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Die Erfindung betrifft eine Tretlagerhohlwelle, insbesondere für Fahrräder, mit einer Wellenlängsachse und zwei Wellenenden zur Aufnahme von Tretkurbeln. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Tretlagerhohlwelle, eine mit einer derartigen Tretlagerhohlwelle gebildete Tretlageranordnung sowie deren Verwendung.
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Tretlagerhohlwellen der eingangs genannten Art für Fahrräder sind aus der
DE 3546283 A1 bekannt. Die Tretlagerhohlwelle ist durch Extrusion mit anschließendem Kaltschmieden gebildet.
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Der Markt für Fahrradteile, wie für Tretlagerwellen, unterliegt einem stetig wachsenden Preisdruck. Weiterhin ist ein ständiges Bestreben vorhanden, das Gewicht von Fahrrädern zu reduzieren. So werden für Tretlagerwellen anstelle von Vollwellen inzwischen bevorzugt Hohlwellen eingesetzt. Allerdings bringt das Herstellen eines benötigten rohrförmigen Rohlings für die Tretlagerhohlwelle und das Anbringen von Bohrungen und/oder Gewinden an den Tretlagerhohlwellen einen zeitlichen und apparativen Aufwand mit sich, der die Kosten für das Bauteil signifikant erhöht.
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Vermehrt werden auch Tretlagerwellen bzw. Tretlageranordnungen eingesetzt, die mit Sensorik zur Erfassung von Tretlager-spezifischen Messdaten, wie einer Drehzahl, einem Drehmoment usw., verbunden sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine besonders leichte und dabei kostengünstig herzustellende Tretlagerhohlwelle mit Sensorik bereitzustellen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Tretlagerhohlwelle und eine Tretlageranordnung mit einer derartigen Tretlagerhohlwelle bereitzustellen und deren Verwendung anzugeben. Die Aufgabe wird für eine Tretlagerhohlwelle, insbesondere für Fahrräder, mit einer Wellenlängsachse und zwei Wellenenden zur Aufnahme von Tretkurbeln, dadurch gelöst, dass die Tretlagerhohlwelle aus einem, mehrfach um die Wellenlängsachse gewickelten Materialstreifen gebildet ist und mindestens ein Sensorfolienelement vorhanden ist, das mit dem Materialstreifen um die Wellenlängsachse gewickelt und in den gewickelten Materialstreifen integriert angeordnet ist.
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Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Fertigung einer Tretlagerhohlwelle, da lediglich Materialstreifen hergestellt werden müssen, wobei durch Aufwickeln des Materialstreifens die Tretlagerhohlwelle gebildet wird. Durch die Länge des Materialstreifens wird über den gewählten Innendurchmesser der Tretlagerhohlwelle eine entsprechende Wandstärke dieser beim Aufwickeln ausgebildet. Die Lagerhaltung für das Material bzw. die daraus bevorzugt durch Stanzen ausgebildeten Materialstreifen ist aufgrund des Tatsache, dass nur ein einziges Teil vorgehalten werden muss, besonders vereinfacht. Aufgrund des Einsatzes von Materialstreifen wird in der Tretlagerhohlwelle ein maximierter Hohlraum ausgebildet, so dass ein besonders geringes Gewicht erzielt wird. Aufgrund der Schichtstruktur der gebildeten Tretlagerhohlwelle weist diese eine benötigte hohe mechanische Steifigkeit auf.
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In diese Schichtstruktur integriert ist das mindestens eine Sensorfolienelement positionsgenau und sicher fixiert angeordnet. Störende Umwelteinflüsse auf das Sensorfolienelement, wie beispielsweise mechanische Beanspruchung, Schmutz, Feuchtigkeit, Spritzwasser, Wärme, UV-Strahlung und dergleichen, haben aufgrund der geschützten Anordnung des Sensorfolienelements innerhalb der Tretlagerwelle keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Lebensdauer des Sensorfolienelements.
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Die Anordnung eines Sensorfolienelements innerhalb der Tretlagerhohlwelle erfolgt insbesondere im Bereich eines Lagersitzes für ein später daran anzuordnendes Wälzlager. Dabei kann ein Sensorfolienelement pro Lagersitz vorgesehen sein oder nur ein einzelnes Sensorfolienelement im Bereich mindestens eines Lagersitzes.
