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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Achsbaugruppe, und speziell eine Achsbaugruppe, die in der Lage ist, ein Drehmoment zu messen. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung die Achsbaugruppe verwendet in einem Fahrrad und in der Lage, das Drehmoment zu messen, das durch das Treten von Pedalen des Fahrrads verursacht wird.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Heutzutage dient ein Fahrrad nicht nur als Transportmittel, sondern auch für Freizeit und Gesundheit. Es ist jedoch nicht jeder in der Lage zu Langstreckenfahrten oder schwierigen Anstiegen. Daher wird für diese Anforderungen ein Elektrofahrrad mit einem Hilfsantrieb hergestellt. Ein konventionelles Elektrofahrrad verwendet einen elektrischen Motor, um einen Hilfsantrieb zu bieten und so die Anstrengung beim Treten zu verringern. Der elektrische Motor des Elektrofahrrads stellt Antriebsenergie entsprechend dem Drehmoment bereit, das durch Treten eines Pedals des Fahrrads verursacht wird, so dass ein Fahrer angenehm trainieren kann und beim Anstieg oder bei Erschöpfung Kraft sparen kann. Es ist jedoch ein wichtiges Problem, das Drehmoment genau zu messen, das durch die Tretbewegung des Fahrradfahrers bewirkt wird, um die Hilfsenergie geeignet bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung liegt darin, dass eine Achsbaugruppe bereitgestellt wird, die in der Lage ist, ein Drehmoment zu berechnen, indem eine Verformung eines Lagersitzes mit einem Dehnmessstreifen gemessen wird, um die vorstehenden Probleme zu lösen.
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Gemäß der Offenbarung ist die Achsbaugruppe mit verschiedenen Designs des Lagersitzes in der Lage, das Drehmoment genau zu messen.
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Gemäß der Offenbarung ist die Achsbaugruppe eingebaut in einem Fahrrad in der Lage, das Drehmoment zu messen, das durch Treten eines Pedals des Fahrrads erzeugt wird, um einen Hilfsantrieb effektiv zu steuern.
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Gemäß der Offenbarung ist die Achsbaugruppe der vorliegenden Erfindung in einer Halterung angeordnet. Die Achsbaugruppe schließt eine Achse, ein Lager, einen Lagersitz und einen Dehnmessstreifen ein. Die Achse wird von einem Drehmoment angetrieben, um eine Achsenachse zu rotieren. Das Lager ist hülsenartig auf der Achse angeordnet, um die Reibung zu verringern, die durch die Rotation der Achse um die Achsenachse hervorgerufen wird. Der Lagersitz ist zwischen der Halterung und dem Lager angebracht, um das Lager aufzunehmen, und der Lagersitz umfasst eine radiale Ebene und eine Außenseite, wobei die Außenseite gegen die Halterung drückt. Der Dehnmessstreifen ist auf der radialen Ebene des Lagersitzes angeordnet. Wenn das Drehmoment die Achse dreht, wird das Drehmoment über die Achse und das Lager übertragen, so dass eine Verformung der radialen Ebene des Lagersitzes bewirkt wird und der Dehnmessstreifen die Verformung misst.
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Gemäß der Offenbarung ist der Lagersitz eine ringförmige Struktur, wobei das Lager in einem Mittelraum der ringförmigen Struktur untergebracht ist, wobei eine Normalrichtung der radialen Ebene im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Richtung des Lagers verläuft, und wobei die radiale Ebene einer Position entspricht, an der das Lager in dem Mittelraum untergebracht ist.
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Gemäß der Offenbarung schließt der Lagersitz eine Rille ein, wobei die radiale Ebene in der Rille angeordnet ist, und wobei eine Aussparung der Rille in einer Richtung parallel zur Achsenachse offen ist, so dass der Dehnmessstreifen an der radialen Ebene befestigt wird, indem der Dehnmesstreifen durch die Aussparung eingesetzt wird und dann der Dehnmessstreifen entlang der Achsenachse bewegt wird. Das Lager weist eine Lagerdicke auf, und die Rille weist eine Tiefe auf, die sich von einer ersten ringförmigen Ebene in die ringförmige Struktur erstreckt, und die Tiefe einer zentralen Position entspricht der Lagerdicke, wenn das Lager in dem Mittelraum des Lagersitzes aufgenommen ist.
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Gemäß der Offenbarung schließt die Rille einen Aufnahmeraum und einen Kabelschlitz ein, der mit dem Aufnahmeraum verbunden ist und sich entlang der ringförmigen Struktur in eine Umfangsrichtung erstreckt, und der Dehnmesstreifen schließt ein Kabel ein, das in dem Kabelschlitz untergebracht ist, zum Übertragen der gemessenen Verformung.
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Gemäß der Offenbarung schließt der Lagersitz eine Anschlagwand ein, die an der ersten ringförmigen Ebene angeordnet ist und sich in Richtung der Achse entlang der radialen Richtung erstreckt, wobei die Achsbaugruppe weiter eine Haltekomponente einschließt, die an der Achse befestigt ist. Die Haltekomponente ist mit der Anschlagwand verbunden, um eine seitliche Bewegung des Lagers entlang der Achsenachse einzuschränken.
