DE202010017369U1 - Bottom bracket unit with speed sensor - Google Patents

Bottom bracket unit with speed sensor Download PDF

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Abstract

Tretlagereinheit, umfassend eine Tretlagerwelle (1), eine mit der Tretlagerwelle (1) drehfest verbundene Kettenblattwelle (3), und einen Drehzahlsensor (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (4) als magnetischer Sensor ausgebildet ist, und dass der Drehzahlsensor (4) ein in das Korpus der Kettenblattwelle (3) eingeprägtes permanentes Magnetfeld (6) erfasst.Bottom bracket unit, comprising a bottom bracket shaft (1), a chainring shaft (3) connected in a rotationally fixed manner to the bottom bracket shaft (1), and a speed sensor (4), characterized in that the speed sensor (4) is designed as a magnetic sensor and that the speed sensor ( 4) detects a permanent magnetic field (6) impressed into the body of the chainring shaft (3).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Tretlagereinheit nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit einem Drehzahlsensor, sowie ein Fahrzeug nach Anspruch 5 mit einem Kurbeltrieb, insbesondere Fahrrad, Pedelec, E-Bike oder Ergometer.The invention relates to a bottom bracket assembly according to the preamble of claim 1 with a speed sensor, and a vehicle according to claim 5 with a crank mechanism, in particular bicycle, pedelec, e-bike or ergometer.

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.From practice, bottom bracket units with a bottom bracket, a rotationally fixed to the bottom bracket shaft fixed torsion chain and a speed sensor known, wherein on the chainring shaft, a sensor is provided which detects the torque introduced into the bottom bracket. The sensor detecting the torque responds, for example, to a magnetic field that occurs by utilizing the magnetostrictive effect in the material of the body of the chainring shaft. For a performance diagnosis of the operator of the bottom bracket unit in addition to the knowledge of the introduced into the bottom bracket and the chainring shaft torque and the knowledge of the speed of the chainring shaft or the bottom bracket shaft is required.

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 Tretlagerwelle 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. DE 10 2008 050 236 A1 describes a bottom bracket assembly with a bottom bracket, a rotationally fixed to the bottom bracket shaft rotatable chainring shaft, wherein on an outer surface of the chainring shaft first and a second magnetization is provided, which change due to the magnetostrictive effect, as soon as occurs in the body of the chainring shaft in torque. Each of the two magnetizations has two oppositely oriented, in the absence of torque within the body extending partial magnetic fields, so that the magnetizations or the respective partial magnetizations for detecting the rotational speed of the shaft are not exploitable. It is also unfavorable that the amount as well as the direction of the net magnetic field occurring depend on the torque in the chainring shaft. For detecting the rotational speed of the bottom bracket shaft or the chainring shaft, it is therefore proposed that an optical detection unit detects a structure applied as a rotational speed sensor on the lateral surface of the bottom bracket shaft or chainring shaft. Here is unfavorable that the structure on the bottom bracket and the chainring shaft machining of the body of the shaft and an additional space required, which is particularly low because the chainring shaft almost completely fills the space between the bottom bracket and the housing.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Tretlagereinheit mit einem einfachen Drehzahlsensor anzugeben.It is the object of the invention to provide a bottom bracket unit with a simple speed sensor.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Drehzahlsensor als magnetischer Sensor ausgebildet ist, und dass der Drehzahlsensor ein in das Korpus der Kettenblattwelle eingeprägtes permanentes Magnetfeld erfasst.This object is achieved in that the speed sensor is designed as a magnetic sensor, and that the speed sensor detects a stamped into the body of the chainring shaft permanent magnetic field.