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Auf Grund der gewählten Breite des Materialstreifens können unterschiedlich lange Tretlagerhohlwellen hergestellt werden. Dies reduziert ebenfalls die Herstellkosten, da mit derselben Technologie und denselben Werkzeugen unterschiedliche Produkte erzeugt werden können. Insbesondere werden gewickelte Tretlagerhohlwellen mit einer Wellenlänge im Bereich von 110 bis 135 mm bereitgestellt.
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Bevorzugt weist dabei der zur Bildung der Tretlagerhohlwelle eingesetzte Materialstreifen eine rechteckige Außenkontur auf. Unter eine rechteckige Außenkontur sollen dabei auch Ausführungsformen fallen, die abgerundete Ecken und/oder Schlitze aufweisen. Schlitze dienen unter anderem dazu, den Aufwickelvorgang zu vereinfachen, indem durch die Schlitze ein Einfädeln des Materialstreifens in mindestens einen Wickeldorn in einfacher Weise ermöglicht wird. Nach dem Aufwickeln liegt ein einheitlicher Außendurchmesser des rohrförmig aufgewickelten Materialstreifens samt Sensorfolienelement(en) vor. Es folgt eine weitere Verformung zur Tretlagerhohlwelle.
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Alternativ hat es sich bewährt, wenn der Materialstreifen eine von einer Rechteckform abweichende Außenkontur aufweist. Dabei können die Materialstreifen auch komplexe Außenkonturen aufweisen, um die Oberfläche der daraus gebildeten Tretlagerhohlwelle gezielt zu strukturieren. Hierbei können ebenfalls abgerundete Ecken und/oder Schlitze und/oder Ausklinkungen im Materialstreifen vorhanden sein. Schlitze dienen unter anderem dazu, den Aufwickelvorgang zu vereinfachen, indem durch die Schlitze ein Einfädeln des Materialstreifens in mindestens einen Wickeldorn in einfacher Weise ermöglicht wird. Die abgerundeten Ecken dienen unter anderem dazu, den Wickelvorgang zu vereinfachen und die Montage von Wälzlagern auf die Tretlagerwelle zu erleichtern.
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Unabhängig von der Außenkontur des Materialstreifens kann dieser weiterhin Öffnungen oder Schlitze aufweisen, die nicht mit der Außenkontur in Verbindung stehen.
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Das mindestens eine Sensorfolienelement weist mindestens eine elektrische Kontaktierungseinrichtung zur Abnahme mindestens eines Sensorsignals auf. Die mindestens eine elektrische Kontaktierungseinrichtung ist insbesondere aus der Tretlagerhohlwelle herausgeführt. Dabei kann die mindestens eine Kontaktierungseinrichtung über die Ränder des Materialstreifens in den Hohlraum der Tretlagerhohlwelle und/oder an die Außenseite der Tretlagerhohlwelle und/oder an mindestens ein Ende der Tretlagerhohlwelle geführt sein. Dabei kann die mindestens eine Kontaktierungseinrichtung auch durch die oben erwähnten Öffnungen oder Schlitze im Materialstreifen, die nicht mit dessen Außenkontur in Verbindung stehen, geführt sein.
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Bevorzugt ist das mindestens eine Sensorfolienelement aus einer PVDF-Folie (PVDF = Polyvinylidenfluorid) gebildet, welche piezoelektrische Effekte zeigt. Mittels eines derartigen Sensorfolienelements aus einer PVDF-Folie wird eine Kraftmessung durchgeführt, welche die Basis für ein Drehzahl- und/oder ein Drehmomentsignal bildet. Es können aber auch andere folienartige Messeinrichtungen entsprechend eingesetzt werden, wobei eine Erfassung von weiteren Parametern wie Druck oder Verformung über Druck- oder Verformungssensoren erfolgen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Tretlagerhohlwelle umfasst diese eine Hilfshülse, um welche der Materialstreifen und das mindestens eine Sensorfolienelement gewickelt sind. Die Hilfshülse dient dabei zur Fixierung des Materialstreifens zu Beginn des Aufwickelvorgangs und weiterhin insbesondere auch als Halterung für Muttern im Inneren der Hilfshülse und während des Aufwickelvorgangs. Die Muttern werden später mit den Tretkurbeln beispielsweise eines Fahrrades verbunden. Insbesondere werden hier korrosionsgeschützte Muttern eingesetzt.
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Eine solche Hilfshülse ist bevorzugt aus Kunststoff gebildet, insbesondere als ein kostengünstig herstellbares Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet.