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Gemäß der Offenbarung schließt der Lagersitz einen verdünnten Abschnitt benachbart zu der radialen Ebene ein, wobei eine radiale Dicke des verdünnten Abschnitts der ringförmigen Struktur geringer als eine radiale Dicke der radialen Ebene der ringförmigen Struktur ist.
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Gemäß der Offenbarung schließt der Lagersitz weiter einen Kabelschlitz ein, der mit dem verdünnten Abschnitt in Verbindung steht und auf einer äußeren ringförmigen Oberfläche entlang einer Umfangsrichtung gebildet ist, und der Dehnmessstreifen schließt ein Kabel ein, das in dem Kabelschlitz untergebracht ist, zum Übertragen der gemessenen Verformung.
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Gemäß der Offenbarung schließt der Lagersitz weiter einen Positionierungsschlitz ein, der auf einer Umfangsfläche der ringförmigen Struktur gebildet ist, wobei der Positionierungsschlitz, wenn der Lagersitz mit der Halterung verbunden wird, anzeigt, wenn der Dehnmesstreifen unterhalb der Achse angeordnet ist.
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Gemäß der Offenbarung schließt die Achsbaugruppe weiter eine Hülle und einen Positionierbolzen ein, wobei die Hülle einen erweiterten Positionierungsschlitz umfasst, der dem Positionierungsschlitz entspricht, und wobei der Positionierbolzen in den Positionierungsschlitz und den erweiterten Positionierungsschlitz eingesetzt wird, um die Positionierungsverbindung sicherzustellen.
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Gemäß der Offenbarung schließt die Achsbaugruppe weiter eine Hülle und eine Steuereinheit ein, wobei die Hülle die Achse umgibt und mit dem Lagersitz verbunden ist, und wobei die Steuereinheit auf der Hülle angeordnet ist.
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Gemäß der Offenbarung schließt die Achsbaugruppe weiter eine Steuereinheit ein, die auf der Hülle angeordnet ist und elektrisch mit dem Hilfsantrieb verbunden ist. Die Steuereinheit steuert den Hilfsantrieb entsprechend der Verformung, die von dem Dehnmessstreifen gemessen wurde.
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Gemäß der Offenbarung weist die Steuereinheit den Hilfsantrieb an, mehr Hilfsenergie zu erzeugen, wenn die von dem Dehnmesstreifen gemessene Verformung größer ist, und die Steuereinheit weist den Hilfsantrieb an, weniger Hilfsenergie zu erzeugen, wenn die von dem Dehnmessstreifen gemessene Verformung geringer ist.
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Gemäß der Offenbarung ist die Steuereinheit oberhalb der Achse angeordnet, um eine Ansammlung von Feuchtigkeit zu verringern.
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Gemäß der Offenbarung schließt die Achsbaugruppe weiter eine Vielzahl von ringförmigen Magneten ein, die auf der Achse zum Erzeugen eines Magnetfelds befestigt sind, und das Magnetfeld kann als eine Angabe gemessen werden, die eine Drehgeschwindigkeit und eine Drehrichtung der Achse abbildet bzw. wiedergibt.
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Gemäß der Offenbarung schließt die Achsbaugruppe weiter ein mit der Achse verbundenes Pedal ein. Das Pedal wird von einem Fahrer nach unten getreten, um das Drehmoment zu erzeugen, und die radiale Ebene ist unterhalb der Achse gebildet, so dass der auf der radialen Ebene angeordnete Dehnmessstreifen die Verformung misst, die erzeugt wird, wenn das Pedal nach unten getreten wird.
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Gemäß der Offenbarung schließt eine Achsbaugruppe in einer Halterung eine Achse, ein linkes Lager, einen linken Lagersitz, einen linken Dehnmessstreifen, ein rechtes Lager, einen rechten Lagersitz und einen rechten Dehnmessstreifen ein. Die Achse wird von einem Drehmoment angetrieben, um eine Achsenachse herum zu rotieren. Das linke Lager ist hülsenartig auf dem linken Teil der Achse angeordnet, um die Reibung zu verringern, die durch die Rotation der Achse um die Achsenachse hervorgerufen wird. Der linke Lagersitz ist zwischen der Halterung und dem linken Lager angebracht, um das linke Lager aufzunehmen. Der linke Lagersitz schließt ein linke radiale Ebene und eine linke Außenseite ein, wobei die linke Außenseite gegen die Halterung drückt. Der linke Dehnmessstreifen ist auf der linken radialen Ebene des linken Lagersitzes angeordnet. Das rechte Lager ist hülsenartig auf dem rechten Teil der Achse angeordnet, um die Reibung zu verringern, die durch die Rotation der Achse um die Achsenachse hervorgerufen wird. Der rechte Lagersitz ist zwischen der Halterung und dem rechten Lager angebracht, um das rechte Lager aufzunehmen. Der rechte Lagersitz schließt ein rechte radiale Ebene und eine rechte Außenseite ein. Die rechte Außenseite drückt gegen die Halterung. Der rechte Dehnmessstreifen ist auf der rechten radialen Ebene des rechten Lagersitzes angeordnet. Wenn das Drehmoment die Achse dreht, wird das Drehmoment über die Achse und sowohl das linke wie auch das rechte Lager übertragen, so dass eine Verformung der linken und der rechten radialen Ebene des Lagersitzes bewirkt wird, und der linke Dehnmessstreifen die Verformung der linken radialen Ebene misst, und der rechte Dehnmessstreifen die Verformung der rechten radialen Ebene misst.
