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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrradkurbelarmvorrichtung und eine Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung.
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An einigen Fahrradkomponenten sind Sensoren angebracht, um verschiedene Betriebscharakteristiken der Komponenten zu messen. Beispielsweise können Getriebeschaltsteuervorrichtungen an dem Betätigungskabelwicklungsmechanismus angebrachte Sensoren haben, um die momentane Betriebsstellung des Betätigungskabelwicklungselements zu erfassen. Die Position des Betätigungskabelwicklungselements stellt Information(en) über das momentane Getriebeverhältnis des Fahrradgetriebes zur Verfügung und diese Information(en) können durch eine Anzeige zu dem Fahrer kommuniziert werden. Bei einem anderen Beispiel können ein Magnet an einer der Speichen des Fahrradreifens und ein Sensor, wie etwa ein Reedschalter, mit dem Fahrradrahmen verbunden sein, so dass der Magnet bei jeder Umdrehung des Rads an dem Sensor vorbeiläuft. Der Sensor erzeugt folglich jedes Mal, wenn der Magnet an dem Sensor vorbeiläuft, einen elektrischen Impuls und die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Fahrrads zu bestimmen. In noch einem anderen Beispiel kann ein Kraftsensor, wie etwa ein Dehnungsmesser, an der Oberfläche einer Komponente, wie etwa einer Pedalkurbel oder einer Radnabe, befestigt sein, um das an der Komponente aufgebrachte Drehmoment zu messen. Die Information(en) des Sensors kann/können dann zum Berechnen der von dem Fahrer ausgeübten Leistung verwendet werden.
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US 2009/0120210 A1 offenbart eine Fahrradkurbelarmvorrichtung mit einem Kurbelarm, der einen Kurbelwellenmontageabschnitt und einen Pedalmontageabschnitt aufweist, und mit einer zwischen dem Kurbelwellenmontageabschnitt und dem Pedalmontageabschnitt angeordneten Leiterplattenmontagestruktur. Die Leiterplattenmontagestruktur weist eine Öffnung auf.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Fahrradkurbelarmvorrichtung und auf eine Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung gerichtet.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Fahrradkurbelarmvorrichtung einen Kurbelarm, der einen Kurbelwellenmontageabschnitt und einen Pedalmontageabschnitt aufweist, und einen elektrischen Verbinder. Eine Leiterplattenmontagestruktur (kann auch als Platinenmontagestruktur bezeichnet werden) ist zwischen dem Kurbelwellenmontageabschnitt und dem Pedalmontageabschnitt angeordnet, wobei die Leiterplattenmontagestruktur eingerichtet/ausgebildet ist, eine Messplatine lösbar zu halten. Die Leiterplattenmontagestruktur hat eine Öffnung und der elektrische Verbinder ist an der Öffnung angeordnet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fahrradkurbelarmvorrichtung weiter eine lösbar an der Öffnung montierte Abdeckung (oder Deckel). Vorzugsweise kann die Abdeckung zum Abdecken der Öffnung lösbar montiert werden.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Verbinder in der Öffnung angeordnet.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Verbinder an dem Kurbelarm innerhalb der Öffnung befestigt.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fahrradkurbelarmvorrichtung weiter eine an dem elektrischen Verbinder angebrachte elektrische Verdrahtung.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Verdrahtung innerhalb des (oder: in dem) Kurbelarms angeordnet.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kurbelarm einen Zahnkranzbefestigungsarm, wobei die Leiterplattenmontagestruktur an dem Zahnkranzbefestigungsarm angeordnet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung (kann auch als Fahrradeingangskraftverarbeitungsvorrichtung bezeichnet werden) einen Kurbelarm mit einem Kurbelwellenmontageabschnitt und einem Pedalmontageabschnitt sowie eine erste Messplatine mit einem daran befestigten ersten Sensor zum Messen einer ersten Eingabekraft (kann auch als Eingangskraft bezeichnet werden), wobei der Kurbelarm eine zwischen dem Kurbelwellenmontageabschnitt und dem Pedalmontageabschnitt angeordnete erste Leiterplattenmontagestruktur umfasst und dazu ausgebildet ist, die erste Messplatine lösbar zu halten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Sensor einen Dehnungsmesser.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Messplatine eine dem Kurbelarm zugewandte Fläche, wobei der Sensor zwischen der Fläche und dem Kurbelarm angeordnet ist.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform hat die Leiterplattenmontagestruktur eine Öffnung.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die erste Messplatine in der Öffnung montiert.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Öffnung einen Unterboden, so dass die Öffnung als eine Aussparung in dem Kurbelarm gebildet ist.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung einen Befestiger, der die erste Messplatine an der ersten Leiterplattenmontagestruktur befestigt.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst der Befestiger einen Befestiger mit Gewinde.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung weiter einen operativ mit dem ersten Sensor gekoppelten Sender zum Übertragen von Sensorsignalen.