor or both sensors can be designed as a microelectromechanical system, or MEMS (microelectromechanical system) for short.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Pedalsystem ferner einen elektrischen Generator umfassen. Der Generator kann einen Stator, einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor mit einem Kommutator und einen den Kommutator berührenden Schleifkontakt umfassen, wobei der Schleifkontakt an den Anschlusskontakt angeschlossen und zumindest teilweise in den Pedalkörper integriert sein kann.According to one embodiment, the pedal system can further comprise an electrical generator. The generator can comprise a stator, a rotor rotatably mounted relative to the stator with a commutator and a sliding contact touching the commutator, wherein the sliding contact can be connected to the connection contact and at least partially integrated into the pedal body.

Anders ausgedrückt kann der Generator ausgebildet sein, um elektrische Energie aus der Bewegungsenergie des Pedalkörpers zu gewinnen (die dann beispielsweise in einem Pufferkondensator zwischengespeichert werden kann). Somit kann eine Batterie entfallen. Alternativ kann der Generator ausgebildet sein, um eine an den Anschlusskontakt angeschlossene Batterie zu laden (unter „Batterie“ kann hier auch ein Pufferkondensator verstanden werden). Die Batterie kann beispielsweise (fest oder austauschbar) in den Pedalkörper integriert sein.In other words, the generator can be designed to generate electrical energy from the kinetic energy of the pedal body (which can then be temporarily stored in a buffer capacitor, for example). This means that a battery can be omitted. Alternatively, the generator can be designed to charge a battery connected to the connection contact (“battery” can also be understood here as a buffer capacitor). The battery can, for example, be integrated (permanently or replaceably) into the pedal body.

Der Stator kann einen oder mehrere Dauermagneten umfassen, wobei der Rotor eine oder mehrere Spulen umfassen kann, die jeweils an den Kommutator angeschlossen sind. Der Schleifkontakt kann beispielsweise durch mindestens eine Kohlebürste und/oder mindestens einen (metallischen) Schleifring gebildet sein.The stator can comprise one or more permanent magnets, and the rotor can comprise one or more coils, each of which is connected to the commutator. The sliding contact can be formed, for example, by at least one carbon brush and/or at least one (metallic) slip ring.

Ein solcher Generator bietet den Vorteil einer sehr geringen Verlustleistung (beispielsweise von weniger als 2 Watt bei Verwendung zweier Kohlebürsten als Schleifkontakt). Außerdem kann ein solcher Generator besonders kostengünstig bereitgestellt werden.Such a generator offers the advantage of very low power loss (for example, less than 2 watts when using two carbon brushes as sliding contact). In addition, such a generator can be provided at a particularly low cost.

Alternativ kann der Generator bürstenlos ausgeführt sein. In diesem Fall kann beispielsweise der Rotor einen oder mehrere Dauermagneten und der Stator eine oder mehrere Spulen umfassen, die an den Anschlusskontakt angeschlossen sein können.Alternatively, the generator can be designed to be brushless. In this case, for example, the rotor can comprise one or more permanent magnets and the stator can comprise one or more coils, which can be connected to the connection contact.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Pedalsystem ferner eine an den Anschlusskontakt angeschlossene Batterie umfassen, beispielsweise einen Akkumulator oder Kondensator. Die Batterie kann beispielsweise (fest oder austauschbar) in den Pedalkörper integriert sein. Bei der Batterie kann es sich auch um eine Antriebsbatterie eines Elektrorads handeln.According to one embodiment, the pedal system can further comprise a battery connected to the connection contact, for example an accumulator or capacitor. The battery can, for example, be integrated (permanently or replaceably) into the pedal body. The battery can also be a drive battery of an electric bike.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Eingangssignal durch die Bedieneinheit erzeugt worden sein.According to one embodiment, the input signal may have been generated by the operating unit.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Eingangssignal durch den Fahrdynamiksensor erzeugt worden sein. In diesem Fall kann das Eingangssignal ausgewertet werden, um eine mögliche Gefahrensituation zu erkennen, in der der Schuh freigegeben werden soll. Das Steuersignal, das bewirkt, dass der Fixiermechanismus in die Freigabestellung geschaltet wird, kann dann erzeugt werden, wenn die mögliche Gefahrensituation erkannt wird.According to one embodiment, the input signal may have been generated by the driving dynamics sensor. In this case, the input signal can be evaluated to detect a possible dangerous situation in which the shoe should be released. The control signal that causes the fixing mechanism to be switched to the release position can be generated when the possible dangerous situation is detected.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Eingangssignal durch den Abstandssensor erzeugt worden sein. In diesem Fall kann das Eingangssignal ausgewertet werden, um einen Abstandswert zu bestimmen. Das Steuersignal, das bewirkt, dass der Fixiermechanismus in die Fixierstellung geschaltet wird, kann dann erzeugt werden, wenn der Abstandswert (betragsmäßig) kleiner als ein (vorgegebener) Schwellenwert ist.According to one embodiment, the input signal may have been generated by the distance sensor. In this case, the input signal may be evaluated to determine a distance value. The control signal that causes the fixing mechanism to be switched to the fixing position may be generated when the distance value is (in terms of magnitude) smaller than a (predetermined) threshold value.

Das Eingangssignal kann direkt durch die Bedieneinheit, den Fahrdynamiksensor bzw. den Abstandssensor und/oder indirekt durch Verarbeiten eines Ausgangssignals der Bedieneinheit, des Fahrdynamiksensors bzw. des Abstandssensor (beispielsweise durch Filterung des Ausgangssignals) erzeugt worden sein.The input signal can be generated directly by the control unit, the driving dynamics sensor or the distance sensor and/or indirectly by processing an output signal from the control unit, the driving dynamics sensor or the distance sensor (for example by filtering the output signal).

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Zeichnungen sind als die Erfindung einschränkend auszulegen.

• 1 zeigt ein Pedalsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Pedalkörpers aus 1 entlang einer Schnittlinie A-A in einer Freigabestellung.
• 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Pedalkörpers entlang der Schnittlinie A-A in einer Fixierstellung.
• 4 zeigt einen magnetischen Fixiermechanismus eines Pedalsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Freigabestellung.
• 5 zeigt den magnetischen Fixiermechanismus in einer Fixierstellung.
• 6 zeigt eine Draufsicht auf ein Pedalsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit integriertem Generator.

Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. Neither the description nor the drawings are to be construed as limiting the invention.

• 1 shows a pedal system according to an embodiment of the invention.
• 2 shows a cross-sectional view of a pedal body made of 1 along a cutting line AA in a release position.
• 3 shows a cross-sectional view of the pedal body along the section line AA in a fixing position.
• 4 shows a magnetic fixing mechanism of a pedal system according to an embodiment of the invention in a release position.
• 5 shows the magnetic fixing mechanism in a fixing position.
• 6 shows a plan view of a pedal system according to an embodiment of the invention with integrated generator.

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are schematic and not to scale. Identical reference symbols in the drawings indicate identical or equivalent features.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt ein Pedalsystem 1 für ein Fahrrad mit einer Kurbel 5, die mit einer Pedalachse 3 drehfest verbunden, beispielsweise verschraubt ist. Das Pedalsystem 1 umfasst einen Pedalkörper 7, der um eine Drehachse 9 drehbar an der Pedalachse 3 gelagert ist. 1 shows a pedal system 1 for a bicycle with a crank 5 which is connected to a pedal axle 3 in a rotationally fixed manner, for example by screwing it. The pedal system 1 comprises a pedal body 7 which is mounted on the pedal axle 3 so as to be rotatable about a rotation axis 9.

Die Pedalachse 3 kann auch als Teil des Pedalsystems 1, insbesondere des Pedalkörpers 7, ausgeführt sein.The pedal axle 3 can also be designed as part of the pedal system 1, in particular the pedal body 7.

In den Pedalkörper 7 ist ein Fixiermechanismus 11 zum Fixieren eines Schuhs 13 (siehe 2 und 3) am Pedalkörper 7 integriert. In diesem Beispiel umfasst der Fixiermechanismus 11 einen Dauermagneten 15, der zwischen einer Fixier- und einer Freigabestellung um die Drehachse 9 drehbar gelagert ist (der Pedalkörper 7 und der Dauermagnet 15 können auch um unterschiedliche Drehachsen drehbar gelagert sein). Der Dauermagnet 15 ist mit einem elektrischen Aktor 17, hier einem kleinen Stellmotor („M“), gekoppelt, der ausgebildet ist, um den Dauermagneten 15 elektrisch zwischen der Fixier- und der Freigabestellung zu verstellen.In the pedal body 7 is a fixing mechanism 11 for fixing a shoe 13 (see 2 and 3 ) is integrated on the pedal body 7. In this example, the fixing mechanism 11 comprises a permanent magnet 15, which is mounted so as to be rotatable about the axis of rotation 9 between a fixing position and a release position (the pedal body 7 and the permanent magnet 15 can also be mounted so as to be rotatable about different axes of rotation). The permanent magnet 15 is coupled to an electrical actuator 17, here a small servomotor ("M"), which is designed to electrically adjust the permanent magnet 15 between the fixing position and the release position.

Der Aktor 17 kann als einfacher Linear- oder Drehaktor, insbesondere mit einer Schaltzeit von 1 s oder weniger, ausgeführt sein (beispielsweise als Solenoidaktor mit integrierter Rückstellfeder).The actuator 17 can be designed as a simple linear or rotary actuator, in particular with a switching time of 1 s or less (for example as a solenoid actuator with integrated return spring).

Der Dauermagnet 15 kann zumindest teilweise von einem Gegenstück 19 aus einem ferro- und/oder ferrimagnetischen Material umgeben sein.The permanent magnet 15 can be at least partially surrounded by a counterpart 19 made of a ferro- and/or ferrimagnetic material.

Beispielsweise kann das Gegenstück 19 - wie hier gezeigt - zwei Gegenstückteile 21 umfassen, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Dauermagneten 15 angeordnet sind und sich jeweils teilweise entlang dessen Außenfläche, hier dessen Mantelfläche, erstrecken.For example, the counterpart 19 - as shown here - can comprise two counterpart parts 21, which are arranged on opposite sides of the permanent magnet 15 and each extend partially along its outer surface, here its lateral surface.

Die Gegenstückteile 21 können durch einen Luftspalt 23 voneinander und/oder vom Dauermagneten 15 getrennt sein.The counterpart parts 21 can be separated from each other and/or from the permanent magnet 15 by an air gap 23.

In der Fixierstellung (siehe 3) erzeugt der Dauermagnet 15 zusammen mit dem Gegenstück 19 ein Magnetfeld 25, das so ausgerichtet ist, dass es auf einen magnetischen oder magnetisierbaren Schuhabschnitt 27 des auf den Pedalkörper 7 aufgesetzten Schuhs 13 eine magnetische Haltekraft ausübt, die den Schuh 13 am Pedalkörper 7 fixiert.In the fixing position (see 3 ), the permanent magnet 15 together with the counterpart 19 generates a magnetic field 25 which is aligned such that it exerts a magnetic holding force on a magnetic or magnetizable shoe section 27 of the shoe 13 placed on the pedal body 7, which fixes the shoe 13 to the pedal body 7.

In der Freigabestellung (siehe 2) hat das Magnetfeld 25 hingegen eine Orientierung, die um einen definierten Winkel (hier beispielhaft 90 Grad) von seiner Orientierung in der Fixierstellung abweicht, und zwar so, dass keine (ausreichende) magnetische Haltekraft auf den Schuhabschnitt 27 einwirkt. Der Schuh 13 ist also in der Freigabestellung frei beweglich.In the release position (see 2 ), the magnetic field 25 has an orientation that deviates by a defined angle (here, for example, 90 degrees) from its orientation in the fixing position, in such a way that no (sufficient) magnetic holding force acts on the shoe section 27. The shoe 13 is therefore freely movable in the release position.

In diesem Beispiel ist der Schuhabschnitt 27 ein plattenförmiges Metallstück, das an einer Außensohle 29 des Schuhs 13 befestigt, beispielsweise damit verschraubt und/oder verklebt ist. Alternativ kann der Schuhabschnitt 27 als Teil einer Innen- oder Einlegesohle des Schuhs 13 ausgeführt sein.In this example, the shoe section 27 is a plate-shaped metal piece that is attached to an outer sole 29 of the shoe 13, for example screwed and/or glued thereto. Alternatively, the shoe section 27 can be designed as part of an inner sole or insole of the shoe 13.