Das in das magnetisierbare Korpus der Kettenblattwelle eingeprägte permanente Magnetfeld erfordert keine Änderung der räumlichen Abmessungen der Kettenblattwelle selbst. Der magnetische Sensor arbeitet berührungslos und kann auch außerhalb des zwischen der Kettenblattwelle und der Tretlagerwelle abgegrenzten Raumes angeordnet werden.The permanent magnetic field impressed into the magnetizable body of the chainring shaft does not require any change in the spatial dimensions of the chainring shaft itself. The magnetic sensor operates without contact and can also be arranged outside the space delimited between the chainring shaft and the bottom bracket shaft.

Das Einprägen des permanenten Magnetfeldes in das Korpus der Kettenblattwelle kann mittels gepulster Ströme durchgeführt werden, die kurzzeitig mit hoher Stromstärke in das Korpus der Kettenblattwelle eingeführt werden, so dass das die Ströme umgebende Magnetfeld in dem Material des Korpus der Kettenblattwelle verbleibt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Einprägen des permanenten Magnetfeldes in das Korpus der Kettenblattwelle derart ausgeführt werden, dass ein Magnetisierelement mit einem starken äußeren Magnetfeld an die Kettenblattwelle herangeführt wird. Ein derartiges Einprägen des permanenten Magnetfeldes in das Korpus der Kettenblattwelle ist einfach und schnell, ggf. auch nachträglich, durchzuführen.The impressing of the permanent magnetic field in the body of the chainring shaft can be carried out by means of pulsed currents which are briefly introduced with high current in the body of the chainring shaft, so that the magnetic field surrounding the currents remains in the material of the body of the chainring shaft. Alternatively or additionally, the impressing of the permanent magnetic field in the body of the chainring shaft can be carried out such that a Magnetisierelement is introduced with a strong external magnetic field to the chainring shaft. Such impressing the permanent magnetic field in the body of the chainring shaft is easy and fast, possibly also subsequently to perform.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Magnetfeld eine entlang des Umfangs der Kettenblattwelle umlaufende Abfolge von magnetischen Polen umfasst. Eine derartige entlang des Umfangs der Kettenblattwelle umlaufende Abfolge von mindestens zwei magnetischen Polen liefert ein für die Erfassung der Drehung der Kettenblattwelle besonders geeignetes Signal, das durch in der Kettenblattwelle auftretende Drehmomente, die aufgrund des magnetostriktiven Effektes ein dem Magnetfeld der umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen überlagerndes zusätzliches Magnetfeld bilden, nur wenig beeinflusst wird, so dass unabhängig von dem Vorliegen von Drehmomenten in der Kettenblattwelle deren Drehzahl und Drehrichtung sicher erfasst werden kann. Die umlaufende Abfolge der magnetischen Pole kann nur gleichnamige Pole umfassen, also eine umlaufende Abfolge von ausschließlich Nordpolen oder ausschließlich Südpolen, oder eine Abfolge von nicht-gleichnamigen Polen, beispielsweise Nord- und Südpole in abwechselnder Reihenfolge.It is preferably provided that the magnetic field comprises a sequence of magnetic poles running around along the circumference of the chainring shaft. Such a sequence of at least two magnetic poles circulating along the circumference of the sprocket shaft provides a signal which is particularly suitable for detecting the rotation of the chain sprocket and which is due to torques occurring in the sprocket shaft and due to the magnetostrictive effect superimposed on the magnetic field of the rotating sequence of magnetic poles form additional magnetic field, is only slightly affected, so that regardless of the presence of torques in the chainring shaft whose speed and direction can be detected safely. The circulating sequence of the magnetic poles can only include poles of the same name, that is to say a circumferential sequence of exclusively north poles or exclusively south poles, or a sequence of non-homonymous poles, for example north and south poles, in alternating sequence.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das von dem Drehzahlsensor erfasste Magnetfeld nahe einem Endabschnitt der Kettenblattwelle angeordnet ist. Damit verbleibt zwischen den Endabschnitten der Kettenblattwelle ein ausreichender, sich axial, entlang der Kettenblattwelle erstreckender Raum zur Erfassung der Änderung eines weiteren Magnetfeldes, dessen Auftreten bzw. Änderung auf den in der Kettenblattwelle auftretenden Drehmomenten beruht.It is preferably provided that the magnetic field detected by the rotational speed sensor is arranged near an end portion of the chainring shaft. This leaves between the end portions of the chainring shaft sufficient, axially, space extending along the sprocket shaft for detecting the change in another magnetic field whose occurrence or change is due to the torques occurring in the sprocket shaft.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Drehzahlsensor magnetisch hinterspannt ist. Der Drehzahlsensor selbst weist in diesem Fall einen Permanentmagneten auf, in dessen Magnetfeld der Messfühler des magnetischen Drehzahlsensors angeordnet ist. Der Drehzahlsensor erfasst dann das sich dem Magnetfeld des eigenen Permanentmagneten überlagernde, zusätzliche Magnetfeld. Die magnetische Hinterspannung dient dabei insbesondere zur Abschirmung äußerer Störmagnetfelder.It is preferably provided that the speed sensor is magnetically tensioned. The speed sensor itself has in this case a permanent magnet, in the magnetic field of the sensor of the magnetic speed sensor is arranged. The speed sensor then detects the magnetic field of its own permanent magnet overlapping, additional magnetic field. The magnetic back tension is used in particular for shielding external interference magnetic fields.

