WO2005021368A1 - Sensor carrier - Google Patents

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WO2005021368A1
WO2005021368A1 PCT/EP2004/009577 EP2004009577W WO2005021368A1 WO 2005021368 A1 WO2005021368 A1 WO 2005021368A1 EP 2004009577 W EP2004009577 W EP 2004009577W WO 2005021368 A1 WO2005021368 A1 WO 2005021368A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
sensor carrier
elevation
carrier
bending element
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/009577
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin FRÄNKEL
David Clus
Volker Fiederle
Original Assignee
Feo Elektronic Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Feo Elektronic Gmbh filed Critical Feo Elektronic Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50—Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M23/00—Transmissions characterised by use of other elements; Other transmissions
    • B62M23/02—Transmissions characterised by use of other elements; Other transmissions characterised by the use of two or more dissimilar sources of power, e.g. transmissions for hybrid motorcycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B62M3/003—Combination of crank axles and bearings housed in the bottom bracket

Definitions

  • the invention is based on a sensor carrier according to the preamble of claim 1.
  • a torque sensor is known from EP 0 983 934 B1, with which a torque applied to a bottom bracket shaft, in particular to a bottom bracket shaft in a bicycle bottom bracket for motor-assisted bicycles, can be determined.
  • the torque sensor comprises a pressure sensor element which is arranged on a sensor carrier and is non-positively attached between the bottom bracket shaft and a section of a bicycle frame surrounding the bottom bracket shaft.
  • the pressure sensor element registers a value of a force on the bottom bracket shaft, which may be proportional to a torque on the bottom bracket shaft.
  • the invention has for its object to develop a sensor carrier that transmits a force applied to the bottom bracket shaft in a bicycle bottom bracket to a sensor element in such a way that a precise and inexpensive sensor element is used to determine a force
  • BESTATIGUNGSKOPIE can. It is solved according to the invention by the features of claim 1. Further refinements result from the subclaims.
  • the invention is based in particular on a sensor carrier for transmitting a force from a bottom bracket shaft to a sensor element, which comprises a radially inner part and a radially outer part.
  • an elevation for deforming the other part is arranged on one of the parts.
  • a precise, inexpensive and compact sensor element can be used to determine a force, which reacts, for example, to a change in length.
  • the deformation is caused by a force transmission from the elevation to the other part. If there is a known causal relationship between a deformation and a force on the bottom bracket shaft that causes the deformation, this force can be determined from a direct or indirect measurement of the deformation.
  • a length measurement can be carried out as an indirect measurement, for example with the aid of a strain gauge.
  • other measurement methods for determining the deformation are equally conceivable.
  • An elevation is understood to mean, in particular, an element which protrudes from the surface of the part and which clearly stands out from the surrounding surface of the part and can thus be localized on the part.
  • the survey can be a be integrally formed with the part of the part or an element arranged on the part, for example a cylinder, which can be positively or materially connected to the part.
  • the two parts are non-rotatably connected to one another in the tangential direction, in particular the two parts are non-rotatably connected to one another by the elevation.
  • Due to the torsional strength a force that is transmitted via the elevation is always directed to the same location, which is why the deformation always occurs at the same location. Therefore, in the case of a fixedly arranged sensor element which reacts in particular to a change in length caused by the deformation, there is no falsification of an output signal of the sensor element due to a relative rotation of the parts to one another.
  • the torsional strength increases wear resistance. The torsional strength is also considered to be given if the two parts twist against each other due to an elastic deformation of the elevation.
  • the two parts and the elevation are advantageously connected to one another in one piece. This simplifies assembly and can make any pre-assembly of the sensor carrier unnecessary. Furthermore, the two parts are in this
  • the parts and the elevation can be made in one piece in their entirety, whereby precise dimensions of the sensor carrier are achieved can. It is also possible to manufacture the parts separately and to join them together. In this form of production, the individual pieces can be processed independently of one another at a time in a production process, which means that simpler production and hardening processes can be used with advantages in production costs.
  • the two parts are manufactured separately and joined together in a form-fitting manner.
  • each of the two parts can consist of a single piece.
  • the elevations can be molded onto one of the two parts or can be separate elements. It is also conceivable that the parts themselves consist of coherent individual pieces.
  • the sensor carrier expediently comprises a plurality of elevations, the two parts being connected to one another only by the elevations. A falsification of a measurement result by a further connecting element can be counteracted.
  • the elevation is designed as a web aligned in the axial direction.
  • a narrow, in particular line-shaped power transmission can be achieved.
  • a particularly uniform, narrow or linear force transmission can be achieved if the elevation is cylindrical.
  • a cylindrical elevation that is separate from the two parts is particularly robust and inexpensive to manufacture. In the case of a narrow and high web, a falsification of an output signal of a sensor element by a on the web acting tangential force can be kept low.
  • a web aligned in the axial direction has a height in the radial direction, a length in the axial direction and a width in the tangential direction which is relatively small in relation to the length.
  • several elevations for the deformation of the other part are arranged offset in the tangential direction to the bottom bracket shaft.
  • several force components of the force acting on the bottom bracket shaft acting in different directions can be determined separately or at least largely separately from one another.
  • a force composition of the force acting on the bottom bracket shaft can be derived from this.
  • At least one slot-like recess which is continuous in the axial direction is arranged between the two parts between the elevations. It can thereby be achieved that the force applied to the bottom bracket shaft is transmitted from one part to the other part only via the elevations, which has a favorable effect on the strength of the deformation.
  • This embodiment can be designed such that apart from the elevations, no further force transmission elements are arranged between the two parts.
  • the slot-like recesses can extend completely through the sensor carrier in the axial direction.
  • a recess which is circular except for at least one flat flattening around an elevation is particularly simple to manufacture.
  • the recess in particular separates the two parts from one another in the region of the recess.
  • the elevation is designed to be elastically deformed when subjected to a force in the tangential direction. An undesired transmission of a force in the tangential direction to the part to be deformed can thereby be reduced by the elevation.
  • a web with a smaller width in relation to the height in the tangential direction is particularly advantageous.
  • a tangential force acting on the web in the tangential direction can relatively easily lead to a deformation of the web.
  • This tangential force is only partially, preferably to a small extent, transmitted through the web on which it acts tangentially to the part to be deformed, and at another point where it acts as a radial force, it is transmitted to the part to be deformed , A falsification of an output signal of a sensor element by strong transmission of tangential force via the web can be kept to a minimum.
  • An axial direction is understood to mean a direction parallel to the shaft axis.
  • the radially inner part is made thinner radially inside the elevation than in the surroundings. A resistance to deformation due to the radially inner part can be kept low.
  • one of the parts comprises a bending element which is provided for elastic deformation when the force is transmitted through the elevation.
  • the bending element can be used in different ways for the Deformation may be provided. In particular, it can be made thinner in the radial direction, or the material composition can be of a more elastic nature than that of another region of the part.
  • the bending element in the area around the elevation is expediently designed to be flat and in particular with a uniform radial thickness.
  • a simple evaluation of the measurement signal can be achieved because a deformation force and a deformation are in a relatively simple relationship to one another.
  • the part which comprises the bending element is in contact with a fixing element for fixing the part in an axial position, and a recess is formed between the part and the fixing element in such a way that the bending element and in particular also the elevation is held in contact-free manner with the fixing element. Due to the freedom of contact, the bending element and the elevation can move through the fixing element without disruptive friction. This will make one
  • the transmission of the elevation was not reduced by this friction, nor was the deformation caused by the transmission. Furthermore, the lack of contact or the lack of friction bypasses this hysteresis, so that there is no falsification of an output signal from a sensor element.
  • Another advantage of this embodiment is that the recess does not contribute to a deformation of the bending element due to the axial force that is applied in addition to a force for fixing the part, and therefore also does not falsify an output signal of a sensor element.
  • the bending element preferably comprises a first sensor receiving point for arranging a sensor element. A first sensor element can be attached to the first sensor receiving point, whereby a force on the bending element can be determined by measuring the deformation of the bending element at the sensor receiving point.
  • the first sensor receiving point is advantageously arranged at a point on the bending element at which the deformation of the bending element is greatest when the force is transmitted through the elevation.
  • an output signal from the sensor element there can also be strongest, which has advantages, for example in an evaluation and / or display of the output signal.
  • the bending element comprises a second sensor receiving point for the arrangement of a second sensor element.
  • the second sensor element provides a second output signal, which can be used in a variety of ways, in particular in an evaluation and / or display.
  • one sensor element is arranged at each of the sensor receiving points, and the sensor elements are connected to one another.
  • an overall output signal can be formed, which is advantageous in an evaluation and / or display.
  • An addition or subtraction of the signals is particularly conceivable.
  • the sensor elements are preferably interconnected in such a way that an overall output signal that is stronger than an output signal of an individual sensor element can be tapped when the bending element is deformed. A strong overall output signal can achieve a higher resolution in an evaluation and / or display.
  • the first and the second sensor receiving points are particularly advantageously arranged at points on the bending element at which the deformation of the bending element stimulates the sensors arranged there relative to one another in opposite reactions. This results in possibilities, particularly in the case of electrical signals and interconnections, through which a particularly strong overall output signal can be tapped.
  • the first and the second sensor receiving point are advantageously arranged symmetrically to a plane running through the elevation and oriented in the axial direction and in the radial direction.
  • the symmetrical arrangement of, in particular, identical sensor elements enables conclusions to be drawn particularly easily, for example with regard to a force profile, since the measurements are carried out by the sensor elements at the same distance from a plane of symmetry.
  • the radially outer part advantageously comprises a sensor receiving point on an outside lying in the radial direction for the arrangement of the sensor element. This facilitates accessibility, which in particular makes assembly and maintenance easy. drawing
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated bicycle
  • FIG. 2 shows a section through a bicycle bottom bracket
  • FIG. 3 shows a section through part of the bicycle bottom bracket from FIG. 2 according to the plane III-III
  • FIG. 4 shows a section through part of the 2 according to the plane IV-IV
  • FIG. 5 shows a side view of a sensor carrier
  • FIG. 6 shows a section through the sensor carrier from FIG. 5 according to the plane VI-VI
  • FIG. 7 shows a side view of the sensor carrier from FIG. 5 according to direction VII with an arranged strain gauge
  • 8 shows a schematically represented deformation of a bending element with sensor elements
  • FIG. 9 shows a partial section of a bicycle bottom bracket with an arranged sensor carrier according to FIG. 5, FIG.
