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Bezeichnung der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Tretlagereinheit nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit einem Drehzahlsensor, sowie ein Fahrzeug nach Anspruch 6 mit einem Kurbeltrieb, insbesondere Fahrrad, Pedelec, E-Bike oder Ergometer.
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Aus der Praxis sind Tretlagereinheiten mit einer Tretlagerwelle, einer an der Tretlagerwelle drehfest befestigten drehsteifen Kettenblattwelle sowie einem Drehzahlsensor bekannt, wobei an der Kettenblattwelle ein Sensor vorgesehen ist, der das in die Tretlagerwelle eingeleitete Drehmoment erfasst. Der das Drehmoment erfassende Sensor spricht dabei beispielsweise auf ein Magnetfeld an, das unter Ausnutzung des magnetostriktiven Effektes in dem Material des Korpus der Kettenblattwelle auftritt. Für eine Leistungsdiagnostik des Bedieners der Tretlagereinheit ist zusätzlich zu der Kenntnis des in die Tretlagerwelle bzw. in die Kettenblattwelle eingeleiteten Drehmomentes auch die Kenntnis der Drehzahl der Kettenblattwelle bzw. der Tretlagerwelle erforderlich.
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DE 10 2008 050 236 A1 beschreibt eine Tretlagereinheit mit einer Tretlagerwelle, einer drehfest an der Tretlagerwelle befestigten drehsteifen Kettenblattwelle, wobei an einer äußeren Mantelfläche der Kettenblattwelle eine erste und eine zweite Magnetisierung vorgesehen ist, die sich aufgrund des magnetostriktiven Effektes ändern, sobald in dem Korpus der Kettenblattwelle in Drehmoment auftritt. Jede der beiden Magnetisierungen weist zwei gegenläufig orientierte, bei Abwesenheit des Drehmomentes innerhalb des Korpus verlaufende Teilmagnetfelder auf, so dass die Magnetisierungen bzw. die jeweiligen Teilmagnetisierungen zur Erfassung der Drehzahl der Welle nicht auszunutzen sind. Ungünstig ist weiter, dass der Betrag sowie die Richtung des auftretenden Nettomagnetfeldes von dem Drehmoment in der Kettenblattwelle abhängen. Zum Erfassen der Drehzahl der Tretlagerwele bzw. der Kettenblattwelle wird daher vorgeschlagen, dass eine optische Erfassungseinheit als Drehzahlsensor eine auf der Mantelfläche der Tretlagerwelle bzw. der Kettenblattwelle aufgebrachte Struktur erfasst. Hier ist ungünstig, dass die Struktur auf der Tretlagerwelle bzw. der Kettenblattwelle eine Bearbeitung des Korpus des Welle sowie einen zusätzlichen Platz erforderlich macht, was insbesondere deshalb wenig günstig ist, da die Kettenblattwelle den Raum zwischen der Tretlagerwelle und dem Gehäuse fast vollständig ausfüllt.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Tretlagereinheit mit einem einfachen Drehzahlsensor anzugeben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für die eingangs genannte Tretlagereinheit dadurch gelöst, dass der Drehzahlsensor als magnetischer Sensor ausgebildet ist, dass die Tretlagerwelle an mindestens einem Ende eine Ausformung zur Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung aufweist, und dass der Drehzahlsensor die Ausformung an dem Ende der Kettenblattwelle erfasst.
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Der magnetische Sensor nimmt nur wenig Platz ein und lässt sich insbesondere an einem oder beiden der Enden der Kettenblattwelle leicht anordnen. Der Sensor ist außerhalb des von der Kettenblattwelle beanspruchten und ausgefüllten Raums fest an dem Gehäuse angeordnet und lässt sich nachträglich nachrüsten. Da eine ohnehin vorhandene Ausformung zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung von dem magnetischen Sensor angemessen und erfasst wird, erübrigt sich eine Nachbearbeitung des Korpus der Kettenblattwelle bzw. der Tretlagerwelle. Der Drehzahlsensor ist dabei ggf. zusätzlich zu dem Sensor angeordnet, der die Änderung der in der Kettenblattwelle auftretenden Magnetisierung aufgrund des magnetostriktiven Effektes bei Vorliegen eines Drehmomentes erfasst. Der Drehzahlsensor ist dabei unabhängig von dem Vorliegen eines Drehmomentes und liefert dabei auch im Leerlaufbetrieb der Tretlagereinheit eine Information über die Drehzahl der Tretlagerwelle bzw. der mit der Tretlagerwelle drehfest befestigten Kettenblattwelle. Der magnetische Sensor kann dabei beispielsweise als Hall-Sensor, als Wiegand-Sensor oder als Reed-Sensor ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die von dem Drehzahlsensor erfasste Ausformung, insbesondere die Verzahnung, zwischen der Tretlagerwelle und der Kettenblattwelle ausgebildet ist. Die Kettenblattwelle ist in diesem Fall mit der Tretlagerwelle über eine durch die Ausformung, insbesondere die Verzahnung, ausgebildete formschlüssige, ggf. zusätzlich noch reibschlüssige Verbindung drehfest gekoppelt. Die Ausformung, insbesondere die Zähne der zwischen der Kettenblattwelle und der Tretlagerwelle ausgebildeten Verzahnung, liefert dann das Signal, das der magnetische Sensor erfasst.