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform überträgt der Sender die Sensorsignale drahtlos.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Sender an der ersten Messplatine montiert.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Messplatine einen ersten elektrischen Verbinder, wobei der Kurbelarm einen zweiten elektrischen Verbinder umfasst, der zum lösbaren Verbinden mit dem ersten elektrischen Verbinder aufgebaut ist.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der zweite elektrische Verbinder an der Öffnung angeordnet.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung weiter eine an dem zweiten elektrischen Verbinder angebrachte elektrische Verdrahtung.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Verdrahtung innerhalb des (oder in dem) Kurbelarms angeordnet.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung weiter eine mit der elektrischen Verdrahtung verbundene Stromquelle.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung weiter eine zum Befestigen an dem Kurbelwellenmontageabschnitt ausgebildete Kurbelwelle, wobei die Kurbelwelle einen Hohlabschnitt umfasst und wobei die Stromquelle in dem Hohlabschnitt angeordnet ist.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Stromquelle dazu ausgebildet, an beiden Enden der Kurbelwelle lösbar mit der elektrischen Verdrahtung verbunden zu werden.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kurbelarm eine zweite Leiterplattenmontagestruktur und die Vorrichtung umfasst weiter eine zweite Messplatine mit einem daran befestigten zweiten Sensor zum Messen einer zweiten Eingabekraft (kann auch als Eingangskraft bezeichnet werden), wobei die zweite Leiterplattenmontagestruktur zum lösbaren Halten der zweiten Messplatine ausgebildet ist.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die erste Messplatine an einer seitlich inneren Seite des Kurbelarms angeordnet, wobei die zweite Messplatine an einer seitlich äußeren Seite des Kurbelarms angeordnet ist.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die erste Messplatine an einer oberen Seite des Kurbelarms angeordnet, wobei die zweite Messplatine an einer unteren Seite des Kurbelarms angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die oben genannte Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung entsprechend dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Fahrradkurbelarmvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Wenn eine Messplatine an der Leiterplattenmontagestruktur montiert ist, bildet die resultierende Kombination eine Fahrradeingabekraftverarbeitungsvorrichtung. Zusätzlich erfinderische Merkmale werden durch die unten stehende Beschreibung offenbart und solche Merkmale können mit den obigen Merkmalen kombiniert werden, um zusätzliche Vorteile zu erlangen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades, das bestimmte Ausführungsformen von elektrisch gesteuerten Fahrradkomponenten enthält;
- 2 ist eine Detailansicht von bestimmten Ausführungsformen von an der Lenkstange montierten Komponenten des Fahrrades;
- 3 ist eine schematische Ansicht von bestimmten Ausführungsformen von Kurbelarmen und einer Kurbelwelle des Fahrrades;
- 4 ist eine schematische Ansicht von bestimmten Ausführungsformen von Messplatinen und einer jeweils an den Kurbelarmen und der Kurbelwelle befestigten Stromquelle;
- 5 ist eine Perspektivansicht einer bestimmten Ausführungsform einer Messplatine;
- 6 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Messplatine mit einer angebrachten Steuer- und Kommunikationsschaltung;
- 7 ist eine Perspektivansicht einer bestimmten Ausführungsform einer Stromquelle;
- 8 ist eine schematische Ansicht einer Messplatinenanordnung zum Messen eines Antriebsdrehmoments;
- 9 ist eine schematische Ansicht einer Messplatinenanordnung zum Messen einer außerplanaren Kraft;
- 10 ist eine schematische Ansicht einer Messplatinenanordnung zum Messen einer Radialkraft; und
- 11 ist eine schematische Ansicht einer Messplatinenanordnung zum Messen eines Torsionsmoments.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades 4, das bestimmte Ausführungsformen von elektrisch gesteuerten Komponenten enthält. Das Fahrrad 4 ist ein Sportfahrrad, wie etwa ein Mountainbike, und umfasst einen Rahmen 8, eine drehbar an dem Rahmen 8 montierte Vordergabel 12, eine an dem oberen Teil der Gabel 12 montierte Lenkeranordnung 16, ein drehbar an dem unteren Teil der Gabel 12 angebrachtes Vorderrad 20, ein drehbar an der Hinterseite des Rahmens 8 angebrachtes Hinterrad 24, ein vorderes Getriebe 28, ein hinteres Getriebe 32, eine operativ an das vordere Getriebe 28 und das hintere Getriebe 32 gekoppelte Kette 34 und einen Sattel 38. Eine Vorderradbremse 42 zum Bremsen des Vorderrads 20 und eine Hinterradbremse 46 zum Bremsen des Hinterrades 24 sind vorgesehen. Wie in 2 gezeigt, sind jeweilige Griffe 50a, 50b und Bremshebel 54a, 54b an beiden Enden der Lenkeranordnung 16 vorgesehen. Der Bremshebel 54a ist mit der Vorderradbremse 42 zum Bremsen des Vorderrades 20 verbunden und der Bremshebel 54b ist zum Bremsen des Hinterrades 24 mit der Hinterradbremse 46 verbunden.
