DE102022115958B4 - Pedal system for a bicycle - Google Patents
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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.
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
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.
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1 zeigt ein Pedalsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Pedalkörpers aus1 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.
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1 shows a pedal system according to an embodiment of the invention. -
2 shows a cross-sectional view of a pedal body made of1 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
Die Pedalachse 3 kann auch als Teil des Pedalsystems 1, insbesondere des Pedalkörpers 7, ausgeführt sein.The
In den Pedalkörper 7 ist ein Fixiermechanismus 11 zum Fixieren eines Schuhs 13 (siehe
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
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
Die Gegenstückteile 21 können durch einen Luftspalt 23 voneinander und/oder vom Dauermagneten 15 getrennt sein.The
In der Fixierstellung (siehe
In der Freigabestellung (siehe
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
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
Ein alternativer magnetischer Fixiermechanismus 11 mit gleicher oder ähnlicher Wirkung ist in
Die Dauermagneten 15a, 15b können beispielweise stab-, scheiben- oder ringförmig ausgeführt sein.The
In der Freigabestellung (siehe
In der Fixierstellung (siehe
Entgegen den Darstellungen in
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
Zur elektrischen Ansteuerung des Fixiermechanismus 11, genauer des Aktors 17, kann der Pedalkörper 7 eine Steuereinheit 33 umfassen (siehe
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
- • 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
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
Optional kann die Batterie 39 an einen teilweise oder vollständig in den Pedalkörper 7 integrierten elektrischen Generator 57 (siehe
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
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
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.
- • 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 15, 15a, 15b, which can be moved by an electric actuator 17.permanent magnet
Die Bedienung des Pedalsystems 1 kann beispielsweise entsprechend der folgenden Tabelle ablaufen.
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
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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022115958.2A DE102022115958B4 (en) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | Pedal system for a bicycle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022115958.2A DE102022115958B4 (en) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | Pedal system for a bicycle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022115958A1 DE102022115958A1 (en) | 2023-12-28 |
DE102022115958B4 true DE102022115958B4 (en) | 2024-05-23 |
Family
ID=89075529
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022115958.2A Active DE102022115958B4 (en) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | Pedal system for a bicycle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022115958B4 (en) |
Citations (6)
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-
2022
- 2022-06-27 DE DE102022115958.2A patent/DE102022115958B4/en active Active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102022115958A1 (en) | 2023-12-28 |
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