  • FIG. 10 shows a side view of a further sensor carrier
  • FIG. 11 shows a perspective view of the sensor carrier from FIG. 10
  • FIG. 10 12 shows an electrical circuit diagram of an arrangement with one sensor element
  • FIG. 13 shows an electrical circuit diagram of an arrangement with two sensor elements
  • FIG. 14 shows another electrical circuit diagram of an arrangement with two sensor elements.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated bicycle 2, which comprises a bicycle frame 4, a bottom bracket shaft 6 of a bicycle bottom bracket 10 and pedal cranks 8 attached to the bottom bracket shaft 6.
  • FIG. 2 shows a section through a bicycle bottom bracket 10 perpendicular to the shaft axis of the bottom bracket shaft 6.
  • the following are shown from the inside out: the bottom bracket shaft 6, a needle bearing 12, a bearing shell 14, a sensor carrier 16, a plurality of sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 and the like the bottom bracket shaft 6 comprising part of the bicycle frame 4.
  • the sensor carrier 16 comprises a radially inner part 34, four slot-like recesses 36, 38, 40, 42, a radially outer part 44, four elevations 46, 48, 50, 52, which are considered in the axial direction aligned webs are formed, and four bending elements 54, 56, 58, 60.
  • a recess 62 is shown, which together with a pin, not shown, serves to secure the rotation of the outer part 44 relative to the bicycle frame 4.
  • FIG. 3 shows a section of part of the bicycle pedal bearing 10 according to a sectional plane III-III.
  • FIG. 4 shows a further section of the part of the bicycle pedal bearing 10 according to a section plane IV - IV. This figure illustrates that the radially inner part 34 is separated from the radially outer part by the slot-like recesses 36, 38, 40, 42.
  • FIG. 5 A side view of an alternative embodiment of a sensor carrier 64 is shown in FIG. 5. It comprises a radially inner part 66, three slot-like recesses 68, 70, 72 and a radially outer part 74. Furthermore, two elevations 76, 78 designed as webs and two bending elements 80, 82 can be seen. In addition, a recess 84 is shown, which together with a pin (not shown) serves to secure the outer part 74 against rotation with respect to the bicycle frame 4, and a connecting element 86, which was arranged for reasons of stability. Three recesses 88, 90, 92 are production-related and have no function. A line L is explained in FIG. 9 and the exemplary embodiments.
  • FIG. 6 shows a section through the sensor carrier 64 according to a section plane VI-VI.
  • the bending element 80 is shown, which is flanked by two recesses 94, 96.
  • FIG. 7 shows a side view of the sensor carrier 64 in the direction VII, on which a strain gauge 102 with two arranged sensor elements 98, 100 is attached. Two recesses 104, 106 are arranged on the side of the bending element 82.
  • FIG. 8 shows a detailed side view of the bending element 82 in the deformed state in the direction VIII in a schematic illustration.
  • the elevation 78 deforms the bending element 82, on which two sensor elements 98, 100 are arranged on the sensor deformation points 108, 110 assigned to them at the points of greatest deformation.
  • a part of a bicycle bottom bracket 112 is in one in FIG.
  • This bicycle pedal bearing 112 comprises a bottom bracket shaft 6, a bearing 116 and the sensor carrier 64 according to FIG. 6.
  • the sensor carrier 64 is held in its axial position outside the line L by two fixing elements 120, 122 via the radially outer part 74 (FIG. 5) ,
  • the fixing element 120 is supported on a bottom bracket shaft 6 via an axial ball bearing 124, while the fixing element 122 is supported on a limiting element 126, which axially positions the fixing element 122 via a thread (not shown in more detail).
  • Recesses 104 and 106 through which the radially outer one can be seen can also be seen Part 74 in the area of the bending element 80 and the elevation 76 are held contact-free with the fixing elements 120, 122.
  • the sensor element 98 is also indicated.
  • a sensor carrier 128 comprises a radially inner part 130 and a radially outer part 132, which are separately and displaceable in the axial direction and are positively connected to one another in the tangential direction by four elevations 134 designed as separate cylinders.
  • Arranged between the parts 130, 132 is an all-round circular slot 136, which is flat in the area around the elevations 134.
  • the web-like cylindrical elevations 134 made of stainless steel can be pushed in the axial direction between the parts 130, 132 and are each secured against tangential movement by a cylindrical groove in each of the two parts 130, 132.
  • the elevations 134 press two flat bending elements 138 outwards, on each of which two sensor elements 140 are arranged.
  • FIG. 12 shows an electrical bridge circuit which is formed from two fixed resistors R 0 and two variable resistors Ri and R 2 .
  • the variable resistances R x and R 2 represent two sensor elements, in particular two strain gauges, which are in the unstretched condition. also had the same resistance as the fixed resistor R 0 and change their resistance when stretched or compressed. If a potential is applied to the bridge circuit, a total output signal Vi is zero in the unstretched state of the strain gauge. In the event of stretching or compression due to the change in resistance of the strain gauge, however, the total output signal Vi assumes a value other than zero, in a favorable case proportional to the expansion or compression.
  • This electrical bridge circuit is preferably used when the resistances of the sensor elements are increased or decreased during expansion or compression. This is the case, for example, in the exemplary embodiment in FIG. 2.
  • Figure 13 shows an electrical bridge circuit, which is also formed from two fixed resistors R 0 and two variable resistors Ri and R 2 . With regard to a higher total output signal Vi, however, this electrical bridge circuit is used with advantage if the resistance Ri increases during expansion or compression and the
  • Resistor R 2 decreases or if the resistance R 2 increases and the resistance Ri decreases.
  • the sensor elements in FIG. 8 can advantageously be interconnected such that the sensor element 98 is stretched when the bending element 82 is deformed, whereas the sensor element 100 is compressed.
  • the electrical resistance of one and the other decreases.
  • FIG. 14 shows an electrical bridge circuit that can be used if only one sensor element is used a variable resistance R x is arranged on a bending element.
  • a force is applied to the bottom bracket shaft 6 via the pedal cranks 8 and at least to a large extent via the needle bearing 12 and the bearing shell 14 to the bottom bracket
  • the force flow in the sensor carrier 16 runs from the radially inner part 34 via the elevations 46, 48, 50, 52 aligned in the axial direction to the radially outer part 44.
  • the radially outer part 44 is at the points of the force flow via the elevations 46, 48 , 50, 52 in the form of the bending elements 54, 56, 58, 60.
  • the bending elements 54, 56, 58, 60 are prepared for deformation and deform when the force is transmitted through the elevations 46, 48, 50, 52. To the force flow for the purpose of a strong deformation of the bending elements 54, 56, 58, 60 on the
  • the recesses 36, 38, 40, 42 are formed between them, which are continuous in the axial direction.
  • This arrangement provides a large proportion of the force on the bottom bracket shaft 6, which is known from tests, for example, for deforming the bending elements 54, 56, 58, 60. So that the bending elements 54, 56, 58, 60 are always deformed at the same point, the inner part 34 and the outer part 44 are connected to one another in a rotationally fixed manner by being made from one piece. The inner part 34 and the outer part 44 form together with the Elevations 46, 48, 50, 52 thus form the one-piece sensor carrier 16.
  • Radial forces are therefore predominantly transmitted via the elevations 46, 48, 50, 52.
  • the force causing the deformation can be derived by means of the sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32. Since the elevations 46, 48, 50, 52 are arranged offset by 90 ° in each case in the tangential direction, force components are transmitted which act either perpendicularly or in opposite directions to one another, as a result of which the force on the bottom bracket shaft 6 can easily be determined in vectorially independent components.
  • the sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 are each arranged in pairs on a bending element 54, 56, 58, 60 in order to produce a higher total output signal V x to be obtained than is possible in an arrangement with only one sensor element (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32).
  • two of the sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 are each arranged symmetrically to a plane III-III or S-S, as a result of which a deformation, for example of the bending element 54, both sensor elements 28, 30 compresses or stretches. This changes them in
  • strain gauges are used as sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 have the same electrical resistance, which is why a connection according to FIG. 12 is preferably used.
  • a second exemplary embodiment of the sensor carrier 64 according to FIG. 5 only two elevations 76, 78 are formed which are offset from one another in the tangential direction by 90 °. This is sufficient to determine two mutually perpendicular and thus independent components of the force on the bottom bracket shaft 6.
  • the elevations 76, 78 transmit a large part of the force applied to the bottom bracket shaft 6 via a bearing 116 (FIG. 9) from the radially inner part 66 to the radially outer part 74 or to the bending elements 80, 82 formed there.
  • the radially inner part 66 When a force is transmitted from the force to the bottom bracket shaft 6, the radially inner part 66 must be able to move relative to the radially outer part 74 so that the bending elements 80, 82 can be deformed by the elevations 76, 78.
  • the sensor carrier 64 In order to ensure the relative mobility of the inner part 66, the sensor carrier 64 is positioned axially only via the radially outer part 74 outside the line L through the fixing elements 120, 122.
  • the radially outer part 74 in the region of the bending elements 80, 82 has the recesses 94, 96, 104, 106, which means that the bending elements 80, 82 and the elevations 76, 78 are held contact-free with the fixing elements 120, 122.
  • the radially outer part 74 comes outside the bending elements and elevations with the fixing elements 120, 122 in contact, so that the sensor carrier 64 is positioned axially.
  • two sensor elements 98, 100 are used on the bending elements 80, 82 at the sensor receiving points 108, 110 assigned to them, only two of the four sensor elements 98, 100 being shown in FIG.
  • the arrangement of the sensor elements 98, 100 is shown in FIG. 7. They are deformed during a power transmission, as shown in Figure 8. At this
  • the sensor element 98 is stretched, whereas the sensor element 100 is compressed. It is also conceivable to mount the sensor element 98 and the sensor element 100 on the same side of the bending element 82, either to the right or to the left of the elevation 78. This deformation increases the resistance R x of the sensor element 98 and the resistance R 2 of the sensor element 100 decreases. An electrical connection according to FIG. 13 is therefore advantageously carried out here.

Abstract

The invention relates to a sensor carrier (16, 64, 128) for transmitting a bottom bracket shaft (6) force to a sensor (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100) comprising a radially internal part (34, 66, 130) and radially external part (44, 74, 132). According to said invention one of said parts (34, 44, 66, 74, 130, 132) is provided with an elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) for deforming the other part (34, 44, 66, 74, 130, 132), thereby making it possible to obtain an accurate low-cost and small sensor (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100) for determining a force reacting, for example to a length modification.

Description

Sensorträgersensor support
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Sensorträger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a sensor carrier according to the preamble of claim 1.