Der Dauermagnet 15 kann beispielsweise zylinderförmig ausgeführt sein und quer zu seiner Längsrichtung (die hier der Drehachse 9 entspricht) so magnetisiert worden sein, dass er zwei unterschiedlich polarisierte Längsabschnitte oder Längshälften aufweist (gekennzeichnet mit N für „Nordpol“ und S für „Südpol“).The permanent magnet 15 can, for example, be cylindrical and have been magnetized transversely to its longitudinal direction (which here corresponds to the axis of rotation 9) such that it has two differently polarized longitudinal sections or longitudinal halves (marked N for “north pole” and S for “south pole”).

Ein alternativer magnetischer Fixiermechanismus 11 mit gleicher oder ähnlicher Wirkung ist in 4 und 5 gezeigt. Das Magnetfeld 25 wird hier durch einen ersten Dauermagneten 15a und einen zweiten Dauermagneten 15b erzeugt, die in einem Luftspalt 23 zwischen den Gegenstückteilen 21 um eine (gemeinsame) alternative Drehachse 31 relativ zueinander zwischen der Fixier- und der Freigabestellung drehbar gelagert sind. Die alternative Drehachse 31 steht in diesem Beispiel senkrecht auf der Drehachse 9.An alternative magnetic fixing mechanism 11 with the same or similar effect is described in 4 and 5 shown. The magnetic field 25 is generated here by a first permanent magnet 15a and a second permanent magnet 15b, which are mounted in an air gap 23 between the counterpart parts 21 so as to be rotatable about a (common) alternative axis of rotation 31 relative to one another between the fixing and the release position. In this example, the alternative axis of rotation 31 is perpendicular to the axis of rotation 9.

Die Dauermagneten 15a, 15b können beispielweise stab-, scheiben- oder ringförmig ausgeführt sein.The permanent magnets 15a, 15b can, for example, be designed in the shape of a rod, a disk or a ring.

In der Freigabestellung (siehe 4) sind die zwei Dauermagneten 15a, 15b so zueinander ausgerichtet, dass - in Richtung der alternativen Drehachse 31 betrachtet - dem Nordpol („N“) des ersten Dauermagneten 15a der Südpol („S“) des zweiten Dauermagneten 15b und dem Südpol des ersten Dauermagneten 15a der Nordpol des zweiten Dauermagneten 15b gegenüberliegt, wobei jedem Gegenstückteil 21 zwei unterschiedliche Magnetpole zugewandt sind.In the release position (see 4 ), the two permanent magnets 15a, 15b are aligned with each other such that - viewed in the direction of the alternative axis of rotation 31 - the north pole ("N") of the first permanent magnet 15a is opposite the south pole ("S") of the second permanent magnet 15b and the south pole of the first permanent magnet 15a is opposite the north pole of the second permanent magnet 15b, with each counterpart part 21 facing two different magnetic poles.

In der Fixierstellung (siehe 5) sind die zwei Dauermagneten 15a, 15b hingegen so zueinander ausgerichtet, dass - in Richtung der alternativen Drehachse 31 betrachtet - dem Nordpol des ersten Dauermagneten 15a der Nordpol des zweiten Dauermagneten 15b und dem Südpol des ersten Dauermagneten 15a der Südpol des zweiten Dauermagneten 15b gegenüberliegt, wobei jedem Gegenstückteil 21 zwei gleiche Magnetpole zugewandt sind.In the fixing position (see 5 ), the two permanent magnets 15a, 15b are aligned with each other such that - viewed in the direction of the alternative axis of rotation 31 - the north pole of the first permanent magnet 15a is opposite the north pole of the second permanent magnet 15b and the south pole of the first permanent magnet 15a is opposite the south pole of the second permanent magnet 15b, with each counterpart part 21 facing two identical magnetic poles.

Entgegen den Darstellungen in 4 und 5, in denen die Dauermagneten 15a, 15b in der Fixier- und der Freigabestellung mit jedem ihrer Enden eines der Gegenstückteile 21 berühren, können die Enden der Dauermagneten 15a, 15b in der Fixier- und/oder der Freigabestellung jeweils auch durch einen (kleinen) Luftspalt von den Gegenstückteilen 21 getrennt sein.Contrary to the representations in 4 and 5 , in which the permanent magnets 15a, 15b in the fixing and release positions touch one of the counterpart parts 21 with each of their ends, the ends of the permanent magnets 15a, 15b in the fixing and/or release positions can also be separated from the counterpart parts 21 by a (small) air gap.

Wie weiter oben erwähnt, kann der Fixiermechanismus 11 zusätzlich mindestens eine Rückstellfeder (nicht gezeigt) umfassen, die in der Fixierstellung eine in Richtung der Freigabestellung wirkende Rückstellkraft auf den Dauermagneten 15, den ersten Dauermagneten 15a, den zweiten Dauermagneten 15b, den Aktor 17, das Gegenstück 19, das Gegenstückteil 21 oder auf eine Kombination aus mindestens zwei dieser Elemente ausübt. Dies bewirkt, dass im Fall einer Funktionsbeeinträchtigung des Systems, beispielsweise durch eine leer gewordene Energiequelle oder einen Kabelbruch, die Freigabestellung eingenommen wird und so die Sicherheit des Fahrers gewährleistet wird.As mentioned above, the fixing mechanism 11 can additionally comprise at least one return spring (not shown) which, in the fixing position, exerts a return force acting in the direction of the release position on the permanent magnet 15, the first permanent magnet 15a, the second permanent magnet 15b, the actuator 17, the counterpart 19, the counterpart part 21 or on a combination of at least two of these elements. This means that in the event of a functional impairment of the system, for example due to a depleted energy source or a cable break, the release position is adopted, thus ensuring the safety of the driver.

