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Die Erfindung betrifft ein Sensortretlager in einem ein erstes und ein zweites Rahmenrohr aufweisenden Rahmen eines Fahrrads, wobei das erste Rahmenrohr quer zur Längsachse des Fahrrads liegt und das zweite Rahmenrohr senkrecht zu dem ersten Rahmenrohr verläuft und in diesem mündet, welches Sensortretlager eine Tretlagerwelle, zwei in axialem Abstand auf der Tretlagerwelle liegende Wälzlagern, eine zwischen den Wälzlagern angeordnete Hülse und mindestens einen Sensor in dem ersten Rahmenrohr umfasst, wobei zur Darstellung eines Anschlusskontakts im zweiten Rahmenrohr eine mit dem Sensor elektrisch verbundene Verbindungsleitung verläuft.
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Klassische Tretlageranordnungen, wie sie im Zusammenhang mit Fahrrädern verwendet werden, sind aus der Firmenschrift der FAG Industrial Bearings AG: FAG Wälzlager: Der Klassiker mit Zukunft - FAG Tretlager - millionenfach bewährt. Schweinfurt, [2001] (WL 05114/5DA/97/7/01). 8 S. bekannt. Diese umfassen im Wesentlichen eine Tretlagerwelle und zwei Tretlager, die mit axialem Abstand zueinander verlaufen und die Tretlagerwelle in einem ersten Rahmenrohr, das quer zur Längsrichtung des Fahrrads verläuft, lagern. Die axiale Festlegung der Wälzlager im ersten Rahmenrohr erfolgt über von der Tretlagerwelle durchgriffene Muttern oder Presshülsen, welche die Enden des ersten Rahmenrohrs verschließen, wenn die Tretlagerwelle und die Wälzlager ihre Endlage im ersten Rahmenrohr gefunden haben.
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Wie in der eben benannten Broschüre beschrieben, können zur Erleichterung der Montage eine der beiden Muttern oder Presshülsen, die Tretlagerwelle und die beiden Wälzlager eine vorgefertigte Einheit bilden. In diesem Fall sind die Tretlagerwelle, die beiden Wälzlager und eine der beiden Muttern oder eine der beiden Presshülsen mit einer Hülse verbunden. Zur Komplettierung des Tretlagers wird diese Einheit von einer Seite des ersten Rahmenrohres eingeschraubt oder eingepresst. Sodann wird von der anderen Seite des ersten Rahmenrohres, zur Kapselung der Wälzlager innerhalb des ersten Rahmenrohres, in das erste Rahmenrohr die zweite Mutter geschraubt bzw. die zweite Presshülse gepresst. Um eine zusätzliche Abdichtung der Wälzlager herbeizuführen, ist es bei vorgefertigten Einheiten üblich, dass die zweite Mutter bzw. zweite Presshülse mit einem rohrförmigen Ansatz versehen ist, der die Hülse im Endzustand der Verbauung der Tretlageranordnung im ersten Rahmenrohr in axialer Richtung überdeckt.
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Aus der
DE 10 2008 050 236 A1 oder der
DE 10 2007 062 156 A1 ist es für sich bekannt, die Tretlageranordnung mit wenigstens einem Sensor zu versehen, der die Drehzahl der Tretlagerwelle oder auch das an der Tretlagerwelle vorherrschende Drehmoment aufnimmt. Derartige Tretlageranordnungen werden auch als Sensortretlager bezeichnet. Die Sensoren dieser Sensorlager sind elektrisch mit einer von der Tretlageranordnung entfernt angeordneten Auswerte- und Überwachungsanordnung verbunden. Bekannte Befestigungspunkte für die Auswerte- und Überwachungsanordnungen sind bspw. der Fahrradlenker oder eine Box, die am Rahmenrohr, das die Sattelstütze aufnimmt, angebracht ist.