Aus der EP 0 983 934 Bl ist ein Drehmomentsensor bekannt, mit dem ein auf eine Tretlagerwelle aufgebrachtes Drehmoment, insbesondere auf eine Tretlagerwelle in einem Fahrradtretlager für motorisch unterstützte Fahrräder, ermittelbar ist. Der Drehmomentsensor umfasst ein Drucksensorelement, das auf einem Sensorträger angeordnet und kraftschlüssig zwischen der Tretlagerwelle und einem die Tretlagerwelle umschließenden Teilstück eines Fahrradrahmens angebracht ist. Das Drucksensorelement registriert einen Wert einer Kraft auf die Tretlagerwelle, der einem Drehmoment auf die Tretlagerwelle proportional sein kann.A torque sensor is known from EP 0 983 934 B1, with which a torque applied to a bottom bracket shaft, in particular to a bottom bracket shaft in a bicycle bottom bracket for motor-assisted bicycles, can be determined. The torque sensor comprises a pressure sensor element which is arranged on a sensor carrier and is non-positively attached between the bottom bracket shaft and a section of a bicycle frame surrounding the bottom bracket shaft. The pressure sensor element registers a value of a force on the bottom bracket shaft, which may be proportional to a torque on the bottom bracket shaft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensorträger zu entwickeln, der eine auf die Tretlagerwelle in einem Fahrradtretlager aufgebrachte Kraft in einer Weise auf ein Sensorelement überträgt, dass ein präzises und kostengünstiges Sensorelement zur Ermittlung einer Kraft eingesetzt werdenThe invention has for its object to develop a sensor carrier that transmits a force applied to the bottom bracket shaft in a bicycle bottom bracket to a sensor element in such a way that a precise and inexpensive sensor element is used to determine a force
BESTATIGUNGSKOPIE kann. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.BESTATIGUNGSKOPIE can. It is solved according to the invention by the features of claim 1. Further refinements result from the subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung geht insbesondere aus von einem Sensorträger zur Übertragung einer Kraft von einer Tretlagerwelle auf ein Sensorelement, der einen radial inneren Teil und einen radial äußeren Teil umfasst.The invention is based in particular on a sensor carrier for transmitting a force from a bottom bracket shaft to a sensor element, which comprises a radially inner part and a radially outer part.
Es wird vorgeschlagen, dass an einem der Teile eine Erhebung zur Verformung des anderen Teils angeordnet ist. Dadurch kann ein präzises, preiswertes und kompaktes Sensorelement zur Ermittlung einer Kraft verwendet werden, das beispielsweise auf eine Längenänderung reagiert . Die Verformung wird durch eine Kraftübertragung der Erhebung auf das andere Teil hervorgerufen. Besteht ein bekannter kausaler Zusammenhang zwischen ei- ner Verformung und einer die Verformung bewirkenden Kraft auf die Tretlagerwelle, so kann diese Kraft aus einer direkten oder indirekten Messung der Verformung ermittelt werden. Als eine indirekte Messung kann eine Längenmessung durchgeführt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Dehnungsmessstreifens. Es sind jedoch ebenso gut auch andere Messmethoden zur Bestimmung der Verformung denkbar.It is proposed that an elevation for deforming the other part is arranged on one of the parts. As a result, a precise, inexpensive and compact sensor element can be used to determine a force, which reacts, for example, to a change in length. The deformation is caused by a force transmission from the elevation to the other part. If there is a known causal relationship between a deformation and a force on the bottom bracket shaft that causes the deformation, this force can be determined from a direct or indirect measurement of the deformation. A length measurement can be carried out as an indirect measurement, for example with the aid of a strain gauge. However, other measurement methods for determining the deformation are equally conceivable.
Unter einer Erhebung wird insbesondere ein aus der Oberfläche des Teils herausragendes Element verstanden, das sich deut- lieh von der umgebenden Oberfläche des Teils abhebt und auf diese Weise am Teil lokalisierbar ist. Die Erhebung kann eine einstückig mit dem Teil verbundene Ausformung des Teils sein oder ein an dem Teil angeordnetes Element, beispielsweise ein Zylinder, das form- oder Stoffschlüssig mit dem Teil verbunden sein kann.An elevation is understood to mean, in particular, an element which protrudes from the surface of the part and which clearly stands out from the surrounding surface of the part and can thus be localized on the part. The survey can be a be integrally formed with the part of the part or an element arranged on the part, for example a cylinder, which can be positively or materially connected to the part.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Teile in Tangentialrichtung drehfest miteinander verbunden, insbesondere sind die beiden Teile durch die Erhebung drehfest miteinander verbunden. Durch die Drehfestigkeit wird eine Kraft, die über die Erhebung übertragen wird, immer auf eine gleiche Stelle gelenkt, weshalb auch die Verformung immer an einer gleichen Stelle auftritt. Daher tritt bei einem fest angeordneten Sensorelement, das insbesondere auf eine Längenänderung, hervorgerufen durch die Verformung, reagiert, keine Verfälschung eines AusgangsSignals des Sensorelements durch ein relatives Verdrehen der Teile zueinander auf. Außerdem wird durch die Drehfestigkeit eine Verschleißfestigkeit erhöht. Die Drehfestigkeit wird auch dann als gegeben betrachtet, wenn sich die beiden Teile auf Grund einer elas- tischen Verformung der Erhebung gegeneinander verdrehen.In an advantageous embodiment of the invention, the two parts are non-rotatably connected to one another in the tangential direction, in particular the two parts are non-rotatably connected to one another by the elevation. Due to the torsional strength, a force that is transmitted via the elevation is always directed to the same location, which is why the deformation always occurs at the same location. Therefore, in the case of a fixedly arranged sensor element which reacts in particular to a change in length caused by the deformation, there is no falsification of an output signal of the sensor element due to a relative rotation of the parts to one another. In addition, the torsional strength increases wear resistance. The torsional strength is also considered to be given if the two parts twist against each other due to an elastic deformation of the elevation.
Vorteilhafterweise sind die beiden Teile und die Erhebung einstückig miteinander verbunden. Das erleichtert eine Montage und kann eine eventuelle Vormontage des Sensorträgers überflüssig machen. Ferner sind die beiden Teile in dieserThe two parts and the elevation are advantageously connected to one another in one piece. This simplifies assembly and can make any pre-assembly of the sensor carrier unnecessary. Furthermore, the two parts are in this
Fertigungsform spielfrei zueinander, wodurch eine Kraftübertragung durch die Erhebung immer auf eine gleiche Stelle erfolgt, was eine Verfälschung eines AusgangsSignals des Sensorelements reduzieren kann. Die Teile und die Erhebung können in ihrer Gesamtheit aus einem Stück herausgearbeitet sein, wodurch präzise Abmessungen des Sensorträgers erreicht werden können. Es ist auch möglich, die Teile separat zu fertigen und stoffschlüssig zusammenzufügen. Bei dieser Fertigungsform sind die einzelnen Stücke zu einem Zeitpunkt eines Fertigungsprozesses unabhängig voneinander bearbeitbar, wodurch mit Vorteilen in den Fertigungskosten einfachere Fertigungsund Härtungsverfahren zur Anwendung kommen können.Manufacturing form without play to each other, whereby a force transmission through the survey always takes place at the same location, which can reduce falsification of an output signal from the sensor element. The parts and the elevation can be made in one piece in their entirety, whereby precise dimensions of the sensor carrier are achieved can. It is also possible to manufacture the parts separately and to join them together. In this form of production, the individual pieces can be processed independently of one another at a time in a production process, which means that simpler production and hardening processes can be used with advantages in production costs.
In einer alternativen Ausführungsform sind die beiden Teile separat gefertigt und formschlüssig zusammengefügt. Bei einer separaten Fertigung kann jedes der beiden Teile für sich aus einem zusammenhängenden Stück bestehen. Dabei können die Erhebungen an eines der beiden Teile angeformt oder separate Elemente sein. Es ist auch denkbar, dass die Teile selbst aus zusammenhängenden Einzelstücken bestehen.In an alternative embodiment, the two parts are manufactured separately and joined together in a form-fitting manner. In a separate production, each of the two parts can consist of a single piece. The elevations can be molded onto one of the two parts or can be separate elements. It is also conceivable that the parts themselves consist of coherent individual pieces.
Zweckmäßigerweise umfasst der Sensorträger mehrere Erhebungen, wobei die beiden Teile nur durch die Erhebungen miteinander verbunden sind. Einer Verfälschung eines Messergebnisses durch ein weiteres Verbindungselement kann entgegenge- wirkt werden.The sensor carrier expediently comprises a plurality of elevations, the two parts being connected to one another only by the elevations. A falsification of a measurement result by a further connecting element can be counteracted.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Erhebung als ein in Axialrichtung ausgerichteter Steg ausgebildet. Es kann eine schmale, insbesondere linienförmige Kraftübertra- gung erreicht werden. Eine besonders gleichmäßige schmale oder linienförmige Kraftübertragung kann erreicht werden, wenn die Erhebung zylinderförmig ist. Außerdem ist eine zy- linderförmige und von den beiden Teilen separate Erhebung besonders robust und preiswert in der Herstellung. Bei einem schmalen und hohen Steg kann eine Verfälschung eines Ausgangssignals eines Sensorelements durch eine auf den Steg wirkende Tangentialkraft gering gehalten werden. Ein in Axialrichtung ausgerichteter Steg weist eine Höhe in Radial- richtung, eine Länge in Axialrichtung und eine Breite in Tan- gentialrichtung auf, die relativ gering zur Länge ist.In a particularly preferred embodiment, the elevation is designed as a web aligned in the axial direction. A narrow, in particular line-shaped power transmission can be achieved. A particularly uniform, narrow or linear force transmission can be achieved if the elevation is cylindrical. In addition, a cylindrical elevation that is separate from the two parts is particularly robust and inexpensive to manufacture. In the case of a narrow and high web, a falsification of an output signal of a sensor element by a on the web acting tangential force can be kept low. A web aligned in the axial direction has a height in the radial direction, a length in the axial direction and a width in the tangential direction which is relatively small in relation to the length.