Zur elektrischen Ansteuerung des Fixiermechanismus 11, genauer des Aktors 17, kann der Pedalkörper 7 eine Steuereinheit 33 umfassen (siehe 1). Die Steuereinheit 33 kann einen Speicher 35 und einen Prozessor 37 umfassen, wobei der Prozessor 37 konfiguriert sein kann, um durch Ausführen eines im Speicher 35 gespeicherten Computerprogramms ein Verfahren zum Steuern des Pedalsystems 1 auszuführen (siehe weiter unten).For electrical control of the fixing mechanism 11, more precisely the actuator 17, the pedal body 7 can comprise a control unit 33 (see 1 ). The control unit 33 may comprise a memory 35 and a processor 37, wherein the processor 37 may be configured to carry out a method for controlling the pedal system 1 by executing a computer program stored in the memory 35 (see below).

Darüber hinaus kann der Pedalkörper 7 eine wiederaufladbare Batterie 39 umfassen, die an einen Anschlusskontakt 40 der Steuereinheit 33 angeschlossen sein kann. Alternativ kann es sich bei der Batterie 39 um eine (austauschbare) nicht wiederaufladbare Batterie, beispielsweise in Form einer Knopfzelle, handeln. Bei dem Anschlusskontakt 40 kann es sich um einen Strom- und/oder Spannungseingang handeln. Die Batterie 39 kann beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akku oder ein einfacher Pufferkondensator (mit deutlich geringerer Kapazität) sein.In addition, the pedal body 7 can comprise a rechargeable battery 39, which can be connected to a connection contact 40 of the control unit 33. Alternatively, the battery 39 can be a (replaceable) non-rechargeable battery, for example in the form of a button cell. The connection contact 40 can be a current and/or voltage input. The battery 39 can be, for example, a lithium-ion battery or a simple buffer capacitor (with significantly lower capacity).

Mindestens eine der beiden Einheiten 33, 39 kann auch an der Pedalachse 3, der Kurbel 5 und/oder einem Rahmen des Fahrrads befestigt sein.At least one of the two units 33, 39 can also be attached to the pedal axle 3, the crank 5 and/or a frame of the bicycle.

Das Verfahren kann folgende Schritte umfassen.The procedure may include the following steps.

In einem ersten Schritt empfängt die Steuereinheit 33 ein elektrisches Eingangssignal 41, beispielsweise über eine drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung zu einer Bedieneinheit 43. Die Bedieneinheit 43 kann beispielsweise an einem Lenker oder Bremshebel des Fahrrads angeordnet sein. Möglich ist aber auch eine drahtlose Datenkommunikationsverbindung zwischen den beiden Einheiten 33, 43, beispielsweise über Bluetooth oder IO-Link Wireless.In a first step, the control unit 33 receives an electrical input signal 41, for example via a wired data communication connection to an operating unit 43. The operating unit 43 can be arranged, for example, on a handlebar or brake lever of the bicycle. However, a wireless data communication connection between the two units 33, 43 is also possible, for example via Bluetooth or IO-Link Wireless.

Das Eingangssignal 41 kann einen durch manuelles Betätigen eines Schalters 45 der Bedieneinheit 43 erzeugten Nutzerbefehl umfassen, der der Steuereinheit 33 anzeigt, ob der Fixiermechanismus 11 in die Fixier- oder die Freigabestellung gestellt werden soll.The input signal 41 may comprise a user command generated by manually actuating a switch 45 of the operating unit 43, which indicates to the control unit 33 whether the fixing mechanism 11 should be placed in the fixing or release position.

Beispielsweise kann durch Betätigen (z. B. Drücken) des Schalters 45 bewirkt werden, dass der Fixiermechanismus 11 in die Freigabestellung gestellt wird. Die Fixierung kann hingegen automatisch, d. h. sensorgestützt, erfolgen. Dabei kann dem Nutzer über eine Zustandsanzeige, beispielsweise in Form einer LED, angezeigt werden, ob sich der Fixiermechanismus 11 in der Fixierstellung befindet oder nicht.For example, by operating (e.g. pressing) the switch 45, the fixing mechanism 11 can be set to the release position. However, the fixing can take place automatically, i.e. with the aid of a sensor. The user can be shown via a status display, for example in the form of an LED, whether the fixing mechanism 11 is in the fixing position or not.

Der Nutzerbefehl kann auch ein Sprachbefehl sein, der von einem Mikrofon 47 der Bedieneinheit 43 erfasst wurde.The user command can also be a voice command that was recorded by a microphone 47 of the control unit 43.

Zudem kann das Eingangssignal 41 ein Ausgangssignal 49 eines Fahrdynamiksensors 51 zum Erfassen eines fahrdynamischen Zustands des Fahrrads (und/oder dessen Nutzers) und/oder ein Ausgangssignal 49 eines Abstandssensors 53 (siehe 2 und 3) zum Erfassen eines Abstands des Schuhs 13 zum Pedalkörper 7 umfassen (oder aus einem solchen Ausgangssignal 49 erzeugt worden sein).In addition, the input signal 41 can be an output signal 49 of a driving dynamics sensor 51 for detecting a driving dynamics state of the bicycle (and/or its user) and/or an output signal 49 of a distance sensor 53 (see 2 and 3 ) for detecting a distance of the shoe 13 to the pedal body 7 (or may have been generated from such an output signal 49).

In diesem Beispiel ist der Fahrdynamiksensor 51 eine in die Bedieneinheit 43 integrierte inertiale Messeinheit und der Abstandssensor 53 ein an einer dem Schuh 13 zugewandten Seite des Pedalkörpers 7 angeordneter Hall-Sensor.In this example, the driving dynamics sensor 51 is an inertial measuring unit integrated into the operating unit 43 and the distance sensor 53 is a Hall sensor arranged on a side of the pedal body 7 facing the shoe 13.

Alternativ kann der Abstandssensor 53 am Schuh 13 angeordnet sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die Steuereinheit 33 und der Abstandssensor 53 über eine drahtlose Datenkommunikationsverbindung miteinander zur Datenkommunikation verbunden sind.Alternatively, the distance sensor 53 can be arranged on the shoe 13. In this case, it is expedient if the control unit 33 and the distance sensor 53 are connected to one another for data communication via a wireless data communication connection.

In einem zweiten Schritt erzeugt die Steuereinheit 33 aus dem Eingangssignal 41 ein elektrisches Steuersignal 55, das den Aktor 17 veranlasst, den Dauermagneten 15 oder die Dauermagneten 15a, 15b in die Fixier- oder die Freigabestellung zu stellen.In a second step, the control unit 33 generates an electrical control signal 55 from the input signal 41, which causes the actuator 17 to place the permanent magnet 15 or the permanent magnets 15a, 15b into the fixing or release position.