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Alternativ oder ergänzend zu einer zwischen der Tretlagerwelle und der Kettenblattwelle ausgebildeten Ausformung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die von dem Drehzahlsensor erfasste Ausformung, insbesondere die Verzahnung, zwischen der Kettenblattwelle und einer Anschlusskonstruktion, insbesondere einem Kettenblattträger, ausgebildet ist. Zwischen der Anschlusskonstruktion, insbesondere dem Kettenblattträger, und der Kettenblattwelle kann optional noch ein Freilauf vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ausformung eine Permanentmagnetisierung aufweist, beispielsweise können die Zähne einer Verzahnung abwechselnd als Süd- und als Nordpol magnetisiert sein. Die Permanentmagnetisierung ist einfach aufzubringen und ermöglicht eine gegenüber einem magnetischen Hintergrund leicht erkennbares Signal, auf das der magnetische Sensor, beispielsweise ein Hall-Sensor oder ein Reed-Sensor bzw. ein Wiegand-Sensor, ansprechen kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Drehzahlsensor magnetisch hinterspannt ist. Der Drehzahlsensor umfasst dabei einen Magneten, dessen Magnetfeld an der Messstelle des Sensors vorliegt, so dass der Messfühler des Drehzahlsensors immer ein Magnetfeld erfasst. Die magnetische Hinterspannung des Drehzahlsensors ermöglicht die Unterdrückung eines magnetischen Hintergrundes sowie weiter die Messung einer Ausformung, deren Material kein permanentes Magnetfeld aufweisen muss, jedoch magnetisierbare, insbesondere ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Die Ausformung moduliert in diesem Fall das Magnetfeld der magnetischen Hinterspannung des magnetischen Drehzahlsensors derart, dass der Messfühler des magnetischen Drehzahlsensors das modulierte Magnetfeld und damit die Ausformung selbst erfassen kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tretlagereinheit, und
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2 zeigt eine geschnittene Ansicht eines zu dem in 1 dargestelten Ausführungsbeispiels abgewandelten Ausführungsbeispiels.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine Tretlagereinheit, die eine Tretlagerwelle 1 umfasst, die als zwischen den beiden nicht dargestellten Kurbeln durchgehende Hohlwelle ausgebildet ist. Die Tretlagereinheit umfasst weiter eine Kettenblattwelle 2, die die Tretlagerwelle 1 umgibt und mit der Tretlagerwelle 1 drehfest verbunden ist, wobei die Kettenblattwelle 2 drehsteif ausgebildet ist.
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Die Tretlagereinheit umfasst einen ersten Drehzahlsensor 3 sowie einen zweiten Drehzahlsensor 4, wobei jeder der beiden Drehzahlsensoren 3, 4 die Drehzahl der Tretlagerwelle 1 bzw. der Kettenblattwelle 2 um die gemeinsame Drehachse 5 erfasst. Der Drehzahlsensor 3, 4 ist jeweils als magnetischer Sensor ausgebildet, der auf ein Magnetfeld anspricht, und an einem Gehäuse 6 befestigt, innerhalb dessen die Tretlagerwelle 1 sowie die Kettenblattwelle 2 drehbar aufgenommen sind. Die Tretlagerwelle 1 ist mittels Wälzlagern, deren eines mit dem Bezugszeichen ,7' ausgewiesen ist, an einem nicht bildlich dargestellten Gestell eines mittels eines Kurbeltriebs antreibbaren Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrrades, Pedelecs, E-Bikes oder Ergometers, drehbar angeordnet.