Vorzugsweise sind mehrere Erhebungen zur Verformung des anderen Teils in Tangentialrichtung zur Tretlagerwelle versetzt angeordnet. Auf diese Weise können mehrere, in unterschiedliche Richtungen wirkende Kraftkomponenten der Kraft auf die Tretlagerwelle separat oder zumindest weitgehend separat voneinander ermittelt werden. Daraus kann insbesondere eine KraftZusammensetzung der auf die Tretlagerwelle wirkenden Kraft abgeleitet werden.Preferably, several elevations for the deformation of the other part are arranged offset in the tangential direction to the bottom bracket shaft. In this way, several force components of the force acting on the bottom bracket shaft acting in different directions can be determined separately or at least largely separately from one another. In particular, a force composition of the force acting on the bottom bracket shaft can be derived from this.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den Erhebungen mindestens eine in Axial- richtung durchgängige, schlitzartige Ausnehmung zwischen den beiden Teilen angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass die auf die Tretlagerwelle aufgebrachte Kraft nur über die Erhebungen von dem einen Teil auf den anderen Teil übertragen wird, was sich günstig auf eine Stärke der Verformung auswirkt. Diese Ausführungsform kann so ausgestaltet sein, dass außer den Erhebungen keine weiteren Kraftübertragungselemente zwischen den beiden Teilen angeordnet sind. Die schlitzarti- gen Ausnehmungen können in Axialrichtung vollständig durch den Sensorträger reichen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, at least one slot-like recess which is continuous in the axial direction is arranged between the two parts between the elevations. It can thereby be achieved that the force applied to the bottom bracket shaft is transmitted from one part to the other part only via the elevations, which has a favorable effect on the strength of the deformation. This embodiment can be designed such that apart from the elevations, no further force transmission elements are arranged between the two parts. The slot-like recesses can extend completely through the sensor carrier in the axial direction.
Eine bis auf mindestens eine ebene Abplattung um eine Erhebung kreisförmige Ausnehmung ist in der Herstellung besonders einfach. Die Ausnehmung trennt insbesondere die beiden Teile im Bereich der Ausnehmung voneinander. Besonders günstig ist es, wenn die Erhebung zu einer elastischen Verformung bei einer Beanspruchung durch eine Kraft in Tangentialrichtung ausgebildet ist. Dadurch kann eine unerwünschte Übertragung einer Kraft in Tangentialrichtung auf den zu verformenden Teil durch die Erhebung reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist ein Steg, mit einer im Verhältnis zur Höhe geringeren Breite in Tangentialrichtung. Eine auf den Steg in Tangentialrichtung wirkende Tangentialkraft kann relativ leicht zu einer Verformung des Stegs führen. Diese Tangentialkraft wird nur teilweise, vorzugsweise zu einem geringen Teil, durch den Steg, an dem sie tangential wirkt, auf das zu verformende Teil übertragen, und an einer anderen Stelle, an der sie als Radialkraft wirkt, wird sie auf das zu verformende Teil übertragen. Es kann eine Verfälschung eines AusgangsSignals eines Sensorelements durch eine starke Tan- gentialkraftübertragung über den Steg gering gehalten werden. Unter einer Axialrichtung ist eine Richtung parallel zur Wellenachse zu verstehen.A recess which is circular except for at least one flat flattening around an elevation is particularly simple to manufacture. The recess in particular separates the two parts from one another in the region of the recess. It is particularly expedient if the elevation is designed to be elastically deformed when subjected to a force in the tangential direction. An undesired transmission of a force in the tangential direction to the part to be deformed can thereby be reduced by the elevation. A web with a smaller width in relation to the height in the tangential direction is particularly advantageous. A tangential force acting on the web in the tangential direction can relatively easily lead to a deformation of the web. This tangential force is only partially, preferably to a small extent, transmitted through the web on which it acts tangentially to the part to be deformed, and at another point where it acts as a radial force, it is transmitted to the part to be deformed , A falsification of an output signal of a sensor element by strong transmission of tangential force via the web can be kept to a minimum. An axial direction is understood to mean a direction parallel to the shaft axis.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der radial innere Teil radial innerhalb der Erhebung dünner ausgebildet als in der Umgebung. Ein der Verformung entgegenstehender Widerstand durch das radial innere Teil kann gering gehalten werden.In a further embodiment of the invention, the radially inner part is made thinner radially inside the elevation than in the surroundings. A resistance to deformation due to the radially inner part can be kept low.
Vorteilhafterweise umfasst eines der Teile ein Biegeelement, das zu einer elastischen Verformung bei einer Kraftübertragung durch die Erhebung vorgesehen ist. So kann einerseits eine Bruchsicherheit des Teils im Bereich der Verformung er- höht und zum anderen eine Stärke der Verformung gesteigert werden. Das Biegeelement kann in verschiedenen Weisen für die Verformung vorgesehen sein. Es kann insbesondere in Radial- richtung dünner gearbeitet sein, oder die MaterialZusammensetzung kann von elastischerer Natur sein als die eines anderen Bereichs des Teils.Advantageously, one of the parts comprises a bending element which is provided for elastic deformation when the force is transmitted through the elevation. Thus, on the one hand, the resistance to breakage of the part in the area of the deformation can be increased and, on the other hand, a strength of the deformation can be increased. The bending element can be used in different ways for the Deformation may be provided. In particular, it can be made thinner in the radial direction, or the material composition can be of a more elastic nature than that of another region of the part.
Zweckmäßigerweise ist das Biegeelement im Bereich um die Erhebung eben und insbesondere mit gleichmäßiger radialer Dicke ausgeführt. Es kann eine einfache Auswertung des Messsignals erreicht werden, da eine Verformungskraft und eine Verformung in einem relativ einfachen Verhältnis zueinander stehen.The bending element in the area around the elevation is expediently designed to be flat and in particular with a uniform radial thickness. A simple evaluation of the measurement signal can be achieved because a deformation force and a deformation are in a relatively simple relationship to one another.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Teil, das das Biegeelement umfasst, mit einem Fixierungs- element zur Fixierung des Teils in einer axialen Position in Anlage, und zwischen dem Teil und dem Fixierungselement ist eine Ausnehmung in einer Weise ausgestaltet, dass das Biegeelement und insbesondere auch die Erhebung kontaktfrei zum Fixierungselement gehalten sind. Durch die Kontaktfreiheit können sich das Biegeelement und die Erhebung ohne störende Rei- bung durch das Fixierungselement bewegen. Dadurch wird eineIn a particularly advantageous embodiment of the invention, the part which comprises the bending element is in contact with a fixing element for fixing the part in an axial position, and a recess is formed between the part and the fixing element in such a way that the bending element and in particular also the elevation is held in contact-free manner with the fixing element. Due to the freedom of contact, the bending element and the elevation can move through the fixing element without disruptive friction. This will make one
Kraftübertragung der Erhebung nicht durch diese Reibung geschmälert, ebenso wenig wie die Verformung durch die Kraftübertragung. Ferner wird durch die Kontaktfreiheit bzw. die fehlende Reibung durch diese eine Hysterese umgangen, wo- durch eine Verfälschung eines AusgangsSignals eines Sensorelements ausbleibt. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass durch die Ausnehmung eine Axialkraft, die zusätzlich zu einer Kraft zur Fixierung des Teils aufgebracht wird, nicht zu einer Verformung des Biegeelements beiträgt und dadurch ebenfalls eine Verfälschung eines AusgangsSignals eines Sensorelements unterbleibt . Vorzugsweise umfasst das Biegeelement eine erste Sensoraufnahmestelle zur Anordnung eines Sensorelements. An der ersten Sensoraufnahmestelle kann ein erstes Sensorelement angebracht werden, wodurch eine Kraft auf das Biegeelement durch eine Messung der Verformung des Biegeelements an der Sensoraufnahmestelle ermittelt werden kann.The transmission of the elevation was not reduced by this friction, nor was the deformation caused by the transmission. Furthermore, the lack of contact or the lack of friction bypasses this hysteresis, so that there is no falsification of an output signal from a sensor element. Another advantage of this embodiment is that the recess does not contribute to a deformation of the bending element due to the axial force that is applied in addition to a force for fixing the part, and therefore also does not falsify an output signal of a sensor element. The bending element preferably comprises a first sensor receiving point for arranging a sensor element. A first sensor element can be attached to the first sensor receiving point, whereby a force on the bending element can be determined by measuring the deformation of the bending element at the sensor receiving point.
Mit Vorteil ist die erste Sensoraufnahmestelle an einer Stelle des Biegeelements angeordnet, an der die Verformung des Biegeelements bei einer Kraftübertragung durch die Erhebung am stärksten ist. Dadurch kann ein Ausgangssignal des dortigen Sensorelements ebenfalls am stärksten sein, was Vorteile, beispielsweise in einer Auswertung und/oder Darstellung des AusgangsSignals, bringt.The first sensor receiving point is advantageously arranged at a point on the bending element at which the deformation of the bending element is greatest when the force is transmitted through the elevation. As a result, an output signal from the sensor element there can also be strongest, which has advantages, for example in an evaluation and / or display of the output signal.
Von zusätzlichem Vorteil ist es, wenn das Biegeelement eine zweite Sensoraufnahmestelle zur Anordnung eines zweiten Sensorelements umfasst. Mit dem zweiten Sensorelement steht ein zweites Ausgangssignal zur Verfügung, was insbesondere in ei- ner Auswertung und/oder Darstellung in vielfältiger Weise genutzt werden kann.It is of additional advantage if the bending element comprises a second sensor receiving point for the arrangement of a second sensor element. The second sensor element provides a second output signal, which can be used in a variety of ways, in particular in an evaluation and / or display.
In einer besonders geeigneten Ausgestaltung ist an den Sensoraufnahmestellen jeweils ein Sensorelement angeordnet, und die Sensorelemente sind miteinander verschaltet. Durch eine geschickte Verschaltung der Sensorelemente kann ein Gesamt- ausgangssignal gebildet werden, das von Vorteil in einer Auswertung und/oder Darstellung ist. Denkbar sind insbesondere eine Addition oder Subtraktion der Signale. Vorzugsweise sind die Sensorelemente in einer Weise miteinander verschaltet, dass bei der Verformung des Biegeelements ein Gesamtausgangssignal abgreifbar ist, das stärker als ein Ausgangssignal eines einzelnen Sensorelements ist . Durch ein starkes Gesamtausgangssignal kann eine höhere Auflösung in einer Auswertung und/oder Darstellung erzielt werden.In a particularly suitable embodiment, one sensor element is arranged at each of the sensor receiving points, and the sensor elements are connected to one another. By skillfully connecting the sensor elements, an overall output signal can be formed, which is advantageous in an evaluation and / or display. An addition or subtraction of the signals is particularly conceivable. The sensor elements are preferably interconnected in such a way that an overall output signal that is stronger than an output signal of an individual sensor element can be tapped when the bending element is deformed. A strong overall output signal can achieve a higher resolution in an evaluation and / or display.