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Um die Verbindungsleitungen zwischen der Auswerte- und Überwachsungsordnung vor Beschädigungen zu schützen, ist es üblich, diese weitgehend innerhalb des zweiten Rahmenrohres zu verlegen, das ausgehend vom ersten Rahmenrohr den Rahmen des Fahrrads bildet. Diese Art der Verlegung der Verbindungsleitungen innerhalb des zweiten Rahmenrohres hat aber zur Folge, dass vor der oder nach der Teilmontage des Sensortretlagers erst die Verbindungsleitungen mit den entsprechenden Sensoren elektrisch verbunden werden müssen, bevor das erste Rahmenrohr mit der zweiten Mutter oder Presshülse endgültig geschlossen werden kann.
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Nachteilig ist es hierbei, dass die Kontaktierung der losen Kabelenden der Verbindungsleitung mit den entsprechenden Sensoren nur in aufwändiger Handarbeit ausgeführt werden kann. Zwar vereinfacht die Verwendung von entsprechenden Steckern und Buchsen die Kontaktierung, schließt aber wegen der beengten Platzverhältnisse nicht aus, dass es zu Fehlkontaktierungen kommt oder dass hergestellte Kontakte sich später wieder lösen.
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Weitere Sensortretlager sind aus den Druckschriften
WO 2013 / 095 148 A1 und
JP H07 - 158 636 A bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensortretlager mit einer sicheren und schnellen Kontaktierung deren Sensorik zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass am Außenmantel der Hülse wenigstens eine mit dem Sensor elektrisch verbundene elektrische Kontaktfläche vorgesehen ist, wobei im zweiten Rahmenrohr ein Adapter sitzt, welcher mit einem mit der Verbindungsleitung elektrisch verbundenen Kontakt versehen ist, welcher Kontakt die Kontaktfläche genau in einer Endlage der Hülse innerhalb des ersten Rahmenrohrs „automatisch“ kontaktiert.
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Somit ist eine selbstkontaktierende Anordnung geschaffen, die manuelle Arbeiten zur Kontaktierung weitgehend vermeidet.
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Durch die Anordnung der elektrisch leitenden Kontaktfläche an der Mantelfläche der Hülse lassen sich zum einen die jeweiligen Sensoren besonders einfach kontaktieren, weil diese Kontaktierung automatisch und nicht durch manuelle, unter beengten Platzverhältnissen auszuführende Arbeiten im oder am ersten Rahmenrohr erfolgt. Zum weiteren ist die Positionierung der entsprechenden Verbindungsleitung im zweiten Rahmenrohr durch die Verwendung des Adapters ebenfalls stark vereinfacht. Wird nämlich die Verbindungsleitung durch die Mündung des zweiten Rahmenrohrs in das erste Rahmenrohr ins zweite Rahmenrohr eingefädelt, nimmt am Ende des Einfädelvorgangs der Adapter eine für die spätere Kontaktierung günstige Lage im zweiten Rahmenrohr ein. Dazu können Vorsprünge oder Ränder am Adapter oder im zweiten Rahmenrohr vorgesehen sein, die ein Durchziehen des Adapters ins zweite Rahmenrohr bzw. ein Verdrehen des Adapters im zweiten Rahmenrohr verhindern. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Vorsprünge oder Ränder so aufeinander abgestimmt sein können, dass der Adapter beim Einziehen mit der Verbindungsleitung in das zweite Rahmenrohr am Ende dieses Vorgangs auch gleichzeitig in eine Vorzugslage im zweiten Rahmenrohr gedreht ist.
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Die elektrische Kontaktierung der Kontaktflächen mit den entsprechenden Kontakten am Adapter erfolgt dergestalt, dass die Hülse in das erste Rahmenrohr eingeschoben wird, bis die Kontakte am Adapter mit den Kontaktflächen am Außenmantel der Hülse in körperlichen Kontakt treten.
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Fehlkontaktierungen zwischen den Kontaktflächen an der Hülse und den Kontakten am Adapter sind ausgeschlossen, wenn an der Hülse und am Adapter zueinander komplementäre, ineinandergreifende Führungen vorgesehen sind, die nur eine gegenseitige Axialbewegung von Hülse und Adapter erlauben und im Übrigen auch sicherstellen, dass die Hülse nur in einer Ausrichtung in das erste Rahmenrohr eingeschoben werden kann.
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Sind Rastmittel vorhanden, die eine gegenseitige Axialbewegung von Adapter und Hülse ausschließen, wenn der Adapter seine Endlage auf der Hülse eingenommen hat, wird erreicht, dass Fehlausrichtungen von Hülse und Adapter in Axialrichtung ausgeschlossen sind.