Der als magnetischer Sensor ausgebildete Drehzahlsensor kann beispielsweise als Hall-Sensor, als Wiegand-Sensor oder als Reed-Sensor ausgebildet sein. Ebenfalls kann der magnetische Sensor als sogenannte Fluxgate-Spule (Förster-Sonde) ausgebildet sein, oder auf der Erfassung des Riesenmagnetwiderstandes (GMR-Effektes, bzw. AMR-Effektes) beruhen.The speed sensor designed as a magnetic sensor can be designed, for example, as a Hall sensor, as a Wiegand sensor or as a reed sensor. Also, the magnetic sensor may be formed as a so-called fluxgate coil (Förster probe), or based on the detection of giant magnetoresistance (GMR effect, or AMR effect).

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.Further advantages and features will become apparent from the dependent claims and from the following description of a preferred embodiment of the invention.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.The invention will be described and explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tretlagereinheit. 1 shows a sectional view of an embodiment of a bottom bracket unit according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

1 zeigt eine Tretlagereinheit für ein nicht weiter dargestelltes Fahrzeug mit einem Kurbeltrieb, nämlich ein Fahrrad, Pedelec, E-Bike oder Ergometer, wobei die Kurbeln drehfest an einer Tretlagerwelle 1, die als sich zwischen den beiden Kurbeln erstreckende Hohlwelle ausgebildet ist, angeordnet sind. 1 shows a bottom bracket unit for a not further illustrated vehicle with a crank mechanism, namely a bicycle, pedelec, e-bike or ergometer, the crankset rotationally fixed to a bottom bracket 1 , which is formed as extending between the two crankshaft extending hollow shaft, are arranged.

Die Tretlagerwelle 1 ist über eine drehfeste Verbindung 2, nämlich eine Kombination aus einer formschlüssigen und einer reibschlüssigen Verbindung, mit einer drehsteifen Kettenblattwelle 3 befestigt, die die Tretlagerwelle 1 umgibt. Zur Ausbildung des formschlüssigen Anteils an der Verbindung 2 greifen Zähne an der inneren Mantelfläche 10 mit Gegenzähnen an einer äußeren Mantelfläche 11 der Tretlagerwelle 1 zusammen, so dass eine gemeinsame Zähnung entsteht. Die Kettenblattwelle 3 ist wiederum drehfest mit einer Anschlusskonstruktion, nämlich einem Kettenblattträger, verbunden, wobei zwischen dem Kettenblattträger und der Kettenblattwelle 3 ein Freilauf vorgesehen sein kann.The bottom bracket shaft 1 is via a non-rotatable connection 2 , namely a combination of a positive and a frictional connection, with a torsionally rigid chainring shaft 3 attached to the bottom bracket shaft 1 surrounds. To form the positive portion of the connection 2 grab teeth on the inner surface 10 with mating teeth on an outer lateral surface 11 the bottom bracket shaft 1 together so that a common perforation arises. The chainring shaft 3 is in turn rotatably connected to a connecting structure, namely a chainring carrier, wherein between the chainring carrier and the chainring shaft 3 a freewheel can be provided.