Beispielsweise kann die Steuereinheit 33 das Eingangssignal 41 auswerten, um eine mögliche Gefahrensituation zu erkennen, in der der Schuh 13 freigegeben werden soll, und ein Steuersignal 55 zum Schalten des Fixiermechanismus 11 in die Freigabestellung erzeugen, wenn eine solche Situation erkannt wird. Somit kann der Schuh 13 automatisch rechtzeitig freigegeben werden.For example, the control unit 33 can evaluate the input signal 41 to detect a possible dangerous situation in which the shoe 13 should be released and generate a control signal 55 for switching the fixing mechanism 11 to the release position when such a situation is detected. The shoe 13 can thus be automatically released in good time.

Anhand des Eingangssignals 41 kann die Steuereinheit 33 beispielsweise folgende Gefahrensituationen erkennen:

• • eine Fallbewegung zur Seite (wenn ein bestimmter Neigungswinkel unterschritten wird);
• • ein abruptes Stoppen, beispielsweise infolge einer eingeklemmten Fahrradkette oder eines Aufpralls auf ein Hindernis (durch Auswerten eines Beschleunigungsgradienten);
• • einen kritischen Bremsvorgang, beispielsweise bei plötzlichem Auftauchen eines Hindernisses (wenn eine negative Beschleunigung einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet);
• • einen Überschlag.

Based on the input signal 41, the control unit 33 can, for example, detect the following dangerous situations:

• • a falling movement to the side (if a certain angle of inclination is exceeded);
• • an abrupt stop, for example as a result of a jammed bicycle chain or an impact with an obstacle (by evaluating an acceleration gradient);
• • a critical braking situation, for example when an obstacle suddenly appears (when negative acceleration falls below a certain threshold);
• • a rollover.

Unter Verwendung des Eingangssignals 41 und/oder des Ausgangssignals 49 des Fahrdynamiksensors 51 kann die Steuereinheit 33 beispielsweise mindestens einen der folgenden Parameter für die Erkennung der Gefahrensituation bestimmen: aktuelle Geschwindigkeit, aktuelle Beschleunigung, aktueller Neigungswinkel, aktuelle Trittfrequenz, aktuelle Position und/oder Orientierung des Fahrrads (z. B. in einer digitalen Karte).Using the input signal 41 and/or the output signal 49 of the driving dynamics sensor 51, the control unit 33 can, for example, determine at least one of the following parameters for detecting the dangerous situation: current speed, current acceleration, current angle of inclination, current cadence, current position and/or orientation of the bicycle (e.g. in a digital map).

Diese Parameter können dem Fahrer dauerhaft als Leistungsparameter zur Verfügung gestellt und beispielsweise über ein Smartphone oder einen Fahrradcomputer dargestellt werden. Beim Abstellen des Fahrrads kann ein unerlaubtes Entfernen angezeigt werden (Diebstahlsicherung), beispielsweise durch Meldung an ein Smartphone oder durch Auslösen eines Alarmsignals. Während der Fahrt können Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit eine Navigation über ein GPS-Signal in Form einer Koppelnavigation unterstützen, beispielsweise wenn der Empfang des GPS-Signals bei Fahrt durch einen Tunnel gestört ist.These parameters can be made permanently available to the driver as performance parameters and displayed, for example, on a smartphone or a bike computer. When the bike is parked, unauthorized removal can be indicated (anti-theft protection), for example by a message to a smartphone or by triggering an alarm signal. During the ride, the direction of movement and speed can support navigation via a GPS signal in the form of dead reckoning, for example if the reception of the GPS signal is disrupted when driving through a tunnel.

Darüber hinaus kann die Steuereinheit 33 das Eingangssignal 41 auswerten, um einen Abstandswert für den Abstand des Schuhs 13 zum Pedalkörper 7 zu bestimmen (der Abstand ist in 2 mit einem Doppelpfeil gekennzeichnet). Unterschreitet der Abstandswert einen vorgegebenen Schwellenwert, beispielsweise 1 cm, so erzeugt die Steuereinheit 33 ein Steuersignal 55 zum Schalten des Fixiermechanismus 11 in die Fixierstellung. Somit kann der Schuh 13 automatisch fixiert werden.In addition, the control unit 33 can evaluate the input signal 41 to determine a distance value for the distance of the shoe 13 to the pedal body 7 (the distance is in 2 marked with a double arrow). If the distance value falls below a predetermined threshold value, for example 1 cm, the control unit 33 generates a control signal 55 for switching the fixing mechanism 11 into the fixing position. The shoe 13 can thus be fixed automatically.

Optional kann die Batterie 39 an einen teilweise oder vollständig in den Pedalkörper 7 integrierten elektrischen Generator 57 (siehe 6) angeschlossen sein. Somit kann die Batterie 39 während der Fahrt aufgeladen werden.Optionally, the battery 39 can be connected to an electric generator 57 partially or completely integrated into the pedal body 7 (see 6 ). This allows the battery 39 to be charged while driving.

Der Generator 57 kann beispielsweise als Gleichstrommaschine mit einem Stator 59 und einem relativ zum Stator 59 drehbar gelagerten Rotor 61 ausgeführt sein. Dabei kann ein Kommutator 63 des Rotors 61 über einen den Kommutator 63 berührenden Schleifkontakt 65, hier über zwei Kohlebürsten, mit der Batterie 39 und/oder dem Anschlusskontakt 40 elektrisch leitfähig verbunden sein.The generator 57 can be designed, for example, as a direct current machine with a stator 59 and a rotor 61 that is rotatably mounted relative to the stator 59. A commutator 63 of the rotor 61 can be electrically connected to the battery 39 and/or the connection contact 40 via a sliding contact 65 that touches the commutator 63, here via two carbon brushes.

In diesem Beispiel ist der Stator 59 in den Pedalkörper 7 integriert, während der Rotor 61 mit dem Kommutator 63 als Teil der Pedalachse 3 ausgeführt ist. Möglich ist aber auch der umgekehrte Fall.In this example, the stator 59 is integrated into the pedal body 7, while the rotor 61 with the commutator 63 is designed as part of the pedal axis 3. However, the opposite case is also possible.