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Das Vorsehen von Zentriermitteln an der Mantelfläche des Adapters kann auch dazu genutzt werden, um unterschiedlich große Durchmesser des zweiten Rahmenrohres mit nur einem, für all dieses Durchmessergrößen einheitlich großen Adapter zu versehen. Dies schließt auch konzentrische Ringe ein, die auf den einheitlich großen Adapter aufgeschoben werden.
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Ganz besonders einfach ist die Zentrierung dann, wenn die Zentriermittel Federzungen sind, deren eine Enden mit der Mantelfläche des Adapters verbunden sind und deren freie Enden am Innenmantel des zweiten Rahmenrohrs anliegen, wenn der Adapter in das zweite Rahmenrohr eingesetzt ist.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- • 1 ein Sensortretlager eines Fahrrads im Längsschnitt;
- • 2 eine Perspektive eines Sensortretlagers gemäß 1;
- • 3 ein Detail „A“ gemäß 1;
- • 4 eine Variante eines Sensortretlagers eines Fahrrads im Längsschnitt;
- • 5a, 5b je eine Perspektive eines Sensortretlagers gemäß 4;
- • 6 ein Detail „A“ gemäß 4 und
- • 7 einen Seitenschnitt einer Anordnung gemäß 4.
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In 1 ist ein Sensortretlager 1 im Längsschnitt gezeigt. Dieses umfasst eine Tretlagerwelle 2 und zwei als Rillenkugellager ausgebildete Wälzlager 3, 3.2, die mit axialem Abstand zueinander die Tretlagerwelle 2 in einem ersten Rahmenrohr 4 drehbar lagern.
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Zwischen dem erstem Rahmenrohr 4 und jedem der beiden Wälzlager 3 greift ein rohrförmiger Ansatz 5 ein, der Teil einer mit einer Bohrung 6 versehenen Mutter 7, 7.2 ist. Die jeweiligen Muttern 7, 7.2 sind in das erste Rahmenrohr 4 eingeschraubt, wobei die Tretlagerwelle 2 deren beide Bohrungen 6 durchgreift. Zwischen den beiden Muttern 7, 7.2 ist koaxial zur Rotationsachse R der Tretlagerwelle 2 eine Hülse 8 vorgesehen, welche einen geringen radialen Abstand zur Tretlagerwelle 2 einhält. Wie deutlich in 1 gezeigt ist, greifen die rohrförmigen Ansätze 5 der beiden in das erste Rahmenrohr 4 eingeschraubten Muttern 7, 7.2 in axialer Richtung über den Außenmantel 9 der Hülse 8 und zentrieren und befestigen diese so im ersten Rahmenrohr 4.
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Ferner ist in 1 ein zweites Rahmenrohr 10 gezeigt, welches Teil eines Fahrradrahmens ist und senkrecht zum ersten Rahmenrohr 4 verläuft sowie in diesem mündet. Auch wenn in 1 die Kombination aus den beiden Rahmenrohren 4, 10 als Einheit dargestellt ist, ist es durchaus üblich, die Rahmenrohre 4, 10 zweiteilig auszubilden und zu verschweißen oder zu verlöten. Bei der Mündung des zweiten Rahmenrohres 10 in das erste Rahmenrohr 4 ist ein Adapter 11 eingesetzt, welcher den Querschnitt des zweiten Rahmenrohres 10 vollständig ausfüllt.
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Durch den Adapter 11 sind Verbindungsleitungen 12 geführt, die an dem der Tretlagerwelle 2 zugewandten Ende des Adapters 11 mit Kontakten 13 in der Form von Kontaktstiften (3) versehen sind. Soll die Tretlagerwelle 2 in das erste Rahmenrohr 4 montiert werden, wird zunächst der Adapter 11 durch die Verbindungsleitung 12 durch das erste und zweite Rahmenrohr 4, 10 gefädelt und durch Wirkung einer Zugkraft nach oben in Pfeilrichtung P1 gezogen.
