Tretlager Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein eine Kraft- und/oder Drehmomentmessvorrichtung aufweis- endes Tretlager, insbesondere eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb.

Hintergrund der Erfindung

Tretlager der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE 10 2007 062 156 AI sowie aus der DE 10 2008 050 236 AI bekannt. Diese Tretlager verwenden zur Drehmomentmessung eine magnetisierte Hohlwelle, wobei ein in der Hohlwelle wirkendes Drehmoment deren magnetische Eigenschaften von außen, das heißt von einem nicht rotierenden Teil aus, messbar ändert. Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tretlager mit Kraft- und/oder Drehmo- mentsensorik gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich der Montagefreundlichkeit und Bauraumausnutzung weiterzuentwickeln.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Tretlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Insbesondere handelt es sich um ein

Tretlager mit

einer Antriebswelle, zwei die Antriebswelle lagernden Wälzlagern unterschiedlicher Dimensionierung,

einer axial zwischen den Wälzlagern angeordneten Messhülse zur Drehmomentmessung,

- einer in axialer Verlängerung der Messhülse angeordneten, mit dieser drehfest verbundenen, zur Verbindung mit einem Kettelblattträger vorgesehenen Abtriebshülse,

einer Gleitlagerung zwischen der Abtriebshülse und der Antriebswelle, einem stirnseitig der Messhülse angeordneten Encoder, welcher zur Drehzahl- und/oder Drehsinnmessung der Antriebswelle vorgesehen ist, einer die Messhülse koaxial umgebenden, hülsenförmigen Auswerteeinheit, welche mit der Messhülse sowie mit dem Encoder zusammenwirkt, wobei das der Abtriebshülse benachbarte Wälzlager kleinere Wälzkörper, jedoch einen größeren Teilkreisdurchmesser als das gegenüberliegende, dem Encoder benachbarte Wälzlager aufweist.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Tretlagers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen: Fig. 1 - 3 in verschiedenen Ansichten ein mit Kraftsensorik sowie mit und Drehzahloder zumindest Drehsinnsensorik ausgestattetes Tretlager,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines mit Kraftsensorik sowie mit

Drehzahl- oder zumindest Drehsinnsensorik ausgestattetes Tretlager, Fig. 5 ein Detail eines dritten Ausführungsbeispiels eines mit Kraftsensorik sowie mit Drehzahl- oder zumindest Drehsinnsensorik ausgestatteten Tretlagers. Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Tretlager weist alle Merkmale der Ansprüche 1 bis 3 auf und ist zum Einbau in ein Fahrrad mit elektrischem Antrieb vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Tretlagers 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen. Einander entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Tretlager weist eine hohle Antriebswelle 2 auf, an welcher zwei nicht dargestellte Pedale befestigbar sind. Die Antriebswelle 2 ist in zwei Gehäuseteilen 3,4, welche mit Bezugnahme auf FIG 1 ohne Beschränkung der Allgemeinheit als linkes Gehäuseteil 3 und rechtes Gehäuseteil 4 bezeichnet sind, mittels zweier Wälzlager 5,6 gelagert. Die beiden Gehäuseteile 3,4 sind in einem Rahmenteil 7 des Fahrrads nicht drehbar gelagert.

Das durch den Fahrer der Fahrrads von den beiden Pedalen in die Antriebswelle 2 eingeleitete Drehmoment wird an eine magnetisierte Messhülse 8 weitergeleitet, die die An- triebswelle 2 konzentrisch umgibt und einseitig, das heißt lediglich im Bereich einer ihrer Stirnseiten, drehfest mittels einer Verzahnung 9 mit der Antriebswelle 2 verbunden ist. Auf der zweiten, nicht mit der Antriebswelle 2 verbundenen Stirnseite der Messhülse 8 ist mit dieser eine Abtriebshülse 10 verbunden. Die Abtriebshülse 10, welche eine gerade Verlängerung der Messhülse 8 darstellt, ist drehfest verbunden mit einem Kettenblattträger 11, auf welchen in an sich bekannter Weise mindestens ein Kettenblatt des Fahrrads geschraubt wird. Auf der äußeren, den Wälzlagern 5,6 abgewandten Seite des Kettenblattträgers 11 befindet sich eine Kontermutter 12, welche den festen Sitz des Kettenblatträgers 11 sichert.