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Bevorzugt ist die Hilfshülse in einem, dem jeweiligen Wellenende zugeordneten Bereich derart geformt, dass in einem, sich entlang der Wellenlängsachse erstreckenden Hohlraum der Tretlagerhohlwelle in jedem Bereich jeweils eine Verdrehsicherung für eine in den Hohlraum einzusetzende Mutter ausgebildet ist. Dies gewährleistet eine sichere Montage der Tretkurbeln an den Muttern. Insbesondere ist dabei ein Außendurchmesser der Hilfshülse geringer als das Eckenmaß der eingesetzten Muttern.
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Die Tretlagerhohlwelle kann alternativ in einem, dem jeweiligen Wellenende zugeordneten Bereich des gewickelten Materialstreifens selbst derart geformt sein, dass in einem, sich entlang der Wellenlängsachse erstreckenden Hohlraum der Tretlagerhohlwelle in jedem Bereich jeweils eine Verdrehsicherung für eine in den Hohlraum einzusetzende Mutter ausgebildet ist.
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Der Einsatz von preisgünstigen Standardbauteilen, welche Muttern in der Regel sind, ermöglicht eine Vermeidung eines Anbringens eines Gewindes an jedem Wellenende, durch das die Tretkurbeln üblicherweise an der Tretlagerwelle befestigt werden. Die Muttern sind einfach und schnell in den Hohlraum der Tretlagerhohlwelle einlegbar oder können zusammen mit der Hilfshülse von dem Materialstreifen umwickelt werden.
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Im Bereich der beiden Wellenenden weist die Hilfshülse insbesondere Hülsenschlitze auf, die parallel zur Wellenlängsachse verlaufend ausgebildet sind. Dadurch sind die Enden der Hilfshülse in flexible Laschen unterteilt, die bei einer Verformung der Wellenenden der Tretlagerhohlwelle elastisch nachgeben können.
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Die Wellenenden sind bevorzugt in Form eines Vierkantstumpfs ausgebildet. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltung für die Wellenenden von Tretlagerwellen, welche über einen Verformungsschritt an dem bereits zu einem Rohr aufgewickelten Materialstreifen in einfacher Weise realisiert werden kann. Aber auch eine andere formschlüssige Geometrie, beispielsweise eine oktogonale Form (ISIS-Verzahnung) des Stumpfes, ist möglich.
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Die Tretlagerhohlwelle weist bevorzugt mindestens zwei Lageranschläge auf, um eine Position jeweils eines, über das jeweilige Wellenende auf die Tretlagerhohlwelle aufzuschiebendes Wälzlager festzulegen. Der Lageranschlag begrenzt dabei die Position des Wälzlagers in axialer Richtung der Tretlagerhohlwelle.
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Dabei kann weiterhin pro Mutter mindestens ein Mutternanschlag vorgesehen sein, der eine Position der jeweiligen Mutter in axialer Richtung der Tretlagerhohlwelle festlegt. Ein solcher Mutternanschlag ist dabei bevorzugt an einer dem Hohlraum zugewandten Seite der Hilfshülse angeordnet.
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Sowohl die Mutternanschläge wie auch die Lageranschläge ermöglichen einen Verzicht auf separate Nuten und Sicherungsringe zur Positionierung der Muttern und Wälzlager an der Tretlagerhohlwelle.
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Der Materialstreifen ist insbesondere ein Blechstreifen, der bevorzugt aus Stahl, insbesondere aus einem nichtrostenden Stahl, oder aus Aluminium gebildet ist. Der Blechstreifen kann alternativ gehärtet oder beschichtet ausgebildet sein, wobei sich hinsichtlich einer Beschichtung eine galvanische Beschichtung bewährt hat. Die Beschichtung ist insbesondere eine Korrosionsschutzschicht, bevorzugt eine auf Zink basierende Korrosionsschutzschicht. Weiterhin können Materialstreifen aus Kompositen verwendet werden, die mehrlagig aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind. Dabei können die Materialstreifen faserverstärkte Bänder oder Matten, insbesondere kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffbänder oder -matten, umfassen oder auch vollständig aus solchen gebildet sein.
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Die Aufgabe wird für das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Tretlagerhohlwelle umfassend folgende Schritte gelöst:
Bereitstellen eines Materialstreifens und mindestens eines Sensorfolienelements;
Aufwickeln des Materialstreifens und des mindestens einen Sensorfolienelements zu der Tretlagerhohlwelle mittels mindestens einen Wickeldorns; und
Entnahme des mindestens einen Wickeldorns aus dem Hohlraum der Tretlagerhohlwelle unter Bereitstellung der Tretlagerhohlwelle.