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Diese auf die Verbindungsleitung 12 wirkende Zugkraft bewirkt auch, dass der Adapter 11 seine in 1 gezeigte Endlage im zweiten Rahmenrohr 10 einnimmt. Um ein weiteres Einziehen des Adapters 11 in das zweite Rahmenrohr 10 auszuschließen, ist am Adapter 11 ein Vorsprung 14 vorgesehen. Letztgenannter kann in einem anderen, nicht weiter erläuterten Ausführungsbeispiel auch zusammen mit komplementären Einschnitten im Mündungsbereich des zweiten ins erste Rahmenrohr 4, 10 Teil einer Verdrehsicherung sein, wenn ein Verdrehen des Adapters 11 unerwünscht ist.
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Es ist hierbei nicht notwendig, dass, wie in 1 gezeigt, der Adapter 11 den Innenquerschnitt des zweiten Rahmenrohres 10 vollständig ausfüllt. Vielmehr kann der Durchmesser des Adapters 11 so gewählt sein, dass er in alle oder eine Vielzahl der gängigen Durchmesser des zweiten Rahmenrohres eingeführt werden kann (nicht dargestellt).
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Hat der Adapter 11 seine in 1 gezeigte Endlage im zweiten Rahmenrohr 10 eingenommen, wird die Mutter 7, in deren rohrförmigen Ansatz 5 bereits das Wälzlager 3 und die Tretlagerwelle 2 eingesetzt sind, in das erste Rahmenrohr 4 eingeschraubt. Dabei wird das Wälzlager 3 im ersten Rahmenrohr 4 geklemmt.
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Sodann wird die Hülse 8 von der anderen Seite des ersten Rahmenrohres 4 auf die Tretlagerwelle 2 aufgeschoben und in Pfeilrichtung P2 in Richtung der Mutter 3 bewegt. Dabei gleitet der Außenmantel 9 der Hülse 8 am Adapter 11 und den darin vorgesehenen Kontakten 13 vorbei. Hat die Hülse 8 ihre in 1 gezeigte Endlage im ersten Rahmenrohr 4 eingenommen, kontaktieren die Kontakte 13 am Außenmantel 9 der Hülse 8 angebrachte Kontaktflächen 15. Wie die gegenseitige Kontaktierung der Kontakte 13 mit dem Kontaktflächen 15 realisiert ist, wird im Zusammenhang mit 3 näher erläutert.
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3 ist entnehmbar, dass am Außenmantel 9 der Hülse 8 Kontaktflächen 15 vorgesehen sind, die aus U-förmig gebogenen Blechstücken gebildet sind. Diese Kontaktflächen 15 sind mit einem Sensor 16 elektrisch leitend verbunden. Bei dem gezeigten Sensor 16 handelt es sich um einen Magnetsensor in Form eines Hallsensors. Eine Beschränkung auf Magnetsensoren ist damit allerdings nicht verbunden, da in einem anderen Ausführungsbeispiel auch andere geeignete Sensoren verbaut sein können.
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Wird nun die Hülse 8 in Pfeilrichtung P2 an dem Adapter 11 vorbeigeschoben, gleiten zunächst die Kontakte 13 am Außenmantel 9 der Hülse 8 entlang. Hat die Hülse 8 ihre in 3 gezeigte Endposition im ersten Rahmenrohr 4 erreicht, greifen an der Hülse 8 vorgesehene Schnappnasen 17 als ein Bestandteil eines Rastmittels in komplementäre Aussparungen 18 in dem rohrförmigen Ansatz 5 der Mutter 7 als weiteren Bestandteil des Rastmittels ein und behindern so jedwede weitere Axialbewegung zwischen der Hülse 8 und dem rohrförmigen Ansatz 5 der Mutter 7. Gleichzeitig mit dem Verrasten der Hülse 8 mit dem rohrförmigen Ansatz 5 sind die Kontakte 13 und die Kontaktflächen 15 zueinander ausgerichtet und stehen in körperlichem und daher auch leitfähigem Kontakt. Die schon angesprochene U-Form der jeweiligen Kontaktfläche 15 stellt sicher, dass diese unter Wirkung des Kontakts 13 leicht zusammengedrückt wird, wodurch durch die so aufgebaute Federwirkung der Kontaktfläche 15 eine besonders gute Art der Kontaktierung erreicht wird.