Im Übergangsbereich zwischen der Messhülse 8 und der Abtriebshülse 10 ist diese Anordnung aus Messhülse 8 und Abtriebshülse 10 mittels einer Gleitlagerung 13 auf der Antriebswelle 2 gelagert. Die Gleitlagerung 13 brauch lediglich geringe, drehmomentabhängige Verdrehungen zwischen der Antriebswelle 2 und der Messhülse 8 oder Abtriebshülse 10 aufzunehmen, da die Messhülse 8 selbst bei einem hohen über die Antriebswelle 2 aufgebrachten Drehmoment lediglich eine geringe Torsion von nicht mehr als höchstens einigen Grad aufweist.

Die Drehmomentbelastung innerhalb der Antriebswelle 2 sowie der Messhülse 8, welche kaum zu einer Torsion der Messhülse 8 führt, ist über geänderte magnetische Eigenschaften der Messhülse 8 detektierbar. Dieser zur Drehmomentmessung genutzte sogenannte magnetoelastische Effekt hat den Vorteil, dass sämtliche rotierenden, Drehmoment übertragenden Teile keine elektrischen Kontaktierungen zur Übertragung von Signalen oder elektrischer Leistung benötigen. Die Auswertesensensorik, mit welcher das in der Messhülse 8 wirkende Drehmoment detektiert wird, ist vielmehr in einer starr innerhalb des Rahmenteils 7 angeordneten Auswerteeinheit 14, auch als Bobin bezeich- net, angeordnet.

Die Auswerteeinheit 14 hat eine zur Antriebswelle 2 konzentrische hohlzylindrische Form und ist mittels einer Schnappkontur 15 am linken Gehäuseteil 3 und hierbei gegen Verdrehung gesichert. Gleichzeitig ist auf der in FIG 1 rechten, dem Kettenblattträger 11 zugewandten Seite der Auswerteeinheit 14 eine radial nach außen gerichtete Montagehilfskontur 16 vorhanden, welche eine Sicherung gegen Falschmontage der Auswerteeinheit 14 darstellt.

Zusätzlich zur Drehmomentmessung ermöglicht das Tretlager 1 auch eine Drehzahlmes- sung sowie eine Drehrichtungserkennung. Zu diesem Zweck ist auf der Antriebswelle 2 im Bereich axial zwischen dem linken Wälzlager 5, das heißt demjenigen Wälzlager, welches auf der dem Kettenblattträger 11 abgewandten Seite des Rahmenteils 7 angeordnet ist, und der die Antriebswelle 2 mit der Messhülse 8 koppelnden Verzahnung 9 ein Encoder 17 in Form einer eine Maßverkörperung tragenden Scheibe befestigt. Je nach physikalischem Prinzip der Drehzahl- und Drehrichtungsmessung kann die Maßverkörperung beispielsweise durch geometrische, optische und/oder magnetische Eigenschaften verwirklicht sein. In jedem Fall ist ein mit dem Encoder zusammenwirk- ender, in den FIG 1 bis 3 nicht gesondert erkennbarer Sensor in die Auswerteeinheit 14 integriert.

Jedes der Wälzlager 5,6 ist als Kugellager mit metallischen oder keramischen Kugeln 18,19 als Wälzkörper ausgebildet. Die Wälzlager 5,6 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Dimensionierung, wobei die Kugeln 18 des in FIG 1 linken Wälzlagers 5 größer sind als die Kugeln 19 des Wälzlagers 6, welches dem Kettenblattträger 11 benachbart ist. Letztgenanntes Wälzlager 6 überträgt eine in radialer Richtung auf die Antriebswelle 2 wirkende Belastung auf das Rahmenteil 7, wobei auch die Abtriebshülse 10 und die Gleitlagerung 13 im Kraftfluss liegen. Es existiert mindestens eine zur Antriebswelle 2 normale Ebene, welche sowohl die Gleitlagerung 13, die Abtriebshülse 10, als auch das Wälzlager 6, insbesondere dessen Kugeln 19, schneidet.