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Gemäß der Offenbarung schließt die Achsbaugruppe weiter ein Paar von Pedalen ein, die mit den beiden Enden der Achse verbunden sind, wobei jedes Pedal von einem Fahrer nach unten getreten werden kann, so dass das Drehmoment erzeugt wird. Sowohl die rechte als auch die linke radiale Ebene sind unterhalb der Achse gebildet, so dass der linke und rechte Dehnmessstreifen die Verformung messen, die erzeugt wird, wenn eines von beiden Pedalen nach unten getreten wird.
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Gemäß der Offenbarung schließt die Achsbaugruppe weiter eine Hülle und eine Steuereinheit ein. Die Hülle umgibt die Achse und ist zwischen dem linken und dem rechten Lagersitz angeordnet, wobei die Steuereinheit auf der Hülle angeordnet ist.
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Gemäß der Offenbarung, wobei die Steuereinheit elektrisch mit dem Hilfsantrieb verbunden ist, steuert die Steuereinheit den Hilfsantrieb entsprechend der Verformung, die von dem linken und dem rechten Dehnmessstreifen gemessen wird.
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Durch die strukturelle Auslegung der radialen Ebene des Lagersitzes der Achsbaugruppe der vorliegenden Erfindung kann der Dehnmessstreifen auf der radialen Ebene des Lagersitzes angeordnet werden, um so direkt die Verformung des Lagersitzes exakt zu messen. Zusätzlich kann das Kabel angemessen durch den Kabelschlitz angeordnet werden, um Interferenzen mit anderen Komponenten zu verhindern, ohne zusätzliche Komponenten zu verwenden. Die Achsbaugruppe der vorliegenden Erfindung wird in einer sich bewegenden Vorrichtung verwendet, um das Drehmoment exakt zu messen und so den Hilfsantrieb so zu steuern, dass die Verwendungsanforderungen erfüllt werden.
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Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden zweifellos dem Fachmann nach dem Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich sein, die in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen dargestellt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A ist eine schematische Darstellung einer Achsbaugruppe, die an einem Fahrrad angebracht ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1B ist eine partielle Darstellung der Achsbaugruppe, die in einer Halterung des Fahrrads gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
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2 ist eine Explosionszeichnung der Achsbaugruppe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3A bis 3C sind Diagramme eines Lagersitzes aus verschiedenen Blickwinkeln gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3D ist ein Querschnittsdiagramm des Lagersitzes entlang der Linie D-D in 3B.
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4A und 4B sind Diagramme einer Hülle und des Lagersitzes vor und nach dem Zusammenbau gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5A bis 5C sind Diagramme des Lagersitzes aus verschiedenen Blickwinkeln gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, die einen Teil hiervon bilden, und in denen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen gezeigt sind, gemäß derer die Erfindung betrieben werden kann. Diesbezüglich werden richtungsangebende Begriffe, wie etwa „oben“, „unten“, „vordere“, „hintere“ etc. in Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet. Die Komponenten der vorliegenden Erfindung können in etlichen verschiedenen Ausrichtungen angeordnet werden. Somit werden die richtungsangebenden Begriffe nur zu Darstellungszwecken verwendet und sind keinesfalls einschränkend. Entsprechend werden auch die Zeichnungen und Beschreibungen als Veranschaulichung verstanden und nicht als Beschränkung.
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Es wird auf die 1A und 1B Bezug genommen. 1A ist eine schematische Darstellung einer Achsbaugruppe 10, die an einem Fahrrad 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. 1B ist eine partielle Darstellung der Achsbaugruppe 10, die in einem Rahmen bzw. einer Halterung 20 des Fahrrads 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Wie in 1A und 1B gezeigt, kann die Achsbaugruppe 10 in dem Fahrrad 1 eingesetzt werden. Spezieller wird die Achsbaugruppe 10 vorzugsweise in dem Fahrrad 1 eingesetzt, welches einen Hilfsantrieb 50 einschließt. Die Achsbaugruppe 10 ist in der Halterung 20 des Fahrrads 1 angeordnet, genauer in einem Fünf-Wege-Rohr 22. Zwei Enden der Achsbaugruppe 10 sind jeweils mit einer Tretkurbel 30 und einem Pedal 32 verbunden. Das Pedal 32 kann von einem Fahrer nach unten getreten werden, um ein Drehmoment auf die Achsbaugruppe 10 zu erzeugen, um Energie für eine Bewegung zu erzeugen. Die Achsbaugruppe 10 wird im Folgenden detailliert dargestellt.