Grundsätzlich sind folgende Varianten des Fixiermechanismus 11 möglich:

• • Fixierung des Schuhs 13 durch mechanischen Formschluss mithilfe eines elektrischen Aktors 17;
• • Fixierung des Schuhs 13 durch Magnetkraft mithilfe eines schaltbaren Elektromagneten, der in der Fixierstellung bestromt ist;
• • Fixierung des Schuhs 13 durch Magnetkraft mithilfe eines Permanent-Elektrohaftmagneten, der in der Fixierstellung stromlos geschaltet ist;
• • Fixierung des Schuhs 13 durch Magnetkraft mithilfe eines Dauermagneten 15, 15a, 15b, der mithilfe eines elektrischen Aktors 17 bewegbar ist.

Basically, the following variants of the fixing mechanism 11 are possible:

• • Fixing of the shoe 13 by mechanical form-fitting using an electrical actuator 17;
• • Fixing of the shoe 13 by magnetic force using a switchable electromagnet which is energized in the fixing position;
• • Fixing of the shoe 13 by magnetic force using a permanent electromagnet which is de-energized in the fixing position;
• • Fixing of the shoe 13 by magnetic force using a permanent magnet 15, 15a, 15b, which can be moved by an electric actuator 17.

Die Bedienung des Pedalsystems 1 kann beispielsweise entsprechend der folgenden Tabelle ablaufen. Hauptschalter aus ein (kein Schuh detektiert) ein (Schuh detektiert) LED Aus Rot grün Magnet(en) aus (System stromlos) Aus an The operation of the pedal system 1 can, for example, proceed as shown in the following table. Main switch out of on (no shoe detected) on (shoe detected) LED Out of Red green Magnet(s) off (system power off) Out of at

Der Nutzer aktiviert das Pedalsystem 1 durch Betätigen eines Hauptschalters mit Zustandsanzeige (hier eine LED). Steht der Hauptschalter auf „aus“, ist das gesamte System stromlos, d. h., es ist nicht möglich, den oder die Magneten des Fixiermechanismus 11 zu aktivieren. Nach dem Einschalten ist der Magnet (oder sind die Magneten) zunächst inaktiv („aus“), d. h., es wird keine magnetische Haltekraft erzeugt. Sobald ein Schuh 13 (genauer ein magnetischer oder magnetisierbarer Schuhabschnitt 27 des Schuhs 13) auf oder in der Nähe des Pedalkörpers 17 mithilfe des Abstandssensors 53 detektiert wird, wird der Magnet (oder werden die Magneten) aktiviert („an“), d. h. der Fixiermechanismus 11 in die Fixierstellung gestellt.The user activates the pedal system 1 by operating a main switch with status display (here an LED). If the main switch is set to "off", the entire system is de-energized, i.e. it is not possible to activate the magnet(s) of the fixing mechanism 11. After switching on, the magnet (or magnets) are initially inactive ("off"), i.e. no magnetic holding force is generated. As soon as a shoe 13 (more precisely a magnetic or magnetizable shoe section 27 of the shoe 13) is detected on or near the pedal body 17 using the distance sensor 53, the magnet (or magnets) are activated ("on"), i.e. the fixing mechanism 11 is placed in the fixing position.

Abschließend wird darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „aufweisen“, „umfassen“ oder „mit“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und unbestimmte Artikel wie „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eine der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben werden, auch in Kombination mit Merkmalen oder Schritten, die mit Verweis auf andere der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben werden, verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Finally, it is noted that terms such as "having", "comprising" or "having" do not exclude other elements or steps and indefinite articles such as "a" or "an" do not exclude a plurality. Furthermore, it is noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments can also be used in combination with features or steps described with reference to other of the above embodiments. Reference signs in the claims are not to be regarded as a limitation.

Liste der BezugszeichenList of reference symbols

11

PedalsystemPedal system

33

PedalachsePedal axle

55

Kurbelcrank

77

PedalkörperPedal body

99

DrehachseRotation axis

1111

FixiermechanismusFixing mechanism

1313

Schuhshoe

1515

DauermagnetPermanent magnet

15a15a

erster Dauermagnetfirst permanent magnet

15b15b

zweiter Dauermagnetsecond permanent magnet

1717

elektrischer Aktorelectric actuator

1919

GegenstückCounterpart

2121

GegenstückteilCounterpart

2323

(Luft-)Spalt(Air) gap

2525

MagnetfeldMagnetic field

2727

SchuhabschnittShoe section

2929

AußensohleOutsole

3131

(alternative) Drehachse(alternative) axis of rotation

3333

SteuereinheitControl unit

3535

SpeicherStorage

3737

Prozessorprocessor

3939

Batterie, elektrische Energiequellebattery, electrical energy source

4040

AnschlusskontaktConnection contact

4141

EingangssignalInput signal

4343

BedieneinheitControl unit

4545

SchalterSwitch

4747

Mikrofonmicrophone

4949

AusgangssignalOutput signal

5151

FahrdynamiksensorDriving dynamics sensor

5353

AbstandssensorDistance sensor

5555

SteuersignalControl signal

5757

Generator, elektrische Energiequellegenerator, electrical energy source

5959

Statorstator

6161

Rotorrotor

6363

Kommutatorcommutator

6565

SchleifkontaktSliding contact

MM

StellmotorActuator

NN

NordpolNorth Pole

SS

SüdpolSouth Pole

Claims (13)