Das Ausführungsbeispiel nach FIG 4 unterscheidet sich hinsichtlich seiner Funktion nicht vom Ausführungsbeispiel nach den FIG 1 bis 3. Ein Kettenblattträger ist in FIG 4 nicht dargestellt, ist jedoch, ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach den FIG 1 bis 3, auf der in der Darstellung rechten Seite des Tretlagers 1 angeordnet. Eine für die Montage des Kettenblattträgers oder einer Riemenscheibe (im Fall eines Riemenantriebs) geeignete Kettenblattschnittstelle ist mit dem Bezugszeichen 20. Ein Gewinde 21 auf der Abtrieb- swelle 10 dient der Montage der in FIG 4 ebenfalls nicht dargestellten Kontermutter 12.

Zusätzlich zum Encoder 17 ist in FIG 4 der mit diesem zusammenwirkende, in der Auswerteeinheit 14 angeordnete Sensor, welcher in FIG 4 das Bezugszeichen 22 trägt, erkennbar. Der Sensor 22 ist an eine Leitung 23 angeschlossen. Ebenso sind elektrische Anschlüsse der mindestens einen Spule, welche eine wesentliche Komponente der Auswerteeinheit 14 darstellt und der Detektion von magnetischen Eigenschaften der Messhülse 8 dient, vorhanden. Eine elektrische Kontaktierung rotierender Teile ist jedoch prinzipbedingt nicht erforderlich. Unabhängig von der momentanen mechanischen Belastung der beiden mit der Antriebswelle 2 verbunden Tretkurbeln misst die Anordnung aus Messhülse 8 und Auswerteeinheit 14 stets die Summe des über beide Tretkurbeln in die Antriebswelle 2 eingeleiteten Drehmoments. An Stelle der Gleitlagerung 13 könnte alternativ eine Wälzlagerung, beispielsweise ein Nadellager, vorhanden sein. Eine solche Wälzlagerung der Messhülse 8 auf der Antriebswelle 2 stellt zwar keine Änderung des Messprinzips dar, ist aber geeignet, die Messgenauigkeit insbesondere in Betriebszuständen mit geringer Last weiter zu erhöhen, da kein Losbrechmoment, wie bei der Gleitlagerung 13, zu überwinden ist.

Im Ausführungsbeispiel nach FIG 5 befindet sich der Sensor 22 auf einer Ringplatine 24, welche eine Komponente der Auswerteeinheit 14 darstellt und mit dem übrigen, im We- sentlichen zylindrischen Teil der Auswerteeinheit 14 fest verbunden oder verbindbar ist. In jedem Fall handelt es sich bei der Ringplatine 24 um ein nicht rotierendes Teil. Bei der Montage der verschiedenen messtechnischen Komponenten des Tretlagers 1 ist die Möglichkeit gegeben, zunächst den Encoder 17 mit zugehörigem, auf der Ringplatine 24 angeordneten Sensor 22 auf der Welle 2 beziehungsweise fest relativ zum Gehäuseteil 3 und damit auch zum Außenring des Wälzlagers 5 zu montieren, bevor die weiteren Komponenten der Auswerteeinheit 14 montiert werden.

Das Tretlager 1 ist in jeder der erläuterten Ausführungsformen für Zweiräder mit motorischer Unterstützung, aber beispielsweise auch für Ergometer, geeignet.

Bezugszeichenliste

1 Tretlager

2 Antriebswelle

3 Gehäuseteil

4 Gehäuseteil

5 Wälzlager

6 Wälzlager

7 Rahmenteil

8 Messhülse

9 Verzahnung

10 Abtriebshülse

1 1 Kettenblattträger

12 Kontermutter

13 Gleitlagerung

14 Auswerteeinheit

15 Schnappkontur

16 Montagehilfskontur

17 Encoder

18 Kugel

19 Kugel

20 Kettenblattschnittstelle

21 Gewinde

22 Sensor

23 Leitung

24 Ringplatine