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2 ist eine Explosionszeichnung der Achsbaugruppe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 gezeigt, schließt die Achsbaugruppe 10 eine Achse 100, mindestens ein Lager 200, mindestens einen Lagersitz 300 und mindestens einen Dehnmessstreifen 400 ein. Wenn die Achsbaugruppe 10 in dem Fahrrad 1 eingesetzt wird, werden die Pedale 32 abwechselnd getreten, um das Drehmoment auf die Achse 100 zu erzeugen. Das Lager 200, der Lagersitz 300 und der Dehnmessstreifen 400 sind auf zwei Seiten der Achse 100 entsprechend angeordnet. Komponenten auf einer einzigen Seite werden im Folgenden eingeführt, und die Komponenten auf der anderen Seite sind ähnlich und werden hier nicht wiederholt. Zusätzlich umfasst die Achsbaugruppe 10 weitere Komponenten zur Verbindung, Stützung oder für andere Funktionen, mindestens eine Haltekomponente 700, mindestens einen ringförmigen Magneten 800 und eine Steuereinheit 900.
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Die Achse 100 wird von einem Drehmoment angetrieben, um eine Achsenachse A herum zu rotieren, das heißt, in axialer Richtung der Achse 100. Zwei Enden der Achse 100 sind mit der Tretkurbel 30 des Fahrrads 1 verbunden, und das Pedal 32 ist mit der Tretkurbel 30 zum Treten verbunden und um ein Drehmoment auf die Achse 100 über die Tretkurbel 30 bereitzustellen, so dass die Achse 100 sich um die Achsenachse A dreht. Das Lager 200 ist hülsenartig auf die Achse 100 gesteckt, um Reibung zu verringern, die durch die Rotation der Achse um die Achsenachse A entsteht. Das Lager 200 kann ein Kugellager, ein Nadellager oder ähnliches sein. Vorzugsweise ist das Lager 200 ein Nadellager, ist aber nicht auf ein solches beschränkt. Gemäß der Ausführungsform sind zwei Lager 200 jeweils auf jeder Seite der Achse 100 angeordnet, und die zwei Lager 200 sind nebeneinander entlang der Achsenachse A angeordnet. Außerdem können die zwei Lager 200 in ein einziges Lager kombiniert werden, oder es können mehr als zwei Lager für verschiedene Anforderungen gemäß anderer Ausführungsformen vorliegen, ohne Beschränkung auf diese Ausführungsformen.
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Der Lagersitz 300 ist zwischen der Halterung 20 und dem Lager 200 zum Aufnehmen des Lagers 200 angeordnet, wobei der Lagersitz 300 eine radiale Ebene 310 und eine Außenseite einschließt, die gegen die Halterung 20 drückt. Der Dehnmessstreifen 400 ist auf der radialen Ebene 310 des Lagersitzes 300 angeordnet. Speziell sind das Lager 200 und der Lagersitz 300 ringförmige Strukturen, das Lager 200 ist hülsenartig auf der Achse 100 angebracht, und der Lagersitz 300 ummantelt die Achse 100 und ist hülsenartig auf dem Lager 200 angeordnet. Wie in 3A und 3D gezeigt, erstreckt sich die radiale Ebene 310 vorzugsweise in eine radiale Richtung B des Lagers 200. Das heißt, eine Normalrichtung N der radialen Ebene ist im Wesentlichen senkrecht zu der radialen Richtung B des Lagers 200. Wenn das Drehmoment die Achse 100 dreht, wird das Drehmoment über die Achse 100 und das Lager 200 übertragen, was eine Verformung der radialen Ebene 310 des Lagersitzes 300 verursacht, und der Dehnmessstreifen 400 misst die Verformung.
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Es wird auf 3A bis 3C Bezug genommen. 3A bis 3C sind Diagramme des Lagersitzes 300 aus verschiedenen Blickwinkeln gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3A bis 3C gezeigt, ist der Lagersitz 300 eine ringförmige Struktur, wobei das Lager 200 in einem Mittelraum 300A der ringförmigen Struktur untergebracht ist. Genauer ist der Lagersitz 300 eine ringförmige Struktur, die eine erste ringförmige Ebene 302 und eine zweite ringförmige Ebene 304 einschließt, die sich gegenüber liegen. Der Mittelraum 300A ist von den beiden ringförmigen Ebenen 302, 304 umgeben. Gemäß dieser Ausführungsform schließt der Lagersitz 300 eine Rille 320 ein, wobei die radiale Ebene 310 in der Rille 320 angeordnet ist, und die radiale Ebene 310 ist vorzugsweise eine untere Ebene der Rille 320. Genauer erstreckt sich die Rille 320 von der ersten ringförmigen Ebene 302 in die ringförmige Struktur hinein, wobei eine Öffnung bzw. Kerbe 320a der Rille 320 in einer Richtung parallel zu der Achsenachse A offen ist, so dass der Dehnmessstreifen 400 auf der radialen Ebene 310 befestigt wird, indem der Dehnmessstreifen 400 durch die Öffnung 320a eingeführt wird und dann der Dehnmessstreifen 400 entlang der Achsenachse A bewegt wird.