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Das vordere Getriebe 28 ist eine mechanische Einheit, die an dem zentralen unteren Teil des Rahmens 8 zum Übertragen der von dem Fahrer erzeugten Antriebskraft zu dem hinteren Getriebe 32 über die Kette 34 angebracht ist. Das vordere Getriebe 28 umfasst drei Zahnkränze 58 verschiedener Größen und einen Umwerfer 62. Die drei Zahnkränze 58 sind auf einer Getriebekurbel 66 angebaut, die gedreht wird, wenn der Fahrer die Pedale 70 und 72 drückt. Die Getriebekurbel 66 umfasst eine Kurbelwelle 74, die horizontal und drehbar durch ein Tretlager des Rahmens 8 hindurch läuft, einen rechten Kurbelarm 82 und einen linken Kurbelarm 86. Ein erster Endabschnitt des rechten Kurbelarms 82 umfasst eine Wellenmontageöffnung 82a (3) zum Montieren des rechten Kurbelarms 82 an der Kurbelwelle 74 und ein zweiter Endabschnitt des rechten Kurbelarms 82 umfasst eine Pedalmontageöffnung 82b zum Montieren des Pedals 70. Die Zahnkränze 58 sind an dem rechten Kurbelarm 82 angebracht. Ein erster Endabschnitt des linken Kurbelarms 86 umfasst eine Wellenmontageöffnung 86a zum Montieren des linken Kurbelarms 86 an der Kurbelwelle 74 und ein zweiter Endabschnitt des linken Kurbelarms 86 umfasst eine Pedalmontageöffnung 86b zum Montieren des Pedals 72. Der vordere Umwerfer 62 greift mit einem der drei Zahnkränze in die Kette 34 ein und kann durch einen Motor (nicht gezeigt) bewegt werden, der von einer an der Lenkeranordnung 16 montierten Steuereinheit 90 gesteuert wird.
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Das hintere Getriebe 32 überträgt die Antriebskraft von der Kette 34 zu dem Hinterrad 24. Das hintere Getriebe 32 umfasst eine hintere Zahnkranzgruppe 94 und ein Schaltwerk 98. Die hintere Zahnkranzgruppe 94 umfasst eine Mehrzahl von Zahnkränzen 102, die konzentrisch mit dem Nabenabschnitt des Hinterrads 24 montiert sind. Das Schaltwerk 98 greift an die Kette 34 mit einem Ausgewählten der Zahnkränze 102 und kann von einem Motor (nicht gezeigt) bewegt werden, der von der Steuereinheit 90 gesteuert wird.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Steuereinheit 90 ein kastenartiges Gehäuse 106. Eine Anzeigeeinheit 110, ein An-/Ausschalter 114 und ein Modusschalter 118 sind auf der oberen Fläche des Gehäuses 106 angeordnet. Schaltkommandoeinheiten 122a, 122b sind einwärts an den Griffen 50a, 50b und den Bremshebeln 54a, 54b jeweils vorgesehen und die Steuereinheit 90 ist operativ mit den Schaltkommandoeinheiten 122a, 122b verbunden. Die Schaltkommandoeinheiten 122a, 122b werden jeweils zum Schalten des vorderen Getriebes 28 und des hinteren Getriebes 32 verwendet. Die Steuereinheit 90 ist mit dem vorderen Getriebe 28 und dem hinteren Getriebe 32 mittels einer Verbindungseinheit 126 (1) verbunden.