Mit besonderem Vorteil sind die erste und die zweite Sensoraufnahmestelle an Stellen des Biegeelements angeordnet, an denen die Verformung des Biegeelements die dort angeordneten Sensoren relativ zueinander zu gegensinnigen Reaktionen stimuliert. Dadurch ergeben sich Möglichkeiten, insbesondere bei elektrischen Signalen und Verschaltungen, durch die ein besonders starkes Gesamtausgangssignal abgreifbar ist.The first and the second sensor receiving points are particularly advantageously arranged at points on the bending element at which the deformation of the bending element stimulates the sensors arranged there relative to one another in opposite reactions. This results in possibilities, particularly in the case of electrical signals and interconnections, through which a particularly strong overall output signal can be tapped.
Vorteilhafterweise sind die erste und die zweite Sensoraufnahmestelle symmetrisch zu einer durch die Erhebung verlaufenden und in Axialrichtung sowie in Radialrichtung ausgerichteten Ebene angeordnet. Durch die symmetrische Anordnung von insbesondere gleichartigen Sensorelementen können besonders einfach Rückschlüsse, etwa hinsichtlich eines Kraftverlaufs, gezogen werden, da die Messungen durch die Sensorelemente in gleichem Abstand zu einer Symmetrieebene erfolgen.The first and the second sensor receiving point are advantageously arranged symmetrically to a plane running through the elevation and oriented in the axial direction and in the radial direction. The symmetrical arrangement of, in particular, identical sensor elements enables conclusions to be drawn particularly easily, for example with regard to a force profile, since the measurements are carried out by the sensor elements at the same distance from a plane of symmetry.
Vorteilhafterweise umfasst das radial äußere Teil auf einer in Radialrichtung liegenden Außenseite eine Sensoraufnähme- stelle zur Anordnung des Sensorelements. Das erleichtert eine Zugänglichkeit, wodurch insbesondere eine Montage und eine Wartung einfach werden. ZeichnungThe radially outer part advantageously comprises a sensor receiving point on an outside lying in the radial direction for the arrangement of the sensor element. This facilitates accessibility, which in particular makes assembly and maintenance easy. drawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages result from the following description of the drawing. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. The drawings, description, and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into useful further combinations. Corresponding parts are provided with the same reference symbols in the figures.
Es zeigen: Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Fahrrad, Fig. 2 einen Schnitt durch ein Fahrradtretlager, Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Fahrradtretlagers aus Fig. 2 gemäß der Ebene III - III, Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil des Fahrradtretlagers aus Fig. 2 gemäß der Ebene IV - IV, Fig. 5 eine Seitenansicht auf einen Sensorträ- ger, Fig. 6 einen Schnitt durch den Sensorträger aus Fig . 5 gemäß der Ebene VI - VI , Fig. 7 eine Seitenansicht des Sensorträgers aus Fig. 5 gemäß Richtung VII mit ange- ordnetem Dehnmessstreifen, Fig. 8 eine schematisch dargestellte Verformung eines Biegeelements mit Sensorelementen, Fig. 9 einen Teilschnitt eines Fahrradtretlagers mit angeordnetem Sensorträger gemäß Fig. 5, Fig. 10 eine Seitenansicht auf einen weiteren Sensorträger, Fig. 11 eine perspektivische Ansicht auf den Sensorträger aus Fig. 10, Fig. 12 einen elektrischen Schaltplan einer Anordnung mit einem Sensorelement, Fig. 13 einen elektrischen Schaltplan einer Anordnung mit zwei Sensorelementen und Fig. 14 einen weiteren elektrischen Schaltplan einer Anordnung mit zwei Sensorelementen.1 shows a schematically illustrated bicycle, FIG. 2 shows a section through a bicycle bottom bracket, FIG. 3 shows a section through part of the bicycle bottom bracket from FIG. 2 according to the plane III-III, FIG. 4 shows a section through part of the 2 according to the plane IV-IV, FIG. 5 shows a side view of a sensor carrier, FIG. 6 shows a section through the sensor carrier from FIG. 5 according to the plane VI-VI, FIG. 7 shows a side view of the sensor carrier from FIG. 5 according to direction VII with an arranged strain gauge, 8 shows a schematically represented deformation of a bending element with sensor elements, FIG. 9 shows a partial section of a bicycle bottom bracket with an arranged sensor carrier according to FIG. 5, FIG. 10 shows a side view of a further sensor carrier, FIG. 11 shows a perspective view of the sensor carrier from FIG. 10 12 shows an electrical circuit diagram of an arrangement with one sensor element, FIG. 13 shows an electrical circuit diagram of an arrangement with two sensor elements, and FIG. 14 shows another electrical circuit diagram of an arrangement with two sensor elements.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Figur 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrrad 2, das einen Fahrradrahmen 4, eine Tretlagerwelle 6 eines Fahrradtretlagers 10 und an der Tretlagerwelle 6 angebrachte Tretkurbeln 8 umfasst.FIG. 1 shows a schematically illustrated bicycle 2, which comprises a bicycle frame 4, a bottom bracket shaft 6 of a bicycle bottom bracket 10 and pedal cranks 8 attached to the bottom bracket shaft 6.
In Figur 2 ist ein Schnitt durch ein Fahrradtretlager 10 senkrecht zur Wellenachse der Tretlagerwelle 6 zu sehen. Von innen nach außen sind dargestellt: die Tretlagerwelle 6, ein Nadellager 12, eine Lagerschale 14, ein Sensorträger 16, mehrere Sensorelemente 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und der die Tretlagerwelle 6 umfassende Teil des Fahrradrahmens 4. Der Sensorträger 16 umfasst einen radial inneren Teil 34, vier schlitzartige Ausnehmungen 36, 38, 40, 42, einen radial äußeren Teil 44, vier Erhebungen 46, 48, 50, 52, die als in Axialrichtung ausgerichtete Stege ausgebildet sind, und vier Biegeelemente 54, 56, 58, 60. Außerdem ist noch eine Ausnehmung 62 gezeigt, die zusammen mit einem nicht dargestellten Stift zur Drehsicherung des äußeren Teils 44 gegenüber dem Fahrradrahmen 4 dient .FIG. 2 shows a section through a bicycle bottom bracket 10 perpendicular to the shaft axis of the bottom bracket shaft 6. The following are shown from the inside out: the bottom bracket shaft 6, a needle bearing 12, a bearing shell 14, a sensor carrier 16, a plurality of sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 and the like the bottom bracket shaft 6 comprising part of the bicycle frame 4. The sensor carrier 16 comprises a radially inner part 34, four slot-like recesses 36, 38, 40, 42, a radially outer part 44, four elevations 46, 48, 50, 52, which are considered in the axial direction aligned webs are formed, and four bending elements 54, 56, 58, 60. In addition, a recess 62 is shown, which together with a pin, not shown, serves to secure the rotation of the outer part 44 relative to the bicycle frame 4.
Zur Veranschaulichung ist in Figur 3 ein Schnitt eines Teils des Fahrradtretlagers 10 gemäß einer Schnittebene III - III gezeigt, in der die Anordnung des Nadellagers 12 schematisch dargestellt ist. In diesem Schnitt ist auch die einstückige Fertigung des Sensorträgers 16 gut zu sehen. In Figur 4 ist ein weiterer Schnitt des Teils des Fahrradtretlagers 10 gemäß einer Schnittebene IV - IV gezeigt. Diese Figur veranschaulicht, dass der radial innere Teil 34 durch die schlitzartigen Ausnehmungen 36, 38, 40, 42 von dem radial äußeren Teil getrennt ist.For illustration, a section of part of the bicycle pedal bearing 10 according to a sectional plane III-III is shown in FIG. 3, in which the arrangement of the needle bearing 12 is shown schematically. The one-piece production of the sensor carrier 16 is also clearly visible in this section. FIG. 4 shows a further section of the part of the bicycle pedal bearing 10 according to a section plane IV - IV. This figure illustrates that the radially inner part 34 is separated from the radially outer part by the slot-like recesses 36, 38, 40, 42.
Eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Sensorträgers 64 ist in Figur 5 dargestellt. Er umfasst einen radial inneren Teil 66 , drei schlitzartige Ausnehmungen 68, 70, 72 und einen radial äußeren Teil 74. Weiterhin sind zwei als Stege ausgebildete Erhebungen 76, 78 und zwei Biegeelemente 80, 82 zu sehen. Außerdem ist eine Ausnehmung 84 gezeigt, die zusammen mit einem nicht dargestelltem Stift zur Drehsicherung des äußeren Teils 74 gegenüber dem Fahrradrah- men 4 dient, und ein Verbindungseiement 86, das aus Stabilitätsgründen angeordnet wurde. Drei Ausnehmungen 88, 90, 92 sind fertigungsbedingt und ohne Funktion. Eine Linie L wird in Figur 9 und den Ausführungsbeispielen erklärt.A side view of an alternative embodiment of a sensor carrier 64 is shown in FIG. 5. It comprises a radially inner part 66, three slot-like recesses 68, 70, 72 and a radially outer part 74. Furthermore, two elevations 76, 78 designed as webs and two bending elements 80, 82 can be seen. In addition, a recess 84 is shown, which together with a pin (not shown) serves to secure the outer part 74 against rotation with respect to the bicycle frame 4, and a connecting element 86, which was arranged for reasons of stability. Three recesses 88, 90, 92 are production-related and have no function. A line L is explained in FIG. 9 and the exemplary embodiments.
Figur 6 zeigt einen Schnitt durch den Sensorträger 64 gemäß einer Schnittebene VI - VI. Es ist das Biegeelement 80 dargestellt, das von zwei Ausnehmungen 94, 96 flankiert ist. Figur 7 zeigt eine Seitenansicht des Sensorträgers 64 gemäß Richtung VII, auf dem ein Dehnmessstreifen 102 mit zwei angeordneten Sensorelementen 98, 100 angebracht ist. Zwei Ausneh- mungen 104, 106 sind seitlich des Biegeelements 82 angeordnet .FIG. 6 shows a section through the sensor carrier 64 according to a section plane VI-VI. The bending element 80 is shown, which is flanked by two recesses 94, 96. FIG. 7 shows a side view of the sensor carrier 64 in the direction VII, on which a strain gauge 102 with two arranged sensor elements 98, 100 is attached. Two recesses 104, 106 are arranged on the side of the bending element 82.