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Die Bildung der Tretlagerhohlwelle ist dabei schnell und kostengünstig möglich. Üblicherweise schließen sich an den Wickelvorgang weitere Verformungsschritte an, beispielsweise um die Wellenenden als Vierkantstumpf auszuformen, Lageranschläge auszubilden usw. Vorzugsweise wird dabei ein solcher Vierkantstumpf bei Einsatz eines Blechstreifens spanlos angeprägt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Hilfshülse an dem mindestens einen Wickeldorn angeordnet und der Materialstreifen und das mindestens eine Sensorfolienelements um die Hilfshülse und den mindestens einen Wickeldorn gewickelt. Die Hilfshülse verbleibt dabei mit dem aufgewickelten Materialstreifen fest verbunden und bildet einen Bestandteil der Tretlagerhohlwelle aus. Dabei können die beiden Enden der Hilfshülse mit zwei Muttern bestückt werden, bevor der Materialstreifen aufgewickelt wird. Auch die Muttern verbleiben nach dem Aufwickeln des Materialstreifens auf die Hilfshülse an ihrer jeweiligen Position innerhalb der Hilfshülse. Durch ein nachfolgendes Verformen der Wellenenden werden die Muttern im Hohlraum der Tretlagerhohlwelle fixiert.
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Die Dicke eines für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Materialstreifens liegt dabei insbesondere im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm. Derartige Materialstreifen, insbesondere Blechstreifen, lassen sich in einfacher Weise und ohne großen mechanischen Widerstand aufwickeln. Die Dicke eines für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Sensorfolienelements liegt insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,15 bis 0,18 mm.
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Um die Tretlagerhohlwelle vor einer Abwicklung des Materialstreifens inklusive des mindestens einen Sensorfolienelements zu schützen, kann zwischenzeitlich eine Halteklemme eingesetzt werden, bis eine endgültige Fixierung der Wicklung, beispielsweise durch Aufschieben von Wälzlagern, erfolgt
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Die Aufgabe wird weiterhin für eine Tretlageranordnung umfassend eine erfindungsgemäße Tretlagerhohlwelle gelöst, indem diese weiterhin mindestens zwei, im Hohlraum der Tretlagerhohlwelle angeordnete Muttern umfasst, wobei jeweils eine Mutter einer Verdrehsicherung zugeordnet ist, und weiterhin mindestens zwei Wälzlager umfasst. Eine derartige Tretlageranordnung weist ein geringes Gesamtgewicht auf und ist besonders schnell und einfach auszubilden. Die Kosten für eine derartige Tretlageranordnung sind demnach besonders gering.
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Bevorzugt ist dabei ein erstes Wälzlager über ein erstes Wellenende der beiden Wellenenden auf die Tretlagerhohlwelle bis zu einem ersten Lageranschlag der beiden Lageranschläge aufgeschoben angeordnet und ein zweites Wälzlager über ein zweites Wellenende der beiden Wellenenden auf die Tretlagerhohlwelle bis zu einem zweiten Lageranschlag der beiden Lageranschläge aufgeschoben angeordnet.
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Die Wälzlager sind insbesondere auf die Tretlagerhohlwelle aufgepresst angeordnet, um einem unerwünschten Abwickeln des Materialstreifens inklusive des mindestens einen Sensorfolienelements entgegen zu wirken. Die aufgepressten Wälzlager fixieren damit dauerhaft die straffe Aufwicklung des Materialstreifens inklusive des mindestens einen Sensorfolienelements. In einer bevorzugten Ausführungsform der Tretlageranordnung sind die Muttern durch Sechskantmuttern gebildet, wobei die Verdrehsicherungen einer Geometrie der Sechskantmuttern folgend ausgebildet sind.
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Bevorzugt sind die Muttern ausgehend von der Verdrehsicherung in Richtung des jeweils zugeordneten Wellenendes axial freigängig angeordnet. Als Muttern können dabei genormte Standardbauteile eingesetzt werden, die als Massenprodukte in hohen Stückzahlen zu geringen Einzelkosten verfügbar sind. Das Anbringen eines Gewindes im Bereich des jeweiligen Wellenendes entfällt.
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Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Tretlageranordnung für Fahrräder, insbesondere Stadtfahrräder und gering belastete Freizeitfahrräder für den kostensensitiven Massenmarkt, hat sich bewährt.