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Wie in 3 gezeigt, ist eine erste Leiterplattenmontageöffnung 82c bei dieser Ausführungsform an einer seitlich inneren Seitenfläche 82d des Kurbelarms 82 gebildet und eine zweite Leiterplattenmontageöffnung 82e ist an einer seitlich äußeren Seitenfläche 82f des Kurbelarms 82 gebildet. Die erste Leiterplattenmontageöffnung 82c und die zweite Leiterplattenmontageöffnung 82e enthalten jeweilige Unterböden 82g und 82h, so dass die erste Leiterplattenmontageöffnung 82c und die zweite Leiterplattenmontageöffnung 82e als Aussparungen in der seitlich inneren Seitenfläche 82d und der seitlich äußeren Seitenfläche 82f gebildet sind.
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Dabei bedeutet die innere Seite die Seite des Kurbelarms, die dem Fahrradrahmen zugewandt ist, wenn der Kurbelarm an dem Fahrrad angebracht ist, die äußere Seite die Seite des Kurbelarms, die dem Fahrradrahmen abgewandt ist, die Oberseite die Seite des Kurbelarms, die nach oben zeigt, wenn der Kurbelarm allgemein horizontal ausgerichtet ist, wobei die äußere Seite des Kurbelarms in Richtung des Betrachters zeigt und die Wellenmontageöffnung links ist, und die Unterseite die Seite des Kurbelarms, die nach unten zeigt, wenn der Kurbelarm allgemein horizontal orientiert ist, wobei die äußere Seite des Kurbelarms dem Betrachter zugewandt ist und sich die Wellenmontageöffnung links befindet.
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Erste Leiterplattenmontagestrukturen 130 sind innerhalb der ersten Leiterplattemontageöffnung 82c angeordnet, und zweite Leiterplattenmontagestrukturen 134 sind innerhalb der zweiten Leiterplattemontageöffnung 82e angeordnet. Die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 130 und 134 sind ausgelegt, entsprechende Messplatinen 138 (4 und 5) an dem Kurbelarm 82 an den jeweiligen ersten und zweiten Leiterplattemontageöffnungen 82c und 82e lösbar zu montieren. Die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 130 und 134 können als zusammenhängende, einstückige Strukturen mit dem Kurbelarm 82 gebildet sein oder als getrennte Strukturen an den Kurbelarm 82 geschweißt oder auf andere Art damit verbunden oder daran befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform sind die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 130 und 134 als zylindrische Säulen oder eine andere Art von Vorsprüngen oder Ausstülpungen konstruiert. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, können die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 130 und 134 weitere Leiterplattemontageöffnungen 130a und 134a umfassen, die weitere Leiterplattenmontagestrukturen in Form von Gewinden 130b und 134b enthalten. Mit anderen Worten können die ersten Leiterplattenmontagestrukturen 130 und die zweiten Leiterplattenmontagestrukturen als Gewindemuttern gebildet sein.
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Wie in 5 gezeigt, kann die Messplatine 138 eine Basisplatte 142, die eine obere Fläche 142a und eine untere Fläche 142b aufweist, einen an der oberen Fläche 142a zum Messen einer Eingabekraft (kann auch als Eingangskraft bezeichnet werden) angeordneten Sensor 146, einen durch eine Verdrahtung 154 mit dem Sensor 146 verbundenen elektrischen Verbinder 150 und Montageöffnungen 158 in Form von Durchgangslöchern umfassen. Die Basisplatte 142 kann eine gedruckte Leiterplatte oder ein Halbleiter, eine metallene oder eine andere leitfähige oder nicht leitfähige starre oder flexible Folie sein. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Sensor 146 einen Dehnungsmesser (z. B. eine Mehrzahl von als Wheatstone-Brücke angeordneten Widerständen), der an der Basisplatte 142 angebracht oder als ein Teil der Basisplatte 142 gebildet sein kann. Der Sensor 146 kann wenigstens teilweise aus einem Halbleitermaterial zum Erfassen der Dehnung auf die Basisplatte 142 gebildet sein. Andere Aufbauten des Sensors 146 und der Basisplatte 142 werden, abhängig von dem verwendeten Material, natürlich genauso einfach verstanden werden.
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Wie in 4 gezeigt, kann jede Messplatine 138 an ihren entsprechenden ersten oder zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 130 oder 134 mittels gewindeter Befestiger, wie etwa Schrauben 162, die sich durch die Montageöffnungen 158 in der Basisplatte 142 und in ihre entsprechenden ersten oder zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 130 oder 134 erstrecken, lösbar montiert sein. Wenn gewünscht, können die ersten und zweiten Leiterplattenmontageöffnungen 82c und 82e abgestufte Abschnitte 82i und 82j haben, so dass die Messplatinen 138 innerhalb ihrer jeweiligen Montageöffnungen 82c und 82e angeordnet und die unteren Flächen 142b der Messplatine 138 mit ihren entsprechenden inneren Seitenflächen 82d und äußeren Seitenflächen 82f des Kurbelarms 82 bündig sind. Wie in 3 gezeigt, können lösbare Deckel (oder Abdeckung) 166 die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 82c und 82e abdecken, wenn eine Messplatine 138 nicht in einer entsprechenden ersten oder zweiten Leiterplattenmontageöffnung 82c oder 82e montiert ist. Bei dieser Ausführungsform können die Montageöffnungen 82c und 82e durch ihre jeweiligen Messplatinen 138 abgedichtet sein.