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Wie in 3A und 3B gezeigt, schließt die Rille 320 zusätzlich einen Aufnahmeraum 322 und einen Kabelschlitz 324 ein, der in Verbindung mit dem Aufnahmeraum 322 steht. Der Kabelschlitz 324 erstreckt sich entlang der ersten ringförmigen Ebene 320 in einer Umfangsrichtung C. Wie in 2 gezeigt, schließt der Dehnmessstreifen 400 einen Messkörper 410 und ein Kabel 420 ein, das mit dem Messkörper 410 verbunden ist. Das Kabel 420 des Dehnmessstreifens 400 wird in dem Kabelschlitz 324 aufgenommen, um die gemessene Verformung zu übertragen. Der Dehnmessstreifen 400 kann einen isolierenden Träger und ein Messgitter einschließen. Der Messkörper 410 des Dehnmessstreifens kann auf der radialen Ebene 310 durch einen Klebstoff wie etwa einen Leim angeklebt werden. Wenn der Lagersitz 300 verformt wird, wird das Messgitter mit dem Lagersitz 300 verformt, und ein Widerstandswert des Messgitters verändert sich entsprechend. Die Änderung des Widerstandswerts kann über eine Wheatstone-Brücke gemessen werden. Die gemessene Änderung des Widerstandswerts kann in einen tatsächlichen Dehnungswert umgewandelt werden, indem ein Koeffizient des Dehnmessstreifens 400 verwendet wird, um so einen Verformungswert des Lagersitzes 300 zu bestimmen.
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Wie in einem vergrößerten Teil in 3A und einem Querschnitt in 3B gezeigt ist, kann eine sich senkrecht erstreckende untere Ebene 322a des Aufnahmeraums 322 die radiale Ebene 310 sein, und der Messkörper 410 des Dehnmessstreifens 400 ist auf der unteren Ebene 322a des Aufnahmeraums 322 angeordnet. Das Kabel 320 des Dehnmessstreifens 400 ist in dem Kabelschlitz 324 in einer Umfangsrichtung C untergebracht, um eine Verbindung mit der Steuereinheit 900 zu ermöglichen. Es wird angemerkt, dass, wenn die Achsbaugruppe 10 in der Halterung 20 angeordnet ist, der Dehnmessstreifen 400 vorzugsweise auf der unteren Seite der Achse 100 entsprechend einer Tretrichtung angeordnet wird, um die Verformung zu messen, die durch das Abwärtstreten des Pedals 32 verursacht wird. Das heißt, wenn die Achsbaugruppe eingebaut wird, ist die untere Ebene 322a, d.h. die Stützebene 310, des Aufnahmeraums 322 des Lagersitzes 300 auf einer unteren Seite der Achse 100 und an dem Fünf-Wege-Rohr 22 der Halterung 20 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform kann außerdem eine seitliche Ebene 322b des Aufnahmeraums 322, die parallel zur radialen Richtung B ist, auch die radiale Ebene 310 zum Anordnen des Dehnmessstreifens 400 gemäß anderer Anforderungen sein. Die Position der radialen Ebene 310 ist nicht auf die in 3A gezeigte untere Ebene beschränkt.
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Zusätzlich ist die radiale Ebene 310 vorzugsweise an einer Position angeordnet, die dem Mittelraum 300A entspricht, wo das Lager 200 untergebracht ist. Genauer wird Bezug genommen auf 3D. 3D ist eine Querschnittsansicht des Lagersitzes 300 entlang der Linie D-D in 3B gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die relativen Positionen des Dehnmessstreifens 400, des Lagers 200 und des Lagersitzes 300 sind in 3D gezeigt. Wie in 3A und 3B gezeigt, weist der Aufnahmeraum 322 eine Tiefe L auf, die sich von der ersten ringförmigen Ebene 302 in die ringförmige Struktur hinein erstreckt. Die Tiefe L ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die untere Ebene 322a (die radiale Ebene 310) genau einer mittigen Position einer Lagerdicke entspricht, wenn das Lager 200 in dem Mittelraum 300a aufgenommen ist. Beispielsweise ist gemäß dieser Ausführungsform eine Breite des einzelnen Lagers 200 entlang der Achsenachse A gleich ½ W. Wenn die beiden Lager 200 in dem Mittelraum 300 aufgenommen sind, ist die Lagerdicke die Gesamtbreite W der beiden Lager 200 entlang der Achsenachse A. Die untere Ebene 322a (die radiale Ebene 310) ist vorzugsweise an der Position angeordnet, die der mittleren Position der Lagerdicke entspricht, das heißt, eine Position zwischen den beiden Lagern 200, da die Lagerdicke 1/2W von der mittleren Position der beiden Lager 200 in zwei entgegengesetzte Richtungen entlang der Achsenachse A beträgt. In anderen Ausführungsformen, in denen etwa ein einzelnes Lager 200 oder mehr als zwei Lager 200 nebeneinander oder in Abständen angeordnet sind, entspricht die im wesentlichen mittlere Position der Dicke des einzelnen Lagers oder der mehr als zwei Lager der Hälfte der Gesamtbreite W der zwei äußersten Kanten der Lager entlang der Achsenachse A, d.h. bei einer Position von ½ W.