In Figur 8 ist eine detaillierte Seitenansicht des Biegeelements 82 in verformtem Zustand gemäß der Richtung VIII in schematischer Darstellung zu sehen. Die Erhebung 78 verformt das Biegeelement 82, auf dem an den Stellen stärkster Verformung zwei Sensorelemente 98, 100 auf zwei ihnen zugeordneten Sensoraufnahmestellen 108, 110 angeordnet sind.FIG. 8 shows a detailed side view of the bending element 82 in the deformed state in the direction VIII in a schematic illustration. The elevation 78 deforms the bending element 82, on which two sensor elements 98, 100 are arranged on the sensor deformation points 108, 110 assigned to them at the points of greatest deformation.
Ein Teil eines Fahrradtretlagers 112 ist in Figur 9 in einemA part of a bicycle bottom bracket 112 is in one in FIG
Teilschnitt gezeigt. Dieses Fahrradtretlager 112 umfasst eine Tretlagerwelle 6, ein Lager 116 und den Sensorträger 64 gemäß Figur 6. Der Sensorträger 64 wird durch zwei Fixierungselemente 120, 122 in seiner axialen Position über den radial äu- ßeren Teil 74 (Figur 5) außerhalb der Linie L gehalten. Dabei stützt sich das Fixierungselement 120 über ein Axialkugellager 124 an einer Tretlagerwelle 6 ab, während das Fixierungselement 122 über ein Begrenzungselement 126 abgestützt ist, das das Fixierungselement 122 über ein nicht näher darge- stelltes Gewinde axial positioniert. Zu erkennen sind auch die Ausnehmungen 104 und 106, durch die der radial äußere Teil 74 im Bereich des Biegeelements 80 sowie die Erhebung 76 kontaktfrei zu den Fixierungselementen 120, 122 gehalten sind. Das Sensorelement 98 ist ebenfalls angedeutet.Partial section shown. This bicycle pedal bearing 112 comprises a bottom bracket shaft 6, a bearing 116 and the sensor carrier 64 according to FIG. 6. The sensor carrier 64 is held in its axial position outside the line L by two fixing elements 120, 122 via the radially outer part 74 (FIG. 5) , Here, the fixing element 120 is supported on a bottom bracket shaft 6 via an axial ball bearing 124, while the fixing element 122 is supported on a limiting element 126, which axially positions the fixing element 122 via a thread (not shown in more detail). Recesses 104 and 106 through which the radially outer one can be seen can also be seen Part 74 in the area of the bending element 80 and the elevation 76 are held contact-free with the fixing elements 120, 122. The sensor element 98 is also indicated.
Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit ist in den Figuren 10 und 11 gezeigt. Ein Sensorträger 128 umfasst einen radial inneren Teil 130 und einen radial äußeren Teil 132, die separat und in Axialrichtung verschiebbar zueinander sind und in Tangentialrichtung durch vier als separate Zylinder ausgeführte Erhebungen 134 formschlüssig miteinander verbunden sind. Zwischen den Teilen 130, 132 ist ein rundum laufender kreisförmiger Schlitz 136 angeordnet, der im Bereich um die Erhebungen 134 eben ausgeführt ist. Die aus Edelstahl gefertigten, stegartig zylinderförmigen Erhebungen 134 können in Axial- richtung zwischen die Teile 130, 132 geschoben werden und sind jeweils durch eine zylinderförmige Nut in jedem der beiden Teile 130, 132 gegen eine tangentiale Bewegung gesichert. Die Erhebungen 134 drücken im Betrieb des Sensorträgers 128 zwei ebene Biegeelemente 138 nach außen, auf denen jeweils zwei Sensorelemente 140 angeordnet sind. Die BiegeelementeAnother possible embodiment is shown in FIGS. 10 and 11. A sensor carrier 128 comprises a radially inner part 130 and a radially outer part 132, which are separately and displaceable in the axial direction and are positively connected to one another in the tangential direction by four elevations 134 designed as separate cylinders. Arranged between the parts 130, 132 is an all-round circular slot 136, which is flat in the area around the elevations 134. The web-like cylindrical elevations 134 made of stainless steel can be pushed in the axial direction between the parts 130, 132 and are each secured against tangential movement by a cylindrical groove in each of the two parts 130, 132. When the sensor carrier 128 is in operation, the elevations 134 press two flat bending elements 138 outwards, on each of which two sensor elements 140 are arranged. The bending elements
138 sind im Bereich der Erhebungen 134 in gleichmäßiger Dicke ausgeführt und sind auf einer Seite jeweils von einer parallel zu den Biegeelementen 138 ausgerichteten Ausnehmung 142 begrenzt, die einer unerwünschte Reibung mit den Fixierungs- elementen 120, 122 (Figur 9) entgegenwirken.138 have a uniform thickness in the region of the elevations 134 and are each delimited on one side by a recess 142 aligned parallel to the bending elements 138, which counteract undesired friction with the fixing elements 120, 122 (FIG. 9).
In Figur 12 ist eine elektrische Brückenschaltung dargestellt, die aus zwei Festwiderständen R0 und zwei veränderlichen Widerständen Ri und R2 gebildet ist. Die veränderlichen Widerstände Rx und R2 repräsentieren zwei Sensorelemente, insbesondere zwei Dehnmessstreifen, die im ungedehnten Zu- stand ebenfalls denselben Widerstand wie der Festwiderstand R0 besitzen und die ihren Widerstand bei Dehnung oder Stauchung ändern. Wird an die Brückenschaltung ein Potential angelegt, ist ein Gesamtausgangssignal Vi im ungedehnten Zu- stand des Dehnmessstreifens null . Bei Dehnung oder Stauchung durch die Widerstandsänderung des Dehnmessstreifens nimmt das Gesamtausgangssignal Vi jedoch einen Wert ungleich null an, in einem günstigen Fall proportional zur Dehnung oder Stauchung. Diese elektrische Brückenschaltung wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn die Widerstände der Sensorelemente bei der Dehnung oder Stauchung jeweils erhöht oder erniedrigt werden. Dies ist beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 gegeben.FIG. 12 shows an electrical bridge circuit which is formed from two fixed resistors R 0 and two variable resistors Ri and R 2 . The variable resistances R x and R 2 represent two sensor elements, in particular two strain gauges, which are in the unstretched condition. also had the same resistance as the fixed resistor R 0 and change their resistance when stretched or compressed. If a potential is applied to the bridge circuit, a total output signal Vi is zero in the unstretched state of the strain gauge. In the event of stretching or compression due to the change in resistance of the strain gauge, however, the total output signal Vi assumes a value other than zero, in a favorable case proportional to the expansion or compression. This electrical bridge circuit is preferably used when the resistances of the sensor elements are increased or decreased during expansion or compression. This is the case, for example, in the exemplary embodiment in FIG. 2.
Figur 13 zeigt eine elektrische Brückenschaltung, die ebenfalls aus zwei Festwiderständen R0 und zwei veränderlichen Widerständen Ri und R2 gebildet ist. Diese elektrische Brük- kenschaltung kommt jedoch hinsichtlich eines höheren Gesamt- ausgangssignals Vi mit Vorteil zum Einsatz, wenn sich bei ei- ner Dehnung oder Stauchung der Widerstand Ri erhöht und derFigure 13 shows an electrical bridge circuit, which is also formed from two fixed resistors R 0 and two variable resistors Ri and R 2 . With regard to a higher total output signal Vi, however, this electrical bridge circuit is used with advantage if the resistance Ri increases during expansion or compression and the
Widerstand R2 sinkt bzw. wenn sich der Widerstand R2 erhöht und der Widerstand Ri sinkt . Die Sensorelemente in Figur 8 können vorteilhafterweise so verschaltet sein, dass das Sensorelement 98 bei einer Verformung des Biegeelements 82 ge- dehnt ist, wohingegen das Sensorelement 100 gestaucht ist.Resistor R 2 decreases or if the resistance R 2 increases and the resistance Ri decreases. The sensor elements in FIG. 8 can advantageously be interconnected such that the sensor element 98 is stretched when the bending element 82 is deformed, whereas the sensor element 100 is compressed.
Sind die Sensorelemente 98, 100 vom gleichen Typ, erhöht sich der elektrische Widerstand des einen und der des anderen sinkt .If the sensor elements 98, 100 are of the same type, the electrical resistance of one and the other decreases.
In Figur 14 ist eine elektrische Brückenschaltung gezeigt, die eingesetzt werden kann, wenn nur ein Sensorelement mit einem veränderlichen Widerstand Rx auf einem Biegeelement angeordnet ist.FIG. 14 shows an electrical bridge circuit that can be used if only one sensor element is used a variable resistance R x is arranged on a bending element.
Die Funktionsweise der Sensorträger 16, 64 wird nun im Ein- zelnen anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben.The mode of operation of the sensor carriers 16, 64 will now be described in detail using preferred exemplary embodiments.
In einem ersten Ausführungsbeispiel, das in Figur 2 dargestellt ist, wird eine Kraft über die Tretkurbeln 8 auf die Tretlagerwelle 6 aufgebracht und zumindest zu einem großen Teil über das Nadellager 12 und die Lagerschale 14 auf denIn a first exemplary embodiment, which is shown in FIG. 2, a force is applied to the bottom bracket shaft 6 via the pedal cranks 8 and at least to a large extent via the needle bearing 12 and the bearing shell 14 to the bottom bracket
Sensorträger 16 weitergegeben. Der Kraftfluss in dem Sensorträger 16 verläuft von dem radial inneren Teil 34 über die in Axialrichtung ausgerichteten Erhebungen 46, 48, 50, 52 auf den radial äußeren Teil 44. Der radial äußere Teil 44 ist an den Stellen des Kraftflusses über die Erhebungen 46, 48, 50, 52 in Form der Biegeelemente 54, 56, 58, 60 ausgebildet. Die Biegeelemente 54, 56, 58, 60 sind zur Verformung vorbereitet und verformen sich bei der Kraftübertragung durch die Erhebungen 46, 48, 50, 52. Um den Kraftfluss zum Zweck einer starken Verformung der Biegeelemente 54, 56, 58, 60 auf dieSensor carrier 16 passed. The force flow in the sensor carrier 16 runs from the radially inner part 34 via the elevations 46, 48, 50, 52 aligned in the axial direction to the radially outer part 44. The radially outer part 44 is at the points of the force flow via the elevations 46, 48 , 50, 52 in the form of the bending elements 54, 56, 58, 60. The bending elements 54, 56, 58, 60 are prepared for deformation and deform when the force is transmitted through the elevations 46, 48, 50, 52. To the force flow for the purpose of a strong deformation of the bending elements 54, 56, 58, 60 on the
Erhebungen 46, 48, 50, 52 zu beschränken, sind zwischen ihnen die Ausnehmungen 36, 38, 40, 42 ausgebildet, die in Axialrichtung durchgängig sind. Durch diese Anordnung steht ein großer und beispielsweise aus Versuchen bekannter Anteil der Kraft auf die Tretlagerwelle 6 zur Verformung der Biegeelemente 54, 56, 58, 60 zur Verfügung. Damit die Biegeelemente 54, 56, 58, 60 immer an derselben Stelle verformt werden, sind das innere Teil 34 und das äußere Teil 44 durch eine Fertigung aus einem Stück drehfest miteinander verbunden. Das innere Teil 34 und das äußere Teil 44 bilden zusammen mit den Erhebungen 46, 48, 50, 52 somit den einstückigen Sensorträger 16.To limit elevations 46, 48, 50, 52, the recesses 36, 38, 40, 42 are formed between them, which are continuous in the axial direction. This arrangement provides a large proportion of the force on the bottom bracket shaft 6, which is known from tests, for example, for deforming the bending elements 54, 56, 58, 60. So that the bending elements 54, 56, 58, 60 are always deformed at the same point, the inner part 34 and the outer part 44 are connected to one another in a rotationally fixed manner by being made from one piece. The inner part 34 and the outer part 44 form together with the Elevations 46, 48, 50, 52 thus form the one-piece sensor carrier 16.