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Wie in 3 gezeigt, ist bei dieser Ausführungsform eine erste Leiterplattenmontageöffnung 86c an einer seitlich inneren Seitenfläche 86d des Kurbelarms 86 gebildet und eine zweite Leiterplattenmontageöffnung 86e ist an einer seitlich äußeren Seitenfläche 86f des Kurbelarms 86 gebildet. Die erste Leiterplattenmontageöffnung 86c und die zweite Leiterplattenmontageöffnung 86e enthalten jeweilige Unterböden 86g und 86h, so dass die erste Leiterplattenmontageöffnung 86c und die zweite Leiterplattenmontageöffnung 86e als Aussparungen in der jeweils seitlich inneren Seitenfläche 86d und der seitlich äußeren Seitenfläche 86f gebildet sind. Die ersten Leiterplattenmontagestrukturen 170 sind innerhalb der ersten Leiterplattenmontageöffnung 86c angeordnet und die zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 174 sind innerhalb der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 86e angeordnet. Die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 170 und 174 können als zusammenhängende, einstückige Strukturen mit dem Kurbelarm 86 gebildet sein oder sie können als separate Strukturen an den Kurbelarm geschweißt oder auf andere Art damit verbunden oder daran befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform sind die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 170 und 174, wie die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 130 und 134, als zylindrische Säulen oder andere Formen von Vorsprüngen oder Ausstülpungen mit weiteren Leiterplattenmontageöffnungen 170a und 174a gebildet, die weitere Leiterplattenmontagestrukturen in Form von Gewinden 170b und 174b enthalten.
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Wie in 4 gezeigt, sind die ersten Leiterplattenmontagestrukturen 170 ausgelegt/eingerichtet, eine Messplatine 178 (6) an einer seitlich inneren Seitenfläche 86d des Kurbelarms 86 an der ersten Leiterplattenmontageöffnung 86c lösbar zu montieren, und die zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 174 sind ausgelegt/eingerichtet, eine vorher beschriebene Messplatine 138 an einer seitlich äußeren Seitenfläche 86f des Kurbelarms 86 an der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 86e lösbar zu montieren. Wie in 6 gezeigt, kann die Messplatine 178 eine Basisplatte 182 mit einer oberen Fläche 182a und einer unteren Fläche 182b, einen an der oberen Fläche 182a zum Messen einer Eingabekraft (kann auch als Eingangskraft bezeichnet werden) angeordneten Sensor 186, ein an der unteren Fläche 182b montiertes Steuer- und Kommunikationsteil 190 und Montageöffnungen 194 in Form von Durchgangslöchern umfassen. Ein ähnliches Durchgangsloch (nicht gezeigt), das entlang der rechtsseitigen Montageöffnung 194 ausgerichtet ist, ist in dem Steuer- und Kommunikationsteil 190 angeordnet. Das Steuer- und Kommunikationsteil 190 umfasst ein Gehäuse 190a und eine Steuer- und Kommunikationsschaltung 192 innerhalb des Gehäuses 190a. Das Gehäuse 190a kann aus Harz gefertigt sein, um die Übertragung von elektromagnetischen Wellen hindurch zu erleichtern. Das Steuer- und Kommunikationsteil 190 kann an der oberen Fläche 182a der Basisplatte 182 angeordnet sein, wobei in diesem Fall die Basisplatte 182 oder der Kurbelarm 86 aus einem nicht-metallischen Material gefertigt sein können, oder das Steuer- und Kommunikationsteil 190 kann an der unteren Fläche 182b der Basisplatte 182 angeordnet sein.