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Die Kettenblattwelle 2 weist an einem ersten Ende 8 eine entlang der inneren Mantelfläche 9 umlaufende Abfolge von Ausformungen, nämlich Zähnen einer Verzahnung, auf, wobei jeder Zahn der Verzahnung eine einzelne Ausformung ausbildet, und wobei die Zähne zu der Drehachse 5 hin weisen. Die Ausformungen 10 an dem ersten Ende 8 der Kettenblattwelle 2 stehen in formschlüssigen Eingriff mit Gegenzähnen, die an der äußeren Mantelfläche 11 der Tretlagerwelle 1 angeordnet sind, so dass sich die Verzahnung zwischen der Tretlagerwelle 1 und der Kettenblattwelle 2 als formschlüssige, drehfeste Verbindung ausbildet. Mindestens einige der Ausformungen bzw. der Zähne der Kettenblattwelle 2 weisen eine Permanentmagnetisierung auf, die von dem ersten Drehzahlsensor 3 erfasst wird. Damit ist die von dem ersten Drehzahlsensor 3 erfasste Ausformung 10, insbesondere auch die von den Zähnen und den Gegenzähnen ausgebildete Verzahnung, zwischen der Tretlagerwelle 1 und der Kettenblattwelle 2 ausgebildet. Die Tretlagerwelle 1 ist zusätzlich zu der durch die Ausformungen 10 ausgebildeten formschlüssigen Verbindung noch reibschlüssig, mittels eines Presssitzes, an der Kettenblattwelle 2 befestigt.
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Die Kettenblattwelle 2 weist an einem zweiten Ende 12 eine entlang der äußeren Mantelfläche 13 umlaufende Abfolge von weiteren Ausformungen, nämlich Zähnen einer weiteren Verzahnung, auf, wobei jeder Zahn der Verzahnung eine einzelne Ausformung 14 ausbildet, und wobei die Zähne von der Drehachse 5 fort weisen. Die Ausformungen 14 an dem zweiten Ende 12 der Kettenblattwelle 2 stehen in formschlüssigen Eingriff mit Gegenzähnen, die an einer bildlich nicht dargestellten Anschlusskonstruktion, insbesondere einem Kettenblattträger, angeordnet sind, so dass sich die Verzahnung zwischen der Anschlusskonstruktion und der Kettenblattwelle 2 als formschlüssige, drehfeste Verbindung ausbildet. Mindestens einige der Ausformungen bzw. der Zähne der Kettenblattwelle 2 weisen eine Permanentmagnetisierung auf, die von dem zweiten Drehzahlsensor 4 erfasst wird. Damit ist die von dem zweiten Drehzahlsensor 4 erfasste Ausformung 14, insbesondere auch die von den Zähnen und den Gegenzähnen ausgebildete Verzahnung, zwischen der Anschlusskonstruktion, insbesondere dem Kettenblattträger bzw. einem zwischen dem Kettenblattträger 2 und der Kettenblattwelle 2 angeordneten Freilauf, und der Kettenblattwelle 2 ausgebildet. Die an der äußeren Mantelfläche 13 vorgesehene Ausformung 14 weisen eine axiale Erstreckung, nämlich parallel zu der Drehachse 5, auf, die deutlich größer ist als die axiale Erstreckung des zweiten Drehzahlsensors 4, so dass die Permanentmagnetisierung der Ausformung 14 nur entlang ca. der Hälfte der axialen Erstreckung der Ausformung 14, insbesondere nur an dem dem zweiten Drehzahlsensor 4 gegenüberliegenden Abschnitt, vorgesehen ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die als magnetische Sensoren ausgebildeten Drehzahlsensoren 3, 4 als Hall-Sensor ausgebildet.
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Bei dem in 2 dargestellten, abgewandelten Ausführungsbeispiel bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder in ihrer Funktion vergleichbare Komponenten. Es sollen insbesondere die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1 herausgestellt werden.