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Ferner ist am Außenmantel 9 der Hülse 8 und dem Adapter 11 eine ineinandergreifende Führung vorgesehen, von der in der ersten Ausführung der Erfindung entsprechend den 1 bis 3 nur in 2 in axialer Richtung sich ersteckende Nuten 19 sichtbar sind. Auf diese Führung wird im Zusammenhang mit 7 näher eingegangen.
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Das Ausführungsbeispiel entsprechend den 4 bis 7 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 im Wesentlichen durch eine andere Gestaltung des Adapters 11.
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Wie in den 4 und 6 gezeigt, wird der Adapter 11 im zweiten Rahmenrohr 10 von Federzungen 20, die von der Mantelfläche 21 des Adapters 11 ausgehen und am Innenmantel 22 des zweiten Rahmenrohres 10 anliegen, im zweiten Rahmenrohr 10 zentriert. Die Verwendung von Federzungen 20 erlaubt es, den gleichen Adapter 11 für zweite Rahmenrohre 10 mit unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden.
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Außerdem ist in den Adapter 11 eine Sacklochbohrung 23 eingebracht, in welche ein Zylinder 24 eingesetzt ist. Die Verbindungsleitungen 12 sind durch den Adapter 11 und den Zylinder 24 geführt, wobei die Verbindungsleitungen 12 mit am Zylinder 24 festgelegten Kontakten 13 elektrisch verbunden sind. Ferner ist in die Sacklochbohrung 23 eine Feder 25 eingesetzt, die sich im Übrigen am Zylinder 24 abstützt und sicherstellt, dass der Zylinder 24 von der Feder 25 aus der Sacklochbohrung 23 herausgedrückt wird.
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Im Außenmantel 9 der Hülse 8 ist eine Tasche 26 vorgesehen, in welcher die mit dem Sensor 16 elektrische verbundenen Kontaktflächen 15 angeordnet sind.
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Wird, wie in 1 beschrieben, die Hülse 8 in das erste Rahmenrohr 4 eingeschoben, wird der Zylinder 24 in Pfeilrichtung P3 gegen die Feder 25 weggedrückt und gleitet dann auf dem Außenmantel 9 der Hülse 8 so weit, bis der Zylinder 24 und die Tasche 26 fluchten. Fluchten, wie in 6 gezeigt, der Zylinder 24 und die Tasche 26, wird der Zylinder 24 in die Tasche 26 gedrückt, womit jedwede weitere Axialbewegung zwischen dem Zylinder 24 und der Tasche 26 ausgeschlossen wird. Dieses Einfedern des Zylinders 24 in die Tasche 26 ist deshalb auch von großem Vorteil, weil dies einem Nutzer, der eine Tretlageranordnung 1 in einem ersten Rahmenrohr 4 verbaut, Rückmeldung gibt, wann der Zylinder 24 in die Tasche 26 eingerastet bzw. wann ein elektrischer Kontakt zwischen den in der Tasche 26 angeordneten Kontaktflächen 15 und den Kontakten 13 im Zylinder 24 hergestellt ist.
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Zur Ausrichtung der Kontaktflächen 15 zu den Kontakten 13 in Umfangsrichtung der Hülse 8 sind am Außenmantel 9 der Hülse 8 und dem der Rotationsachse R zugewandten Ende des Adapters 11 ineinandergreifende, komplementäre Führungen vorgesehen. So ist dies in der Ausführung gemäß den 4 bis 7 so gelöst, dass, wie in 5 gezeigt, in Axialrichtung der Hülse 8 zwei als Bestandteil einer Führung ausgebildete Nuten 19 im Außenmantel 8 vorgesehen sind. In diese Nuten 19 greifen hierzu komplementäre, am Adapter 11 ausgebildete Vorsprünge 27 als weiterer Bestandteil der Führung ein. Letzteres ist in 7 näher gezeigt. Soll die Hülse 8 im ersten Rahmenrohr 4 verbaut werden, werden die jeweiligen Vorsprünge 27 des Adapters 11 in die Nuten 19 der Hülse 8 eingefädelt, bevor dann die Hülse 8 in ihre Endlage im ersten Rahmenrohr 4 geschoben wird.