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Wie bei der Messplatine 138 kann die Basisplatte 182 eine gedruckte Leiterplatte oder ein Halbleiter, eine metallene oder eine andere leitfähige oder nicht leitfähige starre oder flexible Folie sein. Der Sensor 186 umfasst einen Dehnungsmesser (z. B. eine Mehrzahl von als Wheatstone-Brücke angeordneten Widerständen), der an der Basisplatte 182 angebracht oder als ein Teil der Basisplatte 182 gebildet sein kann. Der Sensor 186 kann wenigstens teilweise aus einem Halbleitermaterial gebildet sein, um die Dehnung auf die Basisplatte 142 zu erfassen. Der Sensor 186 ist operativ mit dem Steuer- und Kommunikationsteil 190 durch eine Verdrahtung 198 gekoppelt, wobei ein elektrischer Verbinder 202 elektrisch mit dem Steuer- und Kommunikationsteil 190 durch eine Verdrahtung 206 verbunden ist. Die Verdrahtung 206 verläuft durch ein Durchgangsloch 193 in der Basisplatte 182.
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Die Steuer- und Kommunikationsschaltung 192 kann einen Mikroprozessor umfassen, der programmiert ist, die an den Kurbelarmen 82 und 86 aufgebrachte Kraft oder Leistung, basierend auf den von den Sensoren 146 und 186 empfangenen Signalen, auf an sich bekannte Weise zu berechnen. Die Steuer- und Kommunikationsschaltung 192 umfasst auch einen Sender 192a, der die Sensorsignale und/oder berechneten Daten drahtlos zu der Steuereinheit 90 überträgt.
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Wie in 4 gezeigt, kann die Messplatine 178 an den ersten Leiterplattenmontagestrukturen 170 mittels gewindeter Befestiger, wie etwa Schrauben 162, die sich durch die Befestigungsöffnungen 194 in der Basisplatte 182 (genauso wie durch die ausgerichteten Öffnungen in dem Steuer- und Kommunikationsteil 190) und in die ersten Leiterplattenmontagestrukturen 170 erstrecken, lösbar montiert sein, und die Messplatine 138 kann an den zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 174 mittels gewindeter Befestiger, wie etwa Schrauben 162, die sich durch die Montageöffnungen 158 in der Basisplatte 142 und in die zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 174 erstrecken, lösbar montiert sein. Wenn gewünscht, können die ersten und zweiten Leiterplattenmontageöffnungen 86c und 86e jeweilige abgestufte Abschnitte 86i und 86j aufweisen, so dass die Messplatinen 178 und 138 innerhalb ihrer jeweiligen Befestigungsöffnungen 86c und 86e angeordnet und die unteren Flächen 182b und 142b der jeweiligen Messplatinen 178 und 138 mit ihren entsprechenden inneren Seitenflächen 86d und äußeren Seitenflächen 86f des Kurbelarms 86 bündig sind. Wie in 3 gezeigt, können lösbare Deckel (oder Abdeckungen) 166 die ersten und zweiten Leiterplattenmontageöffnungen 86c und 86e abdecken, wenn eine Messplatine 178 oder 138 nicht an ihrer entsprechenden ersten oder zweiten Leiterplattenmontageöffnung 86c oder 86e montiert ist.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist ein erster Kabelstrang 210 wenigstens teilweise in einer Hohlkammer 214 in dem Kurbelarm 82 angeordnet und ein zweiter Kabelstrang 218 ist wenigstens teilweise in einer Hohlkammer 222 in dem Kurbelarm 86 angeordnet. Der erste Kabelstrang 210 umfasst ein Drahtbündel 226, einen ersten elektrischen Verbinder 230, einen zweiten elektrischen Verbinder 234 und einen dritten elektrischen Verbinder 238. Bei dieser Ausführungsform ist der erste elektrische Verbinder 230 an dem Unterboden 82g der ersten Leiterplattenmontageöffnung 82c starr montiert, so dass er zu der ersten Leiterplattenmontageöffnung 82c freiliegt und der zweite elektrische Verbinder 234 ist an dem Unterboden 82h der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 82e starr montiert, so dass er zu der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 82e freiliegt. Der elektrische Verbinder 150 der Messplatine 138 an der ersten Leiterplattenmontageöffnung 82c ist mit dem ersten elektrischen Verbinder 230 verbunden und der elektrische Verbinder 150 der Messplatine 138 an der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 82e ist mit dem zweiten elektrischen Verbinder 234 verbunden. Wenn gewünscht, können der erste elektrische Verbinder 230 und der zweite elektrische Verbinder 234 die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen allein oder in Kombination mit ihren jeweiligen ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 130 und 134 bilden, insbesondere wenn einer oder beide elektrischen Verbinder 150 mit ihren entsprechenden Basisplatten 142 starr verbunden sind. Die Hohlkammer 214, die erste Leiterplattenmontageöffnung 82c und die zweite Leiterplattenmontageöffnung 82e können miteinander in Fluidverbindung stehen (d.h. eine zusammenhängende Öffnung bilden).