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Die 1 bis 9 sollen erfindungsgemäße Tretlagerhohlwellen, Tretlageranordnungen und Verfahren zu deren Herstellung beispielhaft erläutern. So zeigt:
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1 in der Draufsicht einen Materialstreifen mit rechteckiger Außenkontur und ein Sensorfolienelement mit elektrischen Kontaktierungseinrichtungen;
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2 eine Hilfshülse in dreidimensionaler Ansicht;
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3 einen Schnitt durch die Hilfshülse gemäß 2;
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4 einen Schnitt durch die Hilfshülse gemäß 2 mit eingesteckten Muttern;
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5 einen Aufwickelvorgang für den Materialstreifen gemäß 1 mit dem Sensorfolienelement und den Kontaktierungseinrichtungen unter Zuhilfenahme von zwei Wickeldornen im Schnittbild;
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6 eine dreidimensionale Darstellung einer Tretlagerhohlwelle als Teil einer Tretlageranordnung im Schnittbild;
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7 in der Draufsicht einen weiteren Materialstreifen und ein Sensorfolienelement mit elektrischen Kontaktierungseinrichtungen;
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8 einen weiteren Aufwickelvorgang für den weiteren Materialstreifen und das Sensorfolienelement gemäß 7 unter Zuhilfenahme von zwei Wickeldornen im Schnittbild; und
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9 eine dreidimensionale Darstellung einer weiteren Tretlagerhohlwelle als Teil einer Tretlageranordnung im Schnittbild.
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1 zeigt in der Draufsicht einen Materialstreifen 2, hier in Form eines Blechstreifens, mit rechteckiger Außenkontur, der zwei Schlitze 2a und eine Öffnung 14 aufweist. Die Öffnung 14 ist hier lediglich gestrichelt gezeigt, da diese in dieser Ansicht durch ein Sensorfolienelement 12 verdeckt wird. Die Schlitze 2a sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der zumindest einer Länge einer zu umwickelnden Hilfshülse 7 (vergleiche 2) entspricht. Aufgrund der Schlitze 2a sind Blechlaschen 2b, 2b´ ausgebildet, die in einen Wickeldorn einsteckbar sind, um das Aufwickeln des Materialstreifens 2 zu vereinfachen. Der Materialstreifen 2 weist weiterhin abgerundete Ecken auf, um den durchzuführenden Wickelvorgang und ein Aufpressen von Wälzlagern weiter zu vereinfachen. Auf dem Materialstreifen 2 ist das Sensorfolienelement 12 angeordnet. Elektrische Kontaktierungseinrichtungen 13 für das Sensorfolienelement 12 sind durch die Öffnung 14 im Materialstreifen 2 geführt. Das Sensorfolienelement 12 ist dabei derart auf dem Materialstreifen 2 angeordnet, dass es bei der Aufwicklung des Materialstreifens 2 zwischen der letzten und vorletzten Wickellage des Materialstreifens 2 zu liegen kommt und dort fixiert wird.
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2 zeigt eine Hilfshülse 7 in dreidimensionaler Ansicht, die an ihren Enden Hülsenschlitze 6 aufweist. Die Hilfshülse 7 ist aus Kunststoff gebildet. Im Bereich der Hülsenschlitze 6 ist an beiden Ende der Hilfshülse 7 ein Aufnahmeraum zur Aufnahme jeweils einer Mutter 3a, 3b (vergleiche 4) ausgebildet. Hier sind pro Ende der Hilfshülse 7 jeweils sechs Hülsenschlitze 6 vorgesehen, um die einfache Aufnahme je einer Sechskantmutter zu ermöglichen. Die Enden der Hilfshülse 7 sind aufgrund der Hülsenschlitze 6 in flexible Laschen unterteilt, die sich an die Sechskantmuttern anlegen und gleichzeitig eine Verdrehsicherung für diese ausbilden.
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3 zeigt einen Schnitt durch die Hilfshülse 7 gemäß 2. Dabei sind im Inneren der Hilfshülse 7 die Mutternanschläge 8a, 8b zu erkennen, bis zu denen die Muttern 3a, 3b in die Hilfshülse 7 eingeschoben werden können. Weiterhin sind im Inneren der Hilfshülse 7 zwei Führungsaufnahmen 9a, 9b für die Aufnahme und Zentrierung von Wickeldornen ausgeformt.