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Zusätzlich umfasst der Lagersitz 300 in dieser Ausführungsform außerdem eine Anschlagwand 306, wobei die Anschlagwand 306 an einer der ringförmigen Ebenen angeordnet ist, wie etwa der ersten ringförmigen Ebene 302, und sich in Richtung der Achse 100 entlang der radialen Richtung B erstreckt. Wie in 3A und 3C gezeigt, erstreckt sich die Anschlagwand 306 von der ersten ringförmigen Ebene 302 und in Richtung einer Seite des Mittelraums 300A entlang der radialen Richtung B, so dass eine Öffnung in der ersten ringförmigen Ebene 302 des Lagersitzes 300 kleiner ist als eine Öffnung in der zweiten ringförmigen Ebene 304. Das heißt, ein Durchmesser D1 eines inneren Rings der ersten ringförmigen Ebene 302 des Lagersitzes 300 ist kleiner als ein Durchmesser D2 eines inneren Rings der zweiten ringförmigen Ebene 304 des Lagersitzes 300. Ein äußerer Durchmesser des Lagers 200 liegt vorzugsweise zwischen den beiden Durchmessern D1 und D2. Das Lager 200 kann von der zweiten ringförmigen Ebene 304 aus in den Lagersitz 300 gesteckt werden und wird in dem ringförmigen Raum 300A aufgenommen, und das Lager 200 kann sich aufgrund der strukturellen Auslegung der Anschlagwand 306 nicht von der ersten ringförmigen Ebene 302 des Lagersitzes 300 entfernen.
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Zusätzlich ist, wie in 2 gezeigt, eine Haltekomponente 700 der Achsbaugruppe 10 auf der Achse 100 befestigt. Die Haltekomponente 700 ist mit der Anschlagswand 306 verbunden, um eine seitliche Bewegung des Lagers 200 entlang der Achsenachse A zu beschränken. Genauer kann die Haltekomponente 700 ein C-Ring sein, der auf die Achse 100 gesteckt ist und auf der zweiten ringförmigen Ebene 304 des Lagersitzes 300 relativ zu der Anschlagwand 306 angeordnet ist. Somit wird das Lager 200 zwischen der Anschlagwand 306 und der Haltekomponente 700 gehalten bzw. eingezwängt, um eine Bewegung des Lagers 200 entlang der Achsenachse A einzuschränken. Zusätzlich ist eine Eingriffsrille 102 an einer Position der Achse 100 angeordnet, die der Haltekomponente 700 entspricht, um die Haltekomponente 700 (den C-Ring) auf der Achse 100 zu fixieren und um so den Halt der Haltekomponente 700 zu verbessern.
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Im weiteren wird Bezug auf 2 und 3 genommen. Der Lagersitz 300 schließt einen ersten Verbindungsabschnitt 330 ein, der sich von der ersten ringförmigen Ebene 302 entlang der Achsenachse A erstreckt, um mit der Hülle 500 der Achsbaugruppe 10 eine Verbindung herzustellen. Die Hülle 500 umgibt die Achse 100 und weist einen zweiten Verbindungsabschnitt 530 auf, der mit dem ersten Verbindungsabschnitt 330 des Lagersitzes 300 zum Stützen der Achse 100 bei der Drehung verbunden ist. In dieser Ausführungsform ist die Hülle 500 eine Hülse. Der zweite Verbindungsabschnitt 530 ist an zwei Enden der Hülle 500 angeordnet und schließt eine Vielzahl von konkaven Bereichen bzw. Einbuchtungen ein, die den nach außen ragenden ersten Verbindungsabschnitten 330 des Lagersitzes 300 jeweils entsprechen, um so eine Verbindung mit dem Lagersitz 300 auf der linken und rechten Seite der Hülle 500 herzustellen. Das bedeutet, der nach außen ragende erste Verbindungsabschnitt 330 wird in die Einbuchtung des zweiten Verbindungsabschnitts 530 entlang der Achsenachse A eingebracht, um so den Lagersitz 300 mit der Hülle 500 zu verbinden. Außerdem umfassen der erste Verbindungsabschnitt 330 und der zweite Verbindungsabschnitt 530 einander entsprechende Schraubenlöcher 330a, 530a, um den Lagersitz 300 mit der Hülle 500 durch Schrauben zu befestigen.
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Weiter mit Bezug auf 2 weist die Hülle 500 einen Aufnahmeabschnitt 510 zum Aufnehmen der Steuereinheit 900 auf. Eine Abdeckung 520 dient zur Abdeckung der Steuereinheit 900, um die Steuereinheit 900 zu schützen. Die Steuereinheit 900 ist elektrisch mit einem Hilfsantrieb 50 des Fahrrads 1 und mit dem Dehnmessstreifen 400 verbunden. Die Steuereinheit 900 steuert den Hilfsantrieb (in 1A gezeigt) entsprechend der Verformung, die von dem Dehnmessstreifen 400 gemessen wird. Die Steuereinheit 900 weist den Hilfsantrieb an, mehr Hilfsenergie zu erzeugen, wenn die von dem Dehnmessstreifen 400 gemessene Verformung größer ist, und die Steuereinheit 900 weist den Hilfsantrieb an, weniger Hilfsenergie zu erzeugen, wenn die von dem Dehnmessstreifen 400 gemessene Verformung geringer ist. Wie in 1B und 2 gezeigt, kann der Aufnahmeabschnitt 510 eine Öffnung mit Lippen auf der Hülle 500 aufweisen, und die Steuereinheit 900 wird von den Lippen getragen, wenn sie an der Öffnung angeordnet ist. Die Abdeckung 520 deckt die Steuereinheit 900 ab und ist vorzugsweise in die Hülle 500 integriert. Die Steuereinheit 900 ist vorzugsweise oberhalb der Achse 100 angeordnet, um eine Ansammlung von Feuchtigkeit zu verringern. Insbesondere können der Dehnmessstreifen 400 und die Steuereinheit 900 auf entgegengesetzten Seiten der Achse 100 relativ zur Achsenachse A angeordnet sein, also oberhalb und unterhalb der Achse 100.