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2 zeigt eine Tretlagereinheit, bei der der erste Drehzahlsensor 23 sowie der zweite Drehzahlsensor 24 jeweils als magnetisch hinterspannte Sensoren ausgebildet sind. Die beiden Sensoren 23, 24 umfassen dabei einen Permanentmagneten, in dessen Magnetfeld der Messfühler des Sensors 23, 24 angeordnet ist. Der Messfühler des ersten Drehzahlsensors 23 erfasst die Zähne der Ausformung 30 an dem ersten Ende 8 der Kettenblattwelle 2, wobei die Zähne keine Permanentmagnetisierung aufweisen, allerdings aus einem magnetisierbaren, insbesondere ferromagnetischen Material ausgebildet sind, speziell als Freischnitte aus dem Korpus der Kettenblattwelle 2 ausgebildet wurden. Die Zähne der Ausformung 30 modulieren dabei das Magnetfeld des dem ersten Drehzahlsensors 23 zugeordneten Permanentmagneten, und das modulierte Magnetfeld wird von dem Messfühler des ersten Drehzahlsensors 23 erfasst. Ebenso weisen die Zähne der Ausformung 34 an dem zweiten Ende 12 der Kettenblattwelle 2 keine Permanentmagnetisierung auf, sondern sind mit dem ferromagnetischen Material des Korpus der Kettenblattwelle 2 einteilig ausgebildet.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen waren die Ausformungen 10, 14, 30, 34 jeweils durch Zähne gebildet, die mit Gegenzähnen eine Verzahnung ausbildeten, um eine formschlüssige Verbindung bereitzustellen. Es versteht sich, dass die formschlüssige Verbindung auch als Schraubenverbindung ausgebildet sein kann, so dass die Ausformungen durch sich entlang der Mantelfläche erstreckende Windungen eines Gewindes bzw. Gegengewindes ausgebildet sein können.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war vorgesehen, dass der magnetische Drehzahlsensor 3, 4, 23, 24, jeweils das Vorhandensein der Zähne bzw. der Ausformungen 10, 14, 30, 34 erfasst, wobei die Zähne als Beispiele für eine Ausformung über die angrenzende Oberfläche jeweils überstehen. Es versteht sich, dass der Drehzahlsensor auch das Fehlen einer Ausformung erfassen kann, beispielsweise einen fehlenden Zahn einer Zähnung oder eine als Materialausnehmung ausgebildete Ausformung an der Kettenblattwelle 2. Als Ausformung kann dabei auch eine Vertiefung in der im wesentlichen zylindrischen Mantelfläche 9, 13 der Kettenblattwelle 2 in Frage kommen, so dass als Ausformung jede Abweichung der Oberfläche der Kettenblattwelle 2 von der unmittelbar angrenzenden Umgebung bezeichnet wird.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen waren die Zähne der Ausformungen 10, 14 bzw. 30, 34 jeweils radial, bezogen auf die Achse 5 der Tretlagerwelle 1, gerichtet, und die Drehzahlsensoren 3, 4 bzw. 23, 24 lagen den Ausformungen 10, 14 bzw. 30, 34 radial gegenüber. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass sich die Zähne bzw. allgemeiner die Strukturen mindestens einer der Ausformungen 10, 14 bzw. 30, 34 axial, im wesentlichen parallel zu der Achse 5 der Tretlagerwelle 1 erstrecken, und dass in diesem Fall der betreffende der Drehzahlsensoren 3, 4 bzw. 23, 24 axial beabstandet zu den Zähnen an dem Gehäuse 6 bzw. an einem Gestell des Fahrrades angeordnet ist. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass sich die Zähne bzw. allgemeiner die Strukturen mindestens einer der Ausformungen 10, 14 bzw. 30, 34 zwar radial von der Achse 5 der Tretlagerwelle 1 fort erstreckt, der betreffende der Drehzahlsensoren 3, 4 bzw. 23, 24 aber axial, also in Richtung der Achse 5 der Tretlagerwelle 1 benachbart zu der angemessenen Struktur an dem Gehäuse 6 angeordnet ist. Der betreffende Drehzahlsensor ist dann neben der angemessenen Struktur der Ausformung angeordnet, nicht, wie in 1 und 2 dargestellt, der Struktur der Ausformung radial gegenüberliegend, so dass Bauraum in radialer Richtung eingespart werden kann.
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Für die Erfassung der formschlüssigen Verbindung bzw. des formschlüssigen Anteils der Verbindung kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass beispielsweise die Zähne gegenüber den Gegenzähnen axial teilweise versetzt angeordnet sind, bzw. dass die axiale Erstreckung der Zähne größer ist als die axiale Erstreckung der Gegenzähne, so dass der Drehzahlsensor die überstehenden Zähne bzw. Gegenzähne erfasst, und insbesondere ein Vorhandensein bzw. Fehlen der Zähne ermittelt. Entsprechendes gilt, wenn die Verbindung durch anders gestaltete Ausformungen als Zähne bzw. Gegenzähne ausgebildet wird, beispielsweise durch Gewinde und Gegengewinde, oder miteinander zusammenwirkende Teile eines Bajonettverschlusses.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tretlagerwelle
- 2
- Kettenblattwelle
- 3
- erster Drehzahlsensor
- 4
- zweiter Drehzahlsensor
- 5
- Drehachse
- 6
- Gehäuse
- 7
- Wälzlager
- 8
- erstes Ende der Kettenblattwelle 2
- 9
- innere Mantelfläche der Kettenblattwelle 2
- 10
- Ausformung an der Kettenblattwelle 2
- 11
- äußere Mantelfläche der Tretlagerwelle 1
- 12
- zweites Ende der Kettenblattwelle 2
- 13
- äußere Mantelfläche der Kettenblattwelle 2
- 14
- Ausformung an der Kettenblattwelle 2
- 23
- Drehzahlsensor
- 24
- Drehzahlsensor
- 30
- Ausformung an der Kettenblattwelle 2
- 34
- Ausformung an der Kettenbalttwelle 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008050236 A1 [0003]