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4 zeigt einen Schnitt durch die Hilfshülse 7 gemäß 2 mit eingesteckten Muttern 3a, 3b. Die geschlitzten Enden der Hilfshülse 7 umhüllen die Muttern 3a, 3b, wobei die flexiblen Laschen sich als Verdrehsicherung an die Sechseck-Außenkontur der Muttern 3a, 3b anlegen.
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5 zeigt nun schematisch einen Aufwickelvorgang für den Materialstreifen 2 und das Sensorfolienelement 12 gemäß 1 unter Zuhilfenahme von zwei Wickeldornen 15a, 15b im Schnittbild. Die Wickeldorne 15a, 15b werden rechts und links der Hilfshülse 7 positioniert und in diese eingeführt. Dabei werden die Wickeldorne 15a, 15b durch die Muttern 3a, 3b gesteckt und über eine Sicherungsverbindung 16 drehfest miteinander verbunden. Die Wickeldorne 15a, 15b weisen jeweils einen Wickeldornschlitz 15a´, 15b´ auf, in welchen die Laschen 2b, 2b´ des Materialstreifens 2 gesteckt werden. Nun werden die Wickeldorne 15a, 15b in eine gemeinsame Rotationsbewegung um ihre Längsachse versetzt und zuerst nur der Materialstreifen 2, später der Materialstreifen 2 und das darauf angeordnete Sensorfolienelement 12 um die Hilfshülse 7 gewickelt. Die Wickeldorne 15a, 15b werden nach Aufwicklung des Materialstreifens 2 auf die Hilfshülse 7 wieder voneinander getrennt und jeweils in Pfeilrichtung aus der umwickelten Hilfshülse 7 gezogen. Auf die gebildete Tretlagerhohlwelle werden anschließend oder nach einer Montage an einem nicht dargestellten Fahrrad Wälzlager 5a, 5b aufgeschoben und aufgepresst (vergleiche 6). Die Wälzlager 5a, 5b sind dabei beide in einem Bereich der Tretlagerhohlwelle angeordnet, in dem sich das Sensorfolienelement 12 befindet und auftretende Kräfte im Bereich der Wälzlager 5a, 5b erfasst werden können. Die Wälzlager 5a, 5b fixieren den Zustand des aufgewickelten Materialstreifens 2 und verhindert ein eventuelles unerwünschtes wieder Abwickeln bzw. eine Lockerung der straffen Wickelung. Es können sich weitere Verformungsschritte an der Tretlagerhohlwelle anschließen, wobei insbesondere eine Verformung der Wellenenden 1a, 1b (vergleiche 6) zu einem Vierkantstumpf erfolgt.
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Allerdings kann in einer alternativen Ausführungsform auf die Hilfshülse 7 auch verzichtet werden. Dann wird der Materialstreifen 2 auf einen Wickeldorn gesteckt und zusammen mit dem Sensorfolienelement auf diesen aufgewickelt. Anschließend erfolgt eine Fixierung der Aufwicklung, z.B. durch Kleben, Löten oder Schweißen, und mindestens ein weiterer Verformungsschritt zur Ausbildung der Tretlagerhohlwelle. Dabei kann ein erster Verformungsschritt die Bildung von Lageranschlägen und/oder Mutternanschlägen umfassen. Anschließend werden die Muttern in die Tretlagerhohlwelle eingesteckt und es folgt ein weiterer Verformungsschritt, bei dem die Verformung der Wellenenden 1a, 1b (vergleiche 6) zu einem Vierkantstumpf erfolgt.
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6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer nach dem Ablauf gemäß der 1 bis 5 gebildeten Tretlagerhohlwelle 1 mit einer Wellenlängsachse 1c als Teil einer Tretlageranordnung 10 im Schnittbild. Gleiche Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren kennzeichnen gleiche Elemente. Im Hohlraum 1d der Tretlagerhohlwelle 1 ist die Hilfshülse 7 mit den zwei Muttern 3a, 3b angeordnet. Weiterhin sind zwei Wälzlager 5a, 5b vorhanden, wobei ein erstes Wälzlager 5a über das erste Wellenende 1a der beiden Wellenenden 1a, 1b auf die Tretlagerhohlwelle 1 bis zu einem ersten Lageranschlag 4a der beiden Lageranschläge 4a, 4b aufgeschoben angeordnet ist. Ein zweites Wälzlager 5b ist über ein zweites Wellenende 1b der beiden Wellenenden 1a, 1b auf die Tretlagerhohlwelle 1 bis zu einem zweiten Lageranschlag 4b der beiden Lageranschläge 4a, 4b aufgeschoben angeordnet. Die Lageranschläge 4a, 4b verhindern ein Verrutschen der Wälzlager 5a, 5b in den Mittenbereich 1e der Tretlagerhohlwelle 1. Das Sensorfolienelement 12 ist sicher innerhalb der Tretlagerhohlwelle 1 fixiert angeordnet und über die elektrischen Kontaktierungseinrichtungen 13 sind Sensorsignale auslesbar.