Pedalsystem (1) für ein Fahrrad, wobei das Pedalsystem (1) umfasst: einen an einer Kurbel (5) des Fahrrads drehbar lagerbaren Pedalkörper (7), der einen zwischen einer Fixier- und einer Freigabestellung elektrisch schaltbaren Fixiermechanismus (11) zum Fixieren eines Schuhs (13) am Pedalkörper (7) umfasst, wobei der Fixiermechanismus (11) ausgebildet ist, um den Schuh (13) in der Fixierstellung am Pedalkörper (7) zu fixieren und in der Freigabestellung freizugeben; eine Steuereinheit (33) zum Ansteuern des Fixiermechanismus (11); einen Anschlusskontakt (40) zum Anschließen des Pedalsystems (1) an eine elektrische Energiequelle (39, 57), dadurch gekennzeichnet, dass der Fixiermechanismus (11) umfasst: einen Dauermagneten (15, 15a, 15b); einen elektrischen Aktor (17) zum Schalten des Fixiermechanismus (11) zwischen der Fixier- und der Freigabestellung; wobei der Fixiermechanismus (11) so ausgebildet ist, dass der Dauermagnet (15, 15a, 15b) in der Fixierstellung ein Magnetfeld (25) erzeugt, das auf einen magnetischen oder magnetisierbaren Schuhabschnitt (27) des auf den Pedalkörper (7) aufgesetzten Schuhs (13) eine magnetische Haltekraft ausübt, die den Schuh (13) am Pedalkörper (7) fixiert, und in der Freigabestellung das Magnetfeld (25) nicht erzeugt; wobei die Steuereinheit (33) ausgebildet ist, um den elektrischen Aktor (17) anzusteuern.Pedal system (1) for a bicycle, the pedal system (1) comprising: a pedal body (7) which can be rotatably mounted on a crank (5) of the bicycle and which comprises a fixing mechanism (11) which can be electrically switched between a fixing position and a release position for fixing a shoe (13) to the pedal body (7), the fixing mechanism (11) being designed to fix the shoe (13) to the pedal body (7) in the fixing position and to release it in the release position; a control unit (33) for controlling the fixing mechanism (11); a connection contact (40) for connecting the pedal system (1) to an electrical energy source (39, 57), characterized in that the fixing mechanism (11) comprises: a permanent magnet (15, 15a, 15b); an electrical actuator (17) for switching the fixing mechanism (11) between the fixing position and the release position; wherein the fixing mechanism (11) is designed such that the permanent magnet (15, 15a, 15b) generates a magnetic field (25) in the fixing position, which exerts a magnetic holding force on a magnetic or magnetizable shoe section (27) of the shoe (13) placed on the pedal body (7), which fixes the shoe (13) to the pedal body (7), and does not generate the magnetic field (25) in the release position; wherein the control unit (33) is designed to control the electrical actuator (17). Pedalsystem (1) nach Anspruch 1, wobei der elektrische Aktor (17) einen Elektromagneten umfasst; wobei der Elektromagnet ausgebildet ist, um zum Schalten des Fixiermechanismus (11) in die Freigabestellung ein Gegenmagnetfeld zu erzeugen, das das durch den Dauermagneten (15, 15a, 15b) in der Fixierstellung erzeugte Magnetfeld (25) kompensiert; und/oder wobei der Elektromagnet ausgebildet ist, um den Dauermagneten (15, 15a, 15b) zu magnetisieren und/oder zu entmagnetisieren.Pedal system (1) after Claim 1 , wherein the electrical actuator (17) comprises an electromagnet; wherein the electromagnet is designed to generate a counter magnetic field for switching the fixing mechanism (11) into the release position, which counter magnetic field compensates for the magnetic field (25) generated by the permanent magnet (15, 15a, 15b) in the fixing position; and/or wherein the electromagnet is designed to magnetize and/or demagnetize the permanent magnet (15, 15a, 15b). Pedalsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Dauermagnet (15, 15a, 15b) und ein anderer Teil (19, 21) des Fixiermechanismus (11) relativ zueinander zwischen der Fixier- und der Freigabestellung bewegbar, insbesondere drehbar, gelagert sind; wobei der elektrische Aktor (17) ausgebildet ist, um den Dauermagneten (15, 15a, 15b) und den anderen Teil (19, 21) relativ zueinander zwischen der Fixier- und der Freigabestellung zu bewegen.Pedal system (1) after Claim 1 or 2 , wherein the permanent magnet (15, 15a, 15b) and another part (19, 21) of the fixing mechanism (11) are mounted so as to be movable, in particular rotatable, relative to one another between the fixing position and the release position; wherein the electrical actuator (17) is designed to move the permanent magnet (15, 15a, 15b) and the other part (19, 21) relative to one another between the fixing position and the release position. Pedalsystem (1) nach Anspruch 3, wobei der andere Teil (19, 21) ein magnetisches oder magnetisierbares Gegenstück (19) ist; wobei der Dauermagnet (15, 15a, 15b) in der Fixierstellung das Magnetfeld (25) durch magnetische Wechselwirkung mit dem Gegenstück (19) erzeugt und in der Freigabestellung relativ zum Gegenstück (19) so positioniert ist, dass das Magnetfeld (25) nicht erzeugt wird.Pedal system (1) after Claim 3 , wherein the other part (19, 21) is a magnetic or magnetizable counterpart (19); wherein the permanent magnet (15, 15a, 15b) generates the magnetic field (25) by magnetic interaction with the counterpart (19) in the fixing position and is positioned relative to the counterpart (19) in the release position such that the magnetic field (25) is not generated. Pedalsystem (1) nach Anspruch 4, wobei der Dauermagnet (15, 15a, 15b) und das Gegenstück (19, 21) relativ zueinander um eine Drehachse (9, 31) drehbar gelagert sind; wobei ein Nordpol (N) und ein Südpol (S) des Dauermagneten (15, 15a, 15b) in einer Richtung quer zur Drehachse (9, 31) einander gegenüberliegen.Pedal system (1) after Claim 4 , wherein the permanent magnet (15, 15a, 15b) and the counterpart (19, 21) are mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation (9, 31); wherein a north pole (N) and a south pole (S) of the permanent magnet (15, 15a, 15b) lie opposite one another in a direction transverse to the axis of rotation (9, 31). Pedalsystem (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Dauermagnet (15) einen ersten Dauermagneten (15a) und einen zweiten Dauermagneten (15b) umfasst, die in einem Spalt (23) zwischen zwei Gegenstückteilen (21) des Gegenstücks (19) angeordnet sind; wobei der erste Dauermagnet (15a) und der zweite Dauermagnet (15b) relativ zueinander um eine Drehachse (31) zwischen der Fixier- und der Freigabestellung drehbar gelagert sind; wobei der elektrische Aktor (17) ausgebildet ist, um den ersten Dauermagneten (15a) und den zweiten Dauermagneten (15b) relativ zueinander um die Drehachse (31) zwischen der Fixier- und der Freigabestellung zu drehen; wobei der erste Dauermagnet (15a) und der zweite Dauermagnet (15b) jeweils einen Nordpol (N) und einen Südpol (S) als Magnetpole (N, S) umfassen und in der Fixier- und der Freigabestellung so positioniert sind, dass jedem Gegenstückteil (21) ein Magnetpol (N, S) des ersten Dauermagneten (15a) und ein Magnetpol (N, S) des zweiten Dauermagneten (15b) gegenüberliegen, wobei die dem Gegenstückteil (21) gegenüberliegenden Magnetpole (N, S) in der Fixierstellung gleichnamig und in der Freigabestellung ungleichnamig sind.Pedal system (1) after Claim 4 or 5 , wherein the permanent magnet (15) comprises a first permanent magnet (15a) and a second permanent magnet (15b) which are arranged in a gap (23) between two counterpart parts (21) of the counterpart (19); wherein the first permanent magnet (15a) and the second permanent magnet (15b) are rotatably mounted relative to one another about an axis of rotation (31) between the fixing and the release position; wherein the electrical actuator (17) is designed to rotate the first permanent magnet (15a) and the second permanent magnet (15b) relative to one another about the axis of rotation (31) between the fixing and the release position; wherein the first permanent magnet (15a) and the second permanent magnet (15b) each comprise a north pole (N) and a south pole (S) as magnetic poles (N, S) and are positioned in the fixing and release positions such that a magnetic pole (N, S) of the first permanent magnet (15a) and a magnetic pole (N, S) of the second permanent magnet (15b) are opposite each counterpart part (21), wherein the magnetic poles opposite the counterpart part (21) lying magnetic poles (N, S) have the same poles in the fixing position and different poles in the release position. Pedalsystem (1) einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fixiermechanismus (11) eine Rückstellfeder umfasst, die in der Fixierstellung eine in Richtung der Freigabestellung wirkende Rückstellkraft auf den Fixiermechanismus (11) ausübt.Pedal system (1) according to one of the preceding claims, wherein the fixing mechanism (11) comprises a return spring which, in the fixing position, exerts a return force on the fixing mechanism (11) acting in the direction of the release position. Pedalsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fixiermechanismus (11) einen zwischen der Fixier- und der Freigabestellung schaltbaren Elektromagneten umfasst, wobei der Elektromagnet ausgebildet ist, um in der Fixierstellung ein Magnetfeld (25) zu erzeugen, das auf einen magnetischen oder magnetisierbaren Schuhabschnitt (27) des auf den Pedalkörper (7) aufgesetzten Schuhs (13) eine magnetische Haltekraft ausübt, die den Schuh (13) am Pedalkörper (7) fixiert, und in der Freigabestellung das Magnetfeld (25) nicht zu erzeugen; wobei die Steuereinheit (33) ausgebildet ist, um den Elektromagneten anzusteuern.Pedal system (1) according to one of the preceding claims, wherein the fixing mechanism (11) comprises an electromagnet that can be switched between the fixing position and the release position, wherein the electromagnet is designed to generate a magnetic field (25) in the fixing position, which exerts a magnetic holding force on a magnetic or magnetizable shoe section (27) of the shoe (13) placed on the pedal body (7), which fixes the shoe (13) to the pedal body (7), and not to generate the magnetic field (25) in the release position; wherein the control unit (33) is designed to control the electromagnet. Pedalsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Bedieneinheit (43) zum Bedienen des Pedalsystems (1), wobei die Bedieneinheit (42) und die Steuereinheit (33) über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung miteinander zur Datenkommunikation verbunden sind.Pedal system (1) according to one of the preceding claims, further comprising an operating unit (43) for operating the pedal system (1), wherein the operating unit (42) and the control unit (33) are connected to one another for data communication via a wireless and/or wired data communication connection. Pedalsystem (1) nach Anspruch 9, wobei die Bedieneinheit (43) ein Mikrofon (47) zum Erfassen eines Sprachbefehls und/oder einen manuell betätigbaren Schalter (45) umfasst.Pedal system (1) after Claim 9 , wherein the operating unit (43) comprises a microphone (47) for detecting a voice command and/or a manually operable switch (45). Pedalsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Fahrdynamiksensor (51) zum Erfassen eines fahrdynamischen Zustands des Fahrrads, wobei der Fahrdynamiksensor (51) und die Steuereinheit (33) über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung miteinander zur Datenkommunikation verbunden sind.Pedal system (1) according to one of the preceding claims, further comprising a driving dynamics sensor (51) for detecting a driving dynamics state of the bicycle, wherein the driving dynamics sensor (51) and the control unit (33) are connected to one another for data communication via a wireless and/or wired data communication connection. Pedalsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Abstandssensor (53) zum Erfassen eines Abstands des Schuhs (13) zum Pedalkörper (7), wobei der Abstandssensor (53) und die Steuereinheit (33) über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung miteinander zur Datenkommunikation verbunden sind.Pedal system (1) according to one of the preceding claims, further comprising a distance sensor (53) for detecting a distance of the shoe (13) to the pedal body (7), wherein the distance sensor (53) and the control unit (33) are connected to one another for data communication via a wireless and/or wired data communication connection. Pedalsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen elektrischen Generator (57), wobei der Generator (57) einen Stator (59), einen relativ zum Stator (59) drehbar gelagerten Rotor (61) mit einem Kommutator (63) und einen den Kommutator (63) berührenden Schleifkontakt (65) umfasst, wobei der Schleifkontakt (65) an den Anschlusskontakt (40) angeschlossen ist, wobei der Generator (57) zumindest teilweise in den Pedalkörper (7) integriert ist; und/oder ferner umfassend eine an den Anschlusskontakt (40) angeschlossene Batterie (39).Pedal system (1) according to one of the preceding claims, further comprising an electrical generator (57), wherein the generator (57) comprises a stator (59), a rotor (61) rotatably mounted relative to the stator (59) with a commutator (63) and a sliding contact (65) touching the commutator (63), wherein the sliding contact (65) is connected to the connection contact (40), wherein the generator (57) is at least partially integrated into the pedal body (7); and/or further comprising a battery (39) connected to the connection contact (40).

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