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Zusätzlich schließt der Lagersitz 300 einen Positionierungsschlitz 340 zum korrekten Positionieren der Achsbaugruppe 10 an der Halterung 20 ein, wie in 3A gezeigt. Der Positionierungsschlitz 340 ist auf einer Umfangsfläche der ringförmigen Struktur (also auf einer äußeren ringförmigen Oberfläche) ausgebildet und erstreckt sich entlang der Achsenachse A. Wenn der Lagersitz 300 mit der Halterung 20 verbunden wird, zeigt der Positionierungsschlitz 340 an, wann der Dehnmessstreifen 400 unterhalb der Achsenachse A angeordnet ist. So kann ein Benutzer beim Installieren der Achsbaugruppe 10 leicht entsprechend der Position des Positionierungsschlitzes 340 auf dem Lagersitz 300 den Dehnmessstreifen 400 unterhalb der Achse 100 und die Steuereinheit 900 oberhalb der Achse 100 installieren.
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Es wird Bezug genommen auf 4A und 4B. 4A und 4B sind Darstellungen der Hülle 500 und des Lagersitzes 300 vor und nach dem Zusammenbau gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die relative Position des Lagers 200, der Haltekomponente 700 und des Lagersitzes 300 sind in 4A veranschaulicht. Wie in 4A und 4B gezeigt, schließt die Hülle 500 weiter einen erweiterten Positionierungsschlitz 540 ein, der dem Positionierungsschlitz 340 des Lagersitzes 300 entspricht. Die Achsbaugruppe 10 schließt weiter einen Positionierbolzen 550 ein, der in den Positionierungsschlitz 340 des Lagersitzes 300 und den erweiterten Positionierungsschlitz 540 der Hülle 500 eingesetzt wird, um die Positionierungsverbindung sicherzustellen. Wenn der Lagersitz 300 mit der Hülle 500 in Eingriff gebracht wird, sind der Positionierungsschlitz 340 und der erweiterte Positionierungsschlitz 540 in eine Linie gebracht, so dass sie einen durchgehenden Positionierungsschlitz bilden, wobei der Positionierbolzen 550 über den Lagersitz 300 und die Hülle 500 hinweg verläuft und in dem durchgehenden Positionierungsschlitz angeordnet ist, der durch den Positionierungsschlitz 340 und den erweiterten Positionierungsschlitz 540 gebildet wird. Es wird angemerkt, dass die Positionierungsstruktur der Achsbaugruppe 10, wie etwa der Schlitz 340 und der Positionierungsbolzen 550, optional auf einer Seite des Lagersitzes 300 ausgebildet sein kann, aber nicht darauf beschränkt ist.
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Zusätzlich sind, wie in 2 gezeigt, eine Vielzahl von ringförmigen Magneten 800 auf der Achse 100 befestigt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, wobei das Magnetfeld als Angabe gemessen werden kann, die eine Drehgeschwindigkeit und eine Drehrichtung der Achse 100 wiedergibt. Speziell können gemäß dieser Ausführungsform zwei ringförmige Magneten 800 auf der Achse 100 aufgeklebt, aufgeschweißt oder eingerastet sein, um jeweils die Drehgeschwindigkeit und die Richtung des Drehmoments der Achse 100 zu messen. Beispielsweise kann der ringförmige Magnet 800 zum Messen der Richtung des Drehmoments nur zwei magnetische Pole aufweisen, wie etwa ein ringförmiger Magnet mit einer Hälfte als magnetischer Nordpol und einer Hälfte als magnetischer Südpol. Die Variation der Magnetpole dient dazu, zu bestimmen, ob das Drehmoment durch das Pedal am linken Fuß oder am rechten Fuß verursacht wird. Der ringförmige Magnet 800 zum Messen der Drehgeschwindigkeit der Achse 100 kann eine Vielzahl von magnetischen Polen aufweisen, wie etwa ein ringförmiger Magnet mit vier gleich großen magnetischen Polen, wobei ein magnetischer Nordpol und ein magnetischer Südpol jeweils zwei der vier gleichgroßen magnetischen Pole einnimmt. Somit kann die Drehgeschwindigkeit der Achse 100 über die Geschwindigkeit der Änderung der magnetischen Pole gemessen werden.