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Der zweite Kabelstrang 218 umfasst ebenso ein Drahtbündel 242, einen ersten elektrischen Verbinder 246, einen zweiten elektrischen Verbinder 250 und einen dritten elektrischen Verbinder 254. Bei dieser Ausführungsform ist der erste elektrische Verbinder 246 an dem Unterboden 86g der ersten Leiterplattenmontageöffnung 86c starr montiert, so dass er zu der ersten Leiterplattenmontageöffnung 86c freiliegt, und der zweite elektrische Verbinder 250 ist an dem Unterboden 86h der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 86e starr montiert, so dass er zu der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 86e freiliegt. Der elektrische Verbinder 202 der Messplatine 178 an der ersten Leiterplattenmontageöffnung 86c ist mit dem ersten elektrischen Verbinder 246 verbunden, und der elektrische Verbinder 150 der Messplatine 138 an der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 86e ist mit dem zweiten elektrischen Verbinder 250 verbunden. Wenn gewünscht, können der erste elektrische Verbinder 246 und der zweite elektrische Verbinder 250 die ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen allein oder in Kombination mit ihren jeweiligen ersten und zweiten Leiterplattenmontagestrukturen 170 und 174 bilden, insbesondere wenn der elektrische Verbinder 202 an seiner entsprechenden Basisplatte 182 starr montiert ist und/oder wenn der elektrische Verbinder 150 an seiner entsprechenden Basisplatte 142 starr montiert ist. Die Hohlkammer 222, die erste Leiterplattenmontageöffnung 86c und die zweite Leiterplattenmontageöffnung 86e können miteinander in Fluidverbindung stehen (d.h. eine zusammenhängende Öffnung bilden).
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Wie in den 4 und 7 gezeigt, ist eine Stromquelle, wie etwa eine Batterieeinheit 258, in einer Hohlkammer 262 in der Kurbelwelle 74 angeordnet. Die Batterieeinheit 258 umfasst ein zylindrisches Batteriegehäuse 266, das eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen (nicht gezeigt) beherbergt, einen ersten elektrischen Verbinder 270, der mittels einer Verdrahtung 274 an das Batteriegehäuse 266 gekoppelt ist, und einen zweiten elektrischen Verbinder 278, der mittels einer Verdrahtung 282 an das Batteriegehäuse 266 gekoppelt ist. Der erste elektrische Verbinder 270 ist mit dem dritten elektrischen Verbinder 238 des ersten Kabelstrangs 210 verbunden, um die Betriebsleistung an die Messplatinen 138 an den ersten und zweiten Leiterplattenmontageöffnungen 82c und 82e des rechten Kurbelarms 82 zu übertragen und um die Sensorsignale von den Sensoren 146 auf den Messplatinen 138 an den ersten und zweiten Leiterplattenmontageöffnungen 82c und 82e mittels Bypassverdrahtung in dem Batteriegehäuse 266 (nicht gezeigt) zu übertragen. Der zweite elektrische Verbinder 278 ist mit dem dritten elektrischen Verbinder 254 des zweiten Kabelstrangs 218 verbunden, um die Betriebsleistung zu den Messplatinen 178 und 138 an den ersten und zweiten Leiterplattenmontageöffnungen 86c und 86e des linken Kurbelarms 86 zu übertragen und um die Sensorsignale von den Sensoren 146 auf den Messplatinen 138 an den ersten und zweiten Leiterplattenmontageöffnungen 82c und 82e des rechten Kurbelarms 82 zu dem Steuer- und Kommunikationsteil 190 zu übertragen. Der Kabelstrang 218 überträgt auch die Sensorsignale von dem Sensor 146 auf der Messplatine 138 an der zweiten Leiterplattenmontageöffnung 86e des linken Kurbelarms 86 zu dem Steuer- und Kommunikationsteil 190.