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Auch wenn gemäß den 1 bis 7 die Hülse 8 als eigenständiges Bauteil im ersten Rahmenrohr 4 vorliegt, ist die Erfindung nicht auf diese Art des Zusammenbaus bzw. der Bauteilgestaltung festgeschrieben. Wie schon im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert, können auch eine der Muttern 7 oder 7.2 und die Hülse 8 eine Einheit bilden, sofern sichergestellt ist, dass diese Einheit eine Relativdrehung zwischen Hülse 8 und Mutter 7 oder 7.2 zulässt.
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Sind beispielsweise die Hülse 8 und die Mutter 7 gemäß 3 durch die als Rastmittel ausgebildeten Schnappnasen 17 und Aussparungen 18 drehbar miteinander verbunden, kann die gesamte Einheit aus Tretlagerwelle 2, Hülse 8, den beiden Wälzlagern 3 und der Mutter 7, in diesem Fall entgegen der Pfeilrichtung P2, in das erste Rahmenrohr 4 eingeschoben und mit diesem durch Anziehen der Mutter 7 verbunden werden. Für die Kontaktierung des Adapters 11 ändert sich insoweit nichts, da auch bei der Montage entgegen der Pfeilrichtung P2 der Adapter 11 beim Einschieben bzw. Einschrauben der Mutter 7 am Außenmantel 9 der Hülse 8 entlanggleitet, bis zur Herstellung einer leitfähigen Verbindung die Kontaktstifte 13 und die Kontaktflächen 15 in körperlichen Kontakt kommen. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, dass auch im Ausführungsbeispiel entsprechend den 4 bis 7 eine Einheit aus Hülse 8, Tretlagerwelle 2, Wälzlagern 3 und Mutter 7 im ersten Rahmenrohr 4 verbaubar ist.
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Auch wenn in dieser Anmeldung stets zwei Muttern 7, 7.2 zur Festlegung der Tretlageranordnung im ersten Rahmenrohr 4 aufgeführt sind, kann diese Festlegung auch bloß mit einer Mutter 7 erreicht werden. Dazu ist in den 4, 5a und 5b das der Mutter 7 abgewandte Ende 28 mit Rasthaken 29 versehen, die beim Einschieben der Hülse 8 im bereits mit der Mutter 7 verbundenen Zustand entgegen der Pfeilrichtung P3 durch die Wirkung des Durchmessers des ersten Rahmenrohres 4 in Richtung der Rotationsachse R weggebogen werden und dann, so wie in 4 gezeigt, sich zurückstellen, wenn die Hülse 8 ihre Endlage im ersten Rahmenrohr 4 eingenommen hat und die Mutter 7, welche als Überwurfmutter ausgebildet ist, auf ein am ersten Rahmenrohr 4 eingeschnittenes Gewinde (nicht bezeichnet) geschraubt ist. Die Rasthaken 29 erhöhen auch die Positioniergenauigkeit der Hülse 8 im ersten Rahmenrohr 4, da ein korrektes Ausfedern der Rasthaken 29 sehr leicht visuell kontrolliert werden und außerdem deren Ausfedern auch fühlbar wahrgenommen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensortretlager
- 2
- Tretlagerwelle
- 3
- Wälzlager
- 4
- erstes Rahmenrohr
- 5
- rohrförmiger Ansatz
- 6
- Bohrung
- 7
- Mutter
- 8
- Hülse
- 9
- Außenmantel
- 10
- zweites Rahmenrohr
- 11
- Adapter
- 12
- Verbindungsleitung
- 13
- Kontakt
- 14
- Vorsprung
- 15
- Kontaktflächen
- 16
- Sensor
- 17
- Rastmittel, Schnappnase
- 18
- Rastmittel, Aussparung
- 19
- Führung, Nuten
- 20
- Zentriermittel, Federzungen
- 21
- Mantelfläche
- 22
- Innenmantel
- 23
- Sacklochbohrung
- 24
- Zylinder
- 25
- Feder
- 26
- Tasche
- 27
- Führung, Vorsprünge
- 28
- Ende
- 29
- Rasthaken