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7 zeigt in der Draufsicht einen weiteren Materialstreifen 2´, der eine von einer Rechteckform abweichende Außenkontur aufweist. Es sind Materiallaschen 2b, 2b´ ausgeformt, die später in die Wickeldornschlitze 15a´, 15b´ der Wickeldorne 15a, 15b (siehe 8) gesteckt werden. Weiterhin ist der Materialstreifen 2´ derart geformt, dass sich beim Aufwickeln ein Rohr mit dreidimensional strukturierter Oberfläche ergibt. So ist eine weitere Materiallasche 2c vorgesehen, deren Seitenkanten nach dem Aufwickeln die Lageranschläge 4a, 4b ausbilden. An der rechten Seite des Materialstreifens 2´ ist eine gestrichelt dargestelle Öffnung 14 vorgesehen, durch welche elektrische Kontaktierungseinrichtungen 13 eines Sensorfolienelements 12 führbar sind und die in der vorliegenden Ansicht durch das Sensorfolienelement 12 verdeckt ist. Das Sensorfolienelement 12 liegt auf dem Materialstreifen 2´ auf, bevorzugt ist es dort, beispielsweise über Klebepunkte oder elektrische Anziehungskräfte, lagefixiert. Das Sensorfolienelement 12 ist dabei derart auf dem Materialstreifen 2´ angeordnet, dass es bei der Aufwicklung des Materialstreifens 2´ zwischen den Wickellagen des Materialstreifens 2´ unterhalb eines Wälzlagers 5b (vergleiche 8) zu liegen kommt und dort fixiert wird. Der Materialstreifen 2´ weist weiterhin abgerundete Ecken auf, um den durchzuführenden Wickelvorgang und ein Aufpressen von Wälzlagern weiter zu vereinfachen.
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Zur Bildung einer weiteren Tretlagerhohlwelle 1´ folgt das Verfahren nun dem durch die 2 bis 4 vorgegebenen und zu diesen oben beschriebenen Ablauf.
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8 zeigt den Aufwickelvorgang für den weiteren Materialstreifen 2´ unter Zuhilfenahme der zwei Wickeldorne 15a, 15b im Schnittbild. Gleiche Bezugszeichen wie in 5 kennzeichnen gleiche Elemente. Die Wickeldorne 15a, 15b werden rechts und links der Hilfshülse 7 positioniert und in diese eingeführt. Dabei werden die Wickeldorne 15a, 15b durch die Muttern 3a, 3b gesteckt und über eine Sicherungsverbindung 16 drehfest miteinander verbunden. Die Wickeldorne 15a, 15b weisen jeweils einen Wickeldornschlitz 15a´, 15b´ auf, in welchen die Materiallaschen 2b, 2b´ des Materialstreifens 2´ gesteckt werden. Nun werden die Wickeldorne 15a, 15b in eine gemeinsame Rotationsbewegung um ihre Längsachse versetzt und zuerst nur der Materialstreifen 2´, dann der Materialstreifen 2´ und das Sensorfolienelement 12 um die Hilfshülse 7 gewickelt. Die Wickeldorne 15a, 15b werden nach Aufwicklung des Materialstreifens 2´ auf die Hilfshülse 7 wieder voneinander getrennt und jeweils in Pfeilrichtung aus der umwickelten Hilfshülse 7 gezogen. Vor oder nach dem Entfernen der Wickeldorne 15a, 15b werden auf die gebildete Tretlagerhohlwelle beiderseits die Wälzlager 5a, 5b bis zum jeweiligen Lageranschlag 4a, 4b aufgeschoben und optional aufgepresst. Das Aufpressen des Wälzlagers 5a kann auch erst nach Einbau der gebildeten Tretlagerhohlwelle in ein Fahrrad erfolgen. Die elektrischen Kontaktierungseinrichtungen 13 sind durch die an der Tretlagerhohlwelle außen liegende Öffnung 14 geführt. Die Wälzlager 5a, 5b fixieren den Zustand des aufgewickelten Materialstreifen 2´ und verhindern ein eventuelles unerwünschtes wieder Abwickeln bzw. eine Lockerung der straffen Wickelung. Es können sich weitere Verformungsschritte an der Tretlagerhohlwelle anschließen, wobei insbesondere eine Verformung der Wellenenden 1a, 1b (vergleiche 9) zu einem Vierkantstumpf erfolgt.