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Zusätzlich kann, wie in 2 gezeigt, eine Gewindehülse 600 der Achsbaugruppe 10 als Hülsenform und Hülse in dem Lagersitz 300 ausgebildet sein, um mit dem Fünf-Wege-Rohr 22 der Halterung bzw. des Rahmens 20 einzugreifen. Ein Gewinde ist auf einer der Umfangsflächen der Gewindehülsen 600 ausgebildet, die auf der linken und rechten Seite der Achsbaugruppe 10 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist das Gewinde auf der Gewindehülse 600 auf der rechten Seite ausgebildet. Die Gewindehülse 600, die auf der anderen Seite angeordnet ist, steht in Eingriff mit einem Gewindering 602, um die Achsbaugruppe 10 in dem Fünf-Wege-Rohr 22 des Rahmens 20 zu befestigen. Da die Achsbaugruppe 10 mit der Halterung 20 über die Gewindehülse 600 verbunden ist, liegt der Lagersitz 300 an der Halterung 20 so an, dass das Drehmoment über die Achse 100 und das Lager 200 übertragen wird, so dass der Dehnmessstreifen 400 die Verformung der radialen Ebene 310 des Lagersitzes 300 messen kann, wenn das Drehmoment die Achse 100 zur Rotation bringt. Die Steuereinheit 900 ist mit dem Kabel 420 des Dehnmessstreifens 400 verbunden, um die gemessene Verformung zu berechnen und so den Hilfsantrieb 50 entsprechend der gemessenen Verformung zu steuern. Somit wird Hilfsenergie bereitgestellt, um einem Fahrer zu helfen, das Fahrrad 1 leicht zu fahren.
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Zusätzlich wird Bezug genommen auf 5A bis 5C. 5A bis 5C sind Skizzen eines Lagersitzes 300‘ aus verschiedenen Blickwinkeln gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Dehnmessstreifen 400 kann an verschiedenen Positionen des Lagersitzes 300‘ angeordnet sein. In dieser Ausführungsform schließt der Lagersitz 300‘ mindestens einen verdünnten Abschnitt 350 ein, der an die radiale Ebene 310 angrenzt, und eine radiale Dicke T2, die dem verdünnten Abschnitt 350 der ringförmigen Struktur entspricht, ist geringer als eine radiale Dicke T1, die der radialen Ebene 310 der ringförmigen Struktur entspricht. Weiter ist ein Teil des Lagersitzes 300‘, der an die tragende Ebene 310 angrenzt, in Richtung der mittleren Position tiefer liegend, um den verdünnten Abschnitt 350 zu bilden. Somit ragt der Teil der ringförmigen Struktur, in dem die radiale Ebene 310 angeordnet ist, relativ zu dem verdünnten Abschnitt 350 nach außen, so dass ein Plattformabschnitt 360 gebildet wird, um den Dehnmessstreifen 400 aufzunehmen. Beispielsweise hat ein verdünnter Abschnitt 350‘ benachbart zu dem Plattformabschnitt 360 in der Achsenachse A eine dünnere radiale Dicke T3, was bedeutet, dass T3 ≤ T2 < T1. Durch Anordnung des verdünnten Abschnitts 350 ist die Verformung der radialen Ebene 310 des Lagersitzes 300‘ deutlicher, so dass die Genauigkeit des Dehnmessstreifens 400 verbessert wird. In dieser Ausführungsform kann jede Ebene des rechteckigen Plattformabschnitts 360, die im Wesentlichen parallel zur radialen Richtung B ist, als die radiale Ebene 310 dienen. Das bedeutet, dass jede der seitlichen Ebenen 361–364 des rechteckigen Plattformabschnitts 360 als die radiale Ebene 310 dienen kann, da die Normalrichtung N jeder seitlichen Ebene senkrecht zur radialen Richtung B des Lagers 200 verläuft. Zusätzlich weist der Lagersitz 300‘ einen Kabelschlitz 324‘ auf, der in Verbindung mit dem verdünnten Abschnitt 350 steht. Der Kabelschlitz 324‘ ist auf einer äußeren ringförmigen Oberfläche 300B ausgebildet (d.h. auf der Umfangsfläche). Der Kabelschlitz 324‘ erstreckt sich entlang der Umfangsrichtung C des Lagersitzes 300. Das Kabel 400 des Dehnmessstreifens 400 ist in dem Kabelschlitz 324‘ untergebracht, um die gemessene Verformung an die Steuereinheit 900 zu übertragen.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik kann aufgrund der Ausgestaltung der radialen Ebene des Lagersitzes der Achsbaugruppe der vorliegenden Erfindung der Dehnmessstreifen auf der radialen Ebene des Lagersitzes angeordnet werden, um so direkt die Verformung des Lagersitzes genau zu messen. Zusätzlich kann das Kabel geeignet durch den Kabelschlitz geführt werden, um so die Interferenz mit anderen Komponenten zu verringern, ohne zusätzliche Komponenten zu verwenden. Die Achsbaugruppe der vorliegenden Erfindung wird ein einer bewegten Vorrichtung angewandt, um das Drehmoment exakt zu messen und um so den Hilfsantrieb so zu steuern, dass die Anforderungen der Anwendung erfüllt sind.
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Dem Fachmann wird sofort ersichtlich sein, dass eine Vielzahl von Abwandlungen und Veränderungen der Vorrichtung und des Verfahrens möglich sind, bei denen die Lehren der Erfindung erhalten bleiben. Entsprechend soll die vorstehende Offenbarung nur durch die Grenzen der beigefügten Ansprüche eingeschränkt werden.