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Die hierin offenbarte Sensorbefestigungsanordnung hat viele Verwendungen. Wie beispielsweise in 8 gezeigt, kann das Antriebsdrehmoment Fθ erfasst und verarbeitet werden, indem die Messplatinen 138 (oder 178), wie gezeigt, auf der oberen und unteren Seitenfläche 82m, 82n des Kurbelarms 82 montiert sind, so dass der auf der oberen Seitenfläche 82m montierte Sensor eine Dehnung erfasst (angedeutet durch Pfeile) und der auf der unteren Seitenfläche 82n montierte Sensor eine Kompression erfasst. Wie in 9 gezeigt, können außerplanare Kräfte FZ erfasst und verarbeitet werden, indem die Messplatinen 138 (oder 178), wie gezeigt, auf der seitlich inneren und äußeren Seitenfläche 82d, 82f des Kurbelarms 82 montiert sind, so dass der auf der inneren Seitenfläche 82d montierte Sensor eine Kompression und der auf der äußeren Seitenfläche 82f montierte Sensor eine Dehnung (oder Umgekehrt) erfasst. Wie in 10 gezeigt, können Kräfte Fr , die radial auswärts entlang der Längsachse des Kurbelarms 82 gerichtet sind, erfasst und verarbeitet werden, indem die Messplatinen 138 (oder 178), wie gezeigt, auf der oberen und unteren Seitenfläche 82m, 82n des Kurbelarms 82 montiert sind, so dass der auf der oberen Seitenfläche 82m montierte Sensor eine Dehnung und der auf der unteren Seitenfläche 82n montierte Sensor eine Kompression erfasst. Wie in 11 gezeigt, können Torsionsmomente M (verursacht von einer Pedalachse 286) erfasst und verarbeitet werden, indem eine Messplatine 138 (oder 178), wie gezeigt, diagonal auf der seitlich äußeren Seitenfläche 82f des Kurbelarms 82 zum Erfassen diagonal orientierter Spannungskräfte montiert ist.
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Während Obiges eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen und Erfindungsmerkmale ist, können weitere Modifikationen angewandt werden, ohne den Geist und den Schutzrahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Während beispielsweise die ersten und zweiten Kabelstränge 210 und 218 jeweils innerhalb der Hohlkammern 214 und 222 der Kurbelarme 82 und 86 angeordnet sind, können die jeweiligen ersten und zweiten Kabelstränge 210 und 218 direkt in die entsprechenden ersten und zweiten Kurbelarme 82 oder 86 eingegossen sein. Alternativ können der erste und zweite Kabelstrang 210 und 218 teilweise oder vollständig ausserhalb des ersten und zweiten Kurbelarms 82 und 86 angeordnet sein, wobei die Verbinder 150 und 202 nicht starr mit den Unterböden der jeweiligen Leiterplattenmontageöffnungen verbunden sein müssen. Ebenso kann die Batterieeinheit 258 teilweise oder vollständig außerhalb der Kurbelwelle 78 angeordnet sein.
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Die Leiterplattenmontageöffnungen 82c, 82e, 86c und 86e können weggelassen werden und die Messplatinen 138 und/oder 178 können an Leiterplattenmontagestrukturen, wie etwa Ausstülpungen, Leiterplattenmontagestrukturen (z. B. Gewinde), die in den Leiterplattenmontageöffnungen auf der Seite des Kurbelarms angeordnet sind, Leiterplattenmontagestrukturen, die an den an dem Kurbelarm angeordneten Verbindern befestigt sind, usw., montiert sein. Während die Messplatinen 138 und/oder 178 an der rechten Kurbel 82 und/oder linken Kurbel 86 befestigt sind, können die Messplatinen 138 und/oder 178 an jeder solchen Leiterplattenmontagestruktur 290 (10), die an einem Zahnkranzbefestigungsarm (Spinnenarm) 294 angeordnet ist, der der rechten Kurbel 82 zugeordnet ist, mit oder ohne entsprechende Aussparungen, montiert sein. Während die Messplatinen 138 und 178 mit jeweils einem Sensor 146 und 186 dargestellt worden sind, können die Messplatinen 138 und 178 auch jeweils mehrere Sensoren enthalten.
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Die Größe, Form, Anordnung und/oder Orientierung der verschiedenen Komponenten kann wie gewünscht verändert werden. Komponenten, die direkt miteinander in Kontakt oder miteinander verbunden dargestellt sind, können dazwischen angeordnete Zwischenstrukturen haben. Die Funktionen eines Elements können von zwei Elementen durchgeführt werden, und umgekehrt. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform können bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden. Es ist nicht notwendig, dass alle Vorteile in einer speziellen Ausführungsform zur selben Zeit enthalten sind. Jedes Merkmal, das allein oder in Kombination mit anderen Merkmalen einzigartig gegenüber dem Stand der Technik ist, sollte ebenso bei einer getrennten Beschreibung weiterer Erfindungen der Anmelderin berücksichtigt werden, einschließlich der strukturellen und funktionalen Konzepte, die durch diese Merkmale verkörpert werden. Daher wird der Schutzrahmen der Erfindung nicht durch die offenbarten spezifische Strukturen oder den offensichtlichen anfänglichen Schwerpunkt auf eine spezielle Struktur oder eine spezielles Merkmal beschränkt.