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Alternativ kann auch hier, wie oben näher beschrieben, die Tretlagerhohlwelle ohne eine Hilfshülse 7 ausgebildet werden.
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9 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der gemäß der 7 und 8 gebildeten weiteren Tretlagerhohlwelle 1´ als Teil einer Tretlageranordnung 10´ im Schnittbild. Gleiche Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren kennzeichnen gleiche Elemente. Im Hohlraum 1d´ der Tretlagerhohlwelle 1´ ist die Hilfshülse 7 mit den zwei Muttern 3a, 3b angeordnet. Weiterhin sind zwei Wälzlager 5a, 5b vorhanden, wobei ein erstes Wälzlager 5a über das erste Wellenende 1a´ der beiden Wellenenden 1a´, 1b´ auf die Tretlagerhohlwelle 1´ bis zu einem ersten Lageranschlag 4a der beiden Lageranschläge 4a, 4b aufgeschoben angeordnet ist. Ein zweites Wälzlager 5b ist über ein zweites Wellenende 1b´ der beiden Wellenenden 1a´, 1b´ auf die Tretlagerhohlwelle 1´ bis zu einem zweiten Lageranschlag 4b der beiden Lageranschläge 4a, 4b aufgeschoben angeordnet. Die Lageranschläge 4a, 4b verhindern ein Verrutschen der Wälzlager 5a, 5b in den Mittenbereich 1e´ der Tretlagerhohlwelle 1´. Dabei sind die Lageranschläge 4a, 4b unmittelbar beim Aufwickeln des weiteren Materialstreifens 2´ ausgebildet worden, indem die Materiallasche 2c (vergleiche 7) des weiteren Materialstreifens 2´ lediglich im Mittenbereich 1e´ angeordnet und demnach auch nur dort aufgewickelt worden ist. Das Sensorfolienelement 12 ist sicher innerhalb der weiteren Tretlagerhohlwelle 1´ fixiert unterhalb des Wälzlagers 5b angeordnet und über die elektrischen Kontaktierungseinrichtungen 13 sind Sensorsignale auslesbar.
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Die 1 bis 9 zeigen lediglich Ausführungsbeispiele. So kann die Außenkontur des Materialstreifens nach Bedarf verändert und die Lage, Länge und Anzahl der Schlitze und/oder Öffnungen im Materialstreifen variiert werden. Die Ausgestaltung der Hilfshülse kann ebenso variieren. So kann auch die Hilfshülse anstelle des mindestens einen Wickeldorns eine Hülsenöffnung zum Einstecken einer Materiallasche des Materialstreifens aufweisen, um das Aufwickeln des Materialstreifens zu erleichtern. Die Hilfshülse kann weiterhin mindestens eine Hülsenöffnung aufweisen, um elektrische Kontaktierungseinrichtungen in den Hohlraum der Tretlagerhohlwelle zu führen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1´
- Tretlagerhohlwelle
- 1a, 1a´
- erstes Wellenende
- 1b, 1b´
- zweites Wellenende
- 1c, 1c´
- Wellenlängsachse
- 1d, 1d´
- Hohlraum
- 1e, 1e´
- Mittenbereich
- 2, 2´
- Materialstreifen
- 2a
- Schlitz
- 2b, 2b´, 2c
- Materiallasche
- 3a, 3b
- Mutter
- 4a, 4b
- Lageranschlag
- 5a, 5b
- Wälzlager
- 6
- Hülsenschlitz
- 7
- Hilfshülse
- 8a, 8b
- Mutternanschlag
- 9a, 9b
- Führungsaufnahme für Wickeldorn
- 10, 10´
- Tretlageranordnung
- 12
- Sensorfolienelement
- 13
- elektrische Kontaktierungseinrichtung
- 14
- Öffnung
- 15a, 15b
- Wickeldorn
- 15a´, 15b´
- Wickeldornschlitz
- 16
- Sicherungsverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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