Die Tretlagereinheit umfasst weiter einen Drehzahlsensor 4, der als magnetischer Sensor, speziell als Hall-Sensor, ausgebildet ist, wobei der Drehzahlsensor 4 an einem Gehäuse 5 aufgenommen ist. Der Drehzahlsensor 4 erfasst ein in das Korpus der Kettenblattwelle 3 eingeprägtes permanentes Magnetfeld 6, das aus Gründen der Veranschaulichung an einem Endabschnitt 7 nahe der Verbindung 2 mit der Tretlagerwelle 1 an einer äußeren Mantelfläche 8 der Kettenblattwelle 3 dargestellt ist. Das permanente Magnetfeld 6 wird durch eine entlang des Umfangs der Kettenblattwelle 3 umlaufende Abfolge von ca. dreißig magnetischen Polen ausgebildet, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel je zwei benachbarte Pole ungleichnamig sind. Das permanente Magnetfeld 6, nämlich die Abfolge von umlaufenden magnetischen Polen, wurde in das magnetisierbare Material des Korpus der Kettenblattwelle 3 durch kurzzeitige gepulste Bestromung bzw. durch Heranführen eines äußeren Magnetisierelementes eingeprägt.The bottom bracket unit further includes a speed sensor 4 , which is designed as a magnetic sensor, especially as a Hall sensor, wherein the speed sensor 4 on a housing 5 is included. The speed sensor 4 engages in the body of the chainring shaft 3 imprinted permanent magnetic field 6 for illustrative purposes at one end portion 7 near the connection 2 with the bottom bracket shaft 1 on an outer lateral surface 8th the chainring shaft 3 is shown. The permanent magnetic field 6 is through one along the circumference of the chainring shaft 3 formed round sequence of about thirty magnetic poles, wherein in the illustrated embodiment, two adjacent poles are unequal names. The permanent magnetic field 6 That is, the sequence of circumferential magnetic poles has been incorporated into the magnetizable material of the sprocket shaft body 3 impressed by short-term pulsed energization or by bringing an outer magnetizing element.

Der als magnetischer Sensor ausgebildete Drehzahlsensor 4 liegt dem permanenten Magnetfeld 6 im wesentlichen in radialer Richtung, bezogen auf eine gemeinsame Drehachse 9 der Tretlagerwelle 1 und der Kettenblattwelle 3, gegenüber. Das permanente Magnetfeld 6 ändert sich in Betrag und Richtung nur unwesentlich, wenn in der Kettenblattwelle 3 Drehmomente auftreten bzw. verschwinden. Das permanente Magnetfeld 6 ist von der Verbindung 2 zwischen der Tretlagerwelle 1 und der Kettenblattwelle 3 radial, senkrecht zu der Richtung der Drehachse 9, beabstandet und unabhängig von der Art der Ausbildung der Verbindung 2; insbesondere kann das permanente Magnetfeld 6 auch in der beschriebenen Form ausgebildet sein, wenn die Verbindung 2 keinen formschlüssigen Anteil aufweist, sondern beispielsweise stoffschlüssig, insbesondere als Schweißverbindung, ausgebildet ist.The designed as a magnetic sensor speed sensor 4 is the permanent magnetic field 6 essentially in the radial direction, relative to a common axis of rotation 9 the bottom bracket shaft 1 and the chainring shaft 3 , across from. The permanent magnetic field 6 changes in amount and direction only insignificantly when in the chainring shaft 3 Torques occur or disappear. The permanent magnetic field 6 is from the connection 2 between the bottom bracket shaft 1 and the chainring shaft 3 radially, perpendicular to the direction of the axis of rotation 9 , spaced and independent of the type of formation of the connection 2 ; In particular, the permanent magnetic field 6 also be formed in the form described when the connection 2 has no form-fitting portion, but, for example, cohesively, in particular as a welded joint is formed.

Der Drehzahlsensor 4 könnte zusätzlich noch magnetisch hinterspannt betrieben werden, um den Einfluss von störenden Magnetfeldern zu unterdrücken.The speed sensor 4 could additionally be operated magnetically biased to suppress the influence of disturbing magnetic fields.

Die Tretlagerwelle 1 ist mittels Lagern, speziell dem mit dem Bezugszeichen ,12' ausgewiesenen dargestellten Wälzlager, an einem Gestell des Fahrzeugs drehbar gelagert, an dem auch das Gehäuse 5 befestigt ist.The bottom bracket shaft 1 is by means of bearings, especially with the reference numeral, 12 'designated illustrated rolling bearing, rotatably mounted on a frame of the vehicle, on which also the housing 5 is attached.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Tretlagerwellebottom bracket
22
Verbindungconnection
33
KettenblattwelleChainring shaft
44
DrehzahlsensorSpeed sensor
55
Gehäusecasing
66
Magnetfeldmagnetic field
77
Endabschnittend
88th
äußere Mantelfläche der Kettenblattwelle 3 outer surface of the chainring shaft 3
99
Drehachseaxis of rotation
1010
innere Mantelfläche der Kettenblattwelle 3 inner lateral surface of the chainring shaft 3
1111
äußere Mantelfläche der Tretlagerwelle 1 outer surface of the bottom bracket shaft 1
1212
Wälzlagerroller bearing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (5)

Tretlagereinheit, umfassend eine Tretlagerwelle (1), eine mit der Tretlagerwelle (1) drehfest verbundene Kettenblattwelle (3), und einen Drehzahlsensor (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (4) als magnetischer Sensor ausgebildet ist, und dass der Drehzahlsensor (4) ein in das Korpus der Kettenblattwelle (3) eingeprägtes permanentes Magnetfeld (6) erfasst.Bottom bracket assembly comprising a bottom bracket shaft ( 1 ), one with the bottom bracket shaft ( 1 ) non-rotatably connected chainring shaft ( 3 ), and a speed sensor ( 4 ), characterized in that the speed sensor ( 4 ) is designed as a magnetic sensor, and that the rotational speed sensor ( 4 ) in the body of the chainring shaft ( 3 ) imprinted permanent magnetic field ( 6 ) detected. Tretlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (6) eine entlang des Umfangs der Kettenblattwelle (3) umlaufende Abfolge von magnetischen Polen umfasst.A bottom bracket unit according to claim 1, characterized in that the magnetic field ( 6 ) one along the circumference of the chainring shaft ( 3 ) comprises a circumferential sequence of magnetic poles. Tretlagereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Drehzahlsensor (4) erfasste Magnetfeld (6) nahe einem Endabschnitt (7) der Kettenblattwelle (3) angeordnet ist.A bottom bracket unit according to claim 1 or 2, characterized in that the speed sensor ( 4 ) detected magnetic field ( 6 ) near an end portion ( 7 ) of the chainring shaft ( 3 ) is arranged. Tretlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor magnetisch hinterspannt ist.Pedal bearing unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotational speed sensor is magnetically biased. Fahrzeug mit Kurbeltrieb, insbesondere Fahrrad, Pedelec, E-Bike oder Ergometer, umfassend eine Tretlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Vehicle with crank mechanism, in particular bicycle, pedelec, e-bike or ergometer, comprising a bottom bracket unit according to one of claims 1 to 4.
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