Insbesondere durch eine relativ schmale Ausführung der Erhe- bungen 46, 48, 50, 52 in Tangentialrichtung können sie sich in Tangentialrichtung relativ leicht elastisch verformen. Dadurch wird beispielsweise eine Kraft F, die an den Erhebungen 46, 50 in Tangentialrichtung wirkt, durch die elastische Verformung nur zu einem geringen Teil durch die Erhebungen 46, 50 und weitgehend durch die Erhebungen 48, 52 übertragen.In particular, due to a relatively narrow design of the elevations 46, 48, 50, 52 in the tangential direction, they can deform elastically relatively easily in the tangential direction. As a result, for example, a force F, which acts on the elevations 46, 50 in the tangential direction, is transmitted only to a small extent through the elevations 46, 50 and largely through the elevations 48, 52 due to the elastic deformation.
Über die Erhebungen 46, 48, 50, 52 werden daher zum überwiegenden Teil Radialkräfte übertragen. Aus der Verformung der Biegeelemente 54, 56, 58, 60 kann mittels der Sensorelemente 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 die die Verformung bewirkende Kraft abgeleitet werden. Da die Erhebungen 46, 48, 50, 52 in Tangentialrichtung um jeweils 90° versetzt angeordnet sind, werden Kraftkomponenten übertragen, die entweder senkrecht oder entgegengesetzt zueinander wirken, wodurch die Kraft auf die Tretlagerwelle 6 einfach in vektoriell unabhängigen Kom- ponenten ermittelt werden kann. Radial außen an den Biegeelementen 54, 56, 58, 60 sind die Sensorelemente 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 paarweise jeweils an einem Biegeelement 54, 56, 58, 60 angeordnet, um ein höheres Gesamtausgangssignal Vx zu erhalten, als dies in einer Anordnung mit jeweils nur ei- nem Sensorelement (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32) möglich ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei der Sensorelemente 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 symmetrisch zu einer Ebene III - III bzw. S - S angeordnet, wodurch eine Verformung, beispielsweise des Biegeelements 54, beide Senso- relemente 28, 30 staucht oder dehnt. Dadurch ändern sie imRadial forces are therefore predominantly transmitted via the elevations 46, 48, 50, 52. From the deformation of the bending elements 54, 56, 58, 60, the force causing the deformation can be derived by means of the sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32. Since the elevations 46, 48, 50, 52 are arranged offset by 90 ° in each case in the tangential direction, force components are transmitted which act either perpendicularly or in opposite directions to one another, as a result of which the force on the bottom bracket shaft 6 can easily be determined in vectorially independent components. Radially outside on the bending elements 54, 56, 58, 60, the sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 are each arranged in pairs on a bending element 54, 56, 58, 60 in order to produce a higher total output signal V x to be obtained than is possible in an arrangement with only one sensor element (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32). In this exemplary embodiment, two of the sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 are each arranged symmetrically to a plane III-III or S-S, as a result of which a deformation, for example of the bending element 54, both sensor elements 28, 30 compresses or stretches. This changes them in
Fall eines Einsatzes von Dehnmessstreifen als Sensorelemente 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 ihren elektrischen Widerstand gleichartig, weshalb vorzugsweise eine Verschaltung nach Figur 12 zum Einsatz kommt.If strain gauges are used as sensor elements 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 have the same electrical resistance, which is why a connection according to FIG. 12 is preferably used.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Sensorträgers 64 nach Figur 5 sind nur zwei Erhebungen 76, 78 ausgebildet, die in Tangentialrichtung um 90° versetzt zueinander angebracht sind. Dies ist ausreichend, um zwei zueinander senkrechte und damit unabhängige Komponenten der Kraft auf die Tretlagerwel- le 6 zu ermitteln. Die Erhebungen 76, 78 übertragen einen Großteil der auf die Tretlagerwelle 6 aufgebrachten Kraft über ein Lager 116 (Figur 9) von dem radial inneren Teil 66 auf den radial äußeren Teil 74 bzw. auf die dort ausgebildeten Biegeelemente 80, 82.In a second exemplary embodiment of the sensor carrier 64 according to FIG. 5, only two elevations 76, 78 are formed which are offset from one another in the tangential direction by 90 °. This is sufficient to determine two mutually perpendicular and thus independent components of the force on the bottom bracket shaft 6. The elevations 76, 78 transmit a large part of the force applied to the bottom bracket shaft 6 via a bearing 116 (FIG. 9) from the radially inner part 66 to the radially outer part 74 or to the bending elements 80, 82 formed there.
Bei einer Kraftübertragung ausgehend von der Kraft auf die Tretlagerwelle 6 muss sich der radial innere Teil 66 relativ zum radial äußeren Teil 74 bewegen können, damit sich die Biegeelemente 80, 82 durch die Erhebungen 76, 78 verformen können. Um die relative Beweglichkeit des inneren Teils 66 zu gewährleisten, wird der Sensorträger 64 nur über den radial äußeren Teil 74 außerhalb der Linie L durch die Fixierungs- elemente 120, 122 axial positioniert. Damit aber die Beweglichkeit der Biegeelemente 80, 82 und der Erhebungen 76, 78 nicht durch die Fixierungselemente 120, 122 behindert wird, weist der radial äußere Teil 74 im Bereich der Biegeelemente 80, 82 die Ausnehmungen 94, 96, 104, 106 auf, wodurch die Biegeelemente 80, 82 und die Erhebungen 76, 78 kontaktfrei zu den Fixierungselementen 120, 122 gehalten sind. Außerhalb der Biegeelemente und Erhebungen kommt der radial äußere Teil 74 mit den Fixierungselementen 120, 122 in Anlage, so dass der Sensorträger 64 axial positioniert ist.When a force is transmitted from the force to the bottom bracket shaft 6, the radially inner part 66 must be able to move relative to the radially outer part 74 so that the bending elements 80, 82 can be deformed by the elevations 76, 78. In order to ensure the relative mobility of the inner part 66, the sensor carrier 64 is positioned axially only via the radially outer part 74 outside the line L through the fixing elements 120, 122. So that the mobility of the bending elements 80, 82 and the elevations 76, 78 is not hindered by the fixing elements 120, 122, the radially outer part 74 in the region of the bending elements 80, 82 has the recesses 94, 96, 104, 106, which means that the bending elements 80, 82 and the elevations 76, 78 are held contact-free with the fixing elements 120, 122. The radially outer part 74 comes outside the bending elements and elevations with the fixing elements 120, 122 in contact, so that the sensor carrier 64 is positioned axially.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel kommen auf den Biegeele- menten 80, 82 jeweils zwei Sensorelemente 98, 100 auf den ihnen zugeordneten Sensoraufnahmestellen 108, 110 zum Einsatz, wobei in Figur 7 nur zwei der insgesamt vier Sensorelemente 98, 100 gezeigt sind. Die Anordnung der Sensorelemente 98, 100 ist in Figur 7 gezeigt. Sie werden bei einer Kraftüber- tragung, wie in Figur 8 dargestellt, verformt. Bei dieserIn this exemplary embodiment, too, two sensor elements 98, 100 are used on the bending elements 80, 82 at the sensor receiving points 108, 110 assigned to them, only two of the four sensor elements 98, 100 being shown in FIG. The arrangement of the sensor elements 98, 100 is shown in FIG. 7. They are deformed during a power transmission, as shown in Figure 8. At this
Verformung wird das Sensorelement 98 gedehnt, wohingegen das Sensorelement 100 gestaucht wird. Es ist auch denkbar, das Sensorelement 98 und das Sensorelement 100 auf derselben Seite des Biegeelements 82, entweder rechts oder links der Erhe- bung 78, anzubringen. Durch diese Verformung erhöht sich der Widerstand Rx des Sensorelements 98, und der Widerstand R2 des Sensorelements 100 sinkt. Daher wird hier vorteilhafterweise eine elektrische Verschaltung nach Figur 13 vorgenommen.Deformation, the sensor element 98 is stretched, whereas the sensor element 100 is compressed. It is also conceivable to mount the sensor element 98 and the sensor element 100 on the same side of the bending element 82, either to the right or to the left of the elevation 78. This deformation increases the resistance R x of the sensor element 98 and the resistance R 2 of the sensor element 100 decreases. An electrical connection according to FIG. 13 is therefore advantageously carried out here.
Bei Verwendung von nur einem Sensorelement pro Biegeelement kann eine Schaltung nach Figur 14 eingesetzt werden. If only one sensor element per bending element is used, a circuit according to FIG. 14 can be used.
Bezugszeichenreference numeral
2 Fahrrad 84 Ausnehmung2 bicycle 84 recess
4 Fahrradrahmen 86 Verbindungselement4 bicycle frame 86 connecting element
6 Tretlagerwelle 88, 90, 92 Ausnehmung6 bottom bracket shaft 88, 90, 92 recess
8 Tretkurbel 94, 96 Ausnehmung8 crank 94, 96 recess
10 Fahrradtretlager 98, 100 Sensorelement10 bicycle pedal bearings 98, 100 sensor element
12 Nadellager 102 Dehnmessstreifen12 needle bearings 102 strain gauges
14 Lagerschale 104, 106 Ausnehmung14 bearing shell 104, 106 recess
16 Sensorträger 108, 110 Sensoraufnahmestelle16 sensor carriers 108, 110 sensor mounting point
18, 20, 22 Sensorelement 112 Fahrradtretlager18, 20, 22 sensor element 112 bicycle bottom bracket
24, 26, 28 Sensorelement 116 Lager24, 26, 28 sensor element 116 bearings
30, 32 Sensorelement 120, 122 Fixierungselement30, 32 sensor element 120, 122 fixing element
34 Teil 124 Axialkugellager34 part 124 thrust ball bearings
36, 38, 40 Ausnehmung 126 Begrenzungselement36, 38, 40 recess 126 delimiting element
42 Ausnehmung 128 Sensorträger42 recess 128 sensor carrier
44 Teil 130, 132 Teil44 part 130, 132 part
46, 48, 50 Erhebung 134 Erhebung46, 48, 50 survey 134 survey
52 Erhebung 136 Schlitz52 elevation 136 slot
54, 56, 58 Biegeelement 138 Biegeelement54, 56, 58 bending element 138 bending element
60 Biegeelement 140 Sensorelement60 bending element 140 sensor element
62 Ausnehmung 142 Ausnehmung62 recess 142 recess
64 Sensorträger o Festwiderstand64 sensor carriers o Fixed resistor
66 Teil Ri, R2 Widerstand66 part Ri, R 2 resistance
68, 70, 72 Ausnehmung Vi Gesamtausgangssignal68, 70, 72 recess Vi total output signal
74 Teil F Kraft74 Part F Force
76, 78 Erhebung L Linie76, 78 elevation L line
80, 82 Biegeelement 80, 82 bending element

Claims

Ansprüche Expectations
1. Sensorträger (16, 64, 128) zur Übertragung einer Kraft von einer Tretlagerwelle (6) auf ein Sensorelement (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140), der einen radial inneren Teil (34, 66, 130) und einen radial äußeren Teil (44, 74, 132) umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an einem der Teile (34, 44, 66, 74, 130, 132) eine Erhebung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) zur Verformung des anderen Teils (34, 44, 66, 74, 130, 132) angeordnet ist.1. Sensor carrier (16, 64, 128) for transmitting a force from a bottom bracket shaft (6) to a sensor element (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140), which is a radial inner part (34, 66, 130) and a radially outer part (44, 74, 132), characterized in that on one of the parts (34, 44, 66, 74, 130, 132) an elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) for deforming the other part (34, 44, 66, 74, 130, 132) is arranged.
2. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Teile (34, 44, 66, 74, 130, 132) in Tangentialrichtung drehfest miteinander verbunden sind, insbesondere durch die Erhebung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) .2. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 1, characterized in that the two parts (34, 44, 66, 74, 130, 132) are rotatably connected to one another in the tangential direction, in particular by the elevation (46, 48, 50 , 52, 76, 78, 134).
3. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, mehrere Erhebungen (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134), wobei die beiden Teile (34, 44, 66, 74, 130, 132) nur durch die Erhebungen (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) miteinander verbunden sind.3. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 1 or 2, characterized by, several elevations (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134), the two parts (34, 44, 66, 74, 130 , 132) are connected to one another only by the elevations (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134).
4. Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der vorherigen Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Erhe- bung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) ein in Axialrichtung ausgerichteter Steg und insbesondere zylinderförmig ist. 4. Sensor carrier (16, 64, 128) according to one of the preceding claims, characterized in that the elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) is a web aligned in the axial direction and in particular cylindrical.
5. Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e nn z e i c hn e t , dass mehrere Erhebungen (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) zur Verformung des anderen Teils (34, 44, 66, 74, 130, 132) in Tangentialrichtung zur Tretlagerwelle (6) versetzt angeordnet sind.5. Sensor carrier (16, 64, 128) according to any one of the preceding claims, dadurchgeke nn zeic hn et that several elevations (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) for deforming the other part (34, 44, 66, 74, 130, 132) are arranged offset in the tangential direction to the bottom bracket shaft (6).
6. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen den Erhebungen (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) mindestens eine in Axialrichtung durchgängige, schlitzartige Ausnehmung (36, 38, 40, 42, 68, 70, 72) zwischen den beiden Teilen (34, 44, 66, 74, 130, 132) angeordnet ist.6. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 5, characterized in that between the elevations (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) at least one slit-like recess (36, 38, 40, continuous in the axial direction) 42, 68, 70, 72) between the two parts (34, 44, 66, 74, 130, 132) is arranged.
7. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die Ausnehmung bis auf mindestens eine ebene Abplattung um eine Erhebung kreisförmig ausgeführt ist .7. sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 6, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t that the recess is circular except for at least one flat flattening around an elevation.
8. Sensorträger (16, 64) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Erhebung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) zu einer elastischen Verformung bei einer Beanspruchung durch eine Kraft in Tangenti- alrichtung ausgebildet ist.8. Sensor carrier (16, 64) according to one of the preceding claims, characterized in that the elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) is designed for elastic deformation when subjected to a force in the tangential direction ,
9. Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der radi- al innere Teil (34, 66, 130) radial innerhalb der Erhebung9. sensor carrier (16, 64, 128) according to any one of the preceding claims, that a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the radially inner part (34, 66, 130) radially within the elevation
(46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) dünner ist als in der Umgebung. (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) is thinner than in the area.
10. Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eines der Teile (44, 74, 130) ein Biegeelement (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) umfasst, das zu einer elastischen Verformung bei einer Kraftübertragung durch die Erhebung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) vorgesehen ist.10. Sensor carrier (16, 64, 128) according to any one of the preceding claims, characterized in that one of the parts (44, 74, 130) comprises a bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) that to an elastic deformation during power transmission through the elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) is provided.
11. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Biegeelement (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) im Bereich um die Erhebung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) eben und insbesondere mit gleichmäßiger radialer Dicke ausgeführt ist.11. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 10, characterized in that the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) in the area around the elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) is flat and in particular with a uniform radial thickness.
12. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Teil (34, 44, 66, 74, 130, 132), das das Biegeelement (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) umfasst, mit einem Fixierungselement (120, 122) zur Fixierung des Teils (34, 44, 66, 74, 130, 132) in einer axialen Position in Anlage ist und dass zwischen dem Teil (34, 44, 66, 74, 130, 132) und dem Fixierungselement (120, 122) eine Ausnehmung (94, 96, 104, 106, 142) in einer Weise ausgestaltet ist, dass das Biegeelement (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) und insbesondere auch die Erhebung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) kontaktfrei zum Fixierungselement (120, 122) gehalten sind. 12. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 10 or 11, characterized in that the part (34, 44, 66, 74, 130, 132) that the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82 , 138), with a fixing element (120, 122) for fixing the part (34, 44, 66, 74, 130, 132) in an axial position and in contact between the part (34, 44, 66, 74 , 130, 132) and the fixing element (120, 122), a recess (94, 96, 104, 106, 142) is designed in such a way that the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) and in particular also the elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) are held contact-free with the fixing element (120, 122).
13. Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Biegeelement (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) eine erste Sensorauf- nahmestelle (108, 110) zur Anordnung eines Sensorelements (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100) umfasst.13. Sensor carrier (16, 64, 128) according to one of claims 10 to 12, characterized in that the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) a first sensor receiving point (108, 110) for arrangement a sensor element (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100).
14. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Sensoraufnahmestelle (108, 110) an einer Stelle des Biegeelements (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) angeordnet ist, an der die Verformung des Biegeelements (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) bei einer Kraftübertragung durch die Erhebung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) am stärksten ist.14. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 13, characterized in that the first sensor receiving point (108, 110) is arranged at a point on the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) at which the deformation of the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) is greatest when the force is transmitted through the elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134).
15. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Biegeelement (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) eine zweite Sensoraufnahmestelle (108, 110) zur Anordnung eines zweiten Senso- relements (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) umfasst .15. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 13 or 14, characterized in that the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) has a second sensor receiving point (108, 110) for arranging a second sensor relements (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140).
16. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an den Sensoraufnahmestellen (108, 110) jeweils ein Sensorelement16. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that at the sensor receiving points (108, 110) each have a sensor element
(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) angeordnet ist und die Sensorelemente (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) miteinander verschaltet sind. (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) and the sensor elements (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140 ) are interconnected.
17. Sensorträger (16, 64, 128) nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensorelemente (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) in einer Weise miteinander verschaltet sind, dass bei der Ver- formung des Biegeelements (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) ein17. Sensor carrier (16, 64, 128) according to claim 15 or 16, characterized in that the sensor elements (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) are interconnected in a manner that when the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) is deformed
Gesamtausgangssignal (Vx) abgreifbar ist, das stärker als ein Ausgangssignal eines einzelnen Sensorelements (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) ist.Total output signal (V x ) can be tapped, which is stronger than an output signal of an individual sensor element (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140).
18. Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und die zweite Sensoraufnahmestelle (108, 110) an Stellen des Biegeelements (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) angeordnet sind, an denen die Verformung des Biegeelements (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) die dort angeordneten Sensorelemente (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) relativ zueinander zu gegensinnigen Reaktionen stimuliert.18. Sensor carrier (16, 64, 128) according to one of claims 15 to 17, characterized in that the first and the second sensor receiving point (108, 110) at points of the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138 ) are arranged on which the deformation of the bending element (54, 56, 58, 60, 80, 82, 138) the sensor elements (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) stimulated relative to each other to opposite reactions.
19. Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und die zweite Sensoraufnahmestelle (108, 110) symmetrisch zu einer durch die Erhebung (46, 48, 50, 52, 76, 78, 134) ver- laufenden und in Axialrichtung sowie in Radialrichtung ausgerichteten Ebene angeordnet sind. 19. Sensor carrier (16, 64, 128) according to one of claims 15 to 18, characterized in that the first and the second sensor receiving point (108, 110) symmetrical to one through the elevation (46, 48, 50, 52, 76, 78 , 134) extending and arranged in the axial direction and in the radial direction.
20. Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass das radial äußere Teil (44, 74, 132) auf einer in Radialrichtung au- ßen angeordneten Außenseite eine Sensoraufnahmestelle (108, 110) zur Anordnung des Sensorelements (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140) umfasst.20. Sensor carrier (16, 64, 128) according to one of the preceding claims, since you can see that the radially outer part (44, 74, 132) has a sensor receiving point (108, 110) on an outside arranged in the radial direction. for arranging the sensor element (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 98, 100, 140).
21. Fahrradtretlager (10, 112) mit einem Sensorträger (16, 64, 128) nach einem der vorherigen Ansprüche. 21. bicycle pedal bearing (10, 112) with a sensor carrier (16, 64, 128) according to one of the preceding claims.
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AL Designated countries for regional patents

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121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase