用于自行车中轴总成的轴的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于自行车中轴总成(2)的轴(1)，该自行车中轴总成具有两个彼此轴向间隔开的用于支承轴(1)的向心轴承(3、4)。该轴的特征在于具有在轴(1)上轴向布置在向心轴承(3、4')之间的多件式的锁定元件(7)以及至少一个布置在该锁定元件(7)上的测量值发送器(9)，其中，锁定元件(7)通过至少一个形状锁合部与轴(1)锁定以防轴向移动(A10)，并且其中，锁定元件(7)包括两个部分(7a、7b)并且以如下方式与轴(1)联接，即，使至少一个测量值发送器(9)通过面式抵靠到两个部分(7a、7b)上而在轴向方向上固定。
【专利说明】
用于自行车中轴总成的轴
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于自行车中轴总成的轴，该自行车中轴总成具有两个彼此间隔 开的、用来支承轴的向心轴承，以及还涉及一种具有自行车中轴总成的自行车。
【背景技术】
[0002] 由之前公开的现有技术公知的是，自行车中轴总成设有轴，尤其是设有实心材料 轴，该轴借助两个滚动轴承相对该自行车中轴总成的结构上的部分支承且支持在自行车中 轴总成中。在此，轴传递转矩。该转矩由于施加到自行车踏板上的踏板力而起作用。
[0003] 从提供廉价且针对批量生产优化的、具有简单的结构的自行车中轴总出发，文献 DE 10 2008 029 088 Al例如公开了一种尤其用于自行车的中轴总成单元，该中轴总成单 元包括两个轴向间隔开的滚动轴承，其中，两个滚动轴承具有共同的、管状的外环。
[0004] WO 2013/132535 Al公开了一种电动自行车，其在中轴总成单元的区域内具有转 矩传感器。
[0005] 还公知有所谓的紧凑型传感器中轴总成，其设置有两个轴向间隔开的、包围共同 的中轴总成轴的滚动轴承，在其中间空间内施加有信号发送器，例如金属的编码环，参见 URL：
[0006] http://www.schaeffler.com/remotemedien/media/_shared_media/04_s ectors/02_industry/bicycles_and_sports_equipment/0001A6C6.jpg〇
[0007] 这些信号发送器被设置成用于测量转速、转动方向和转动角度。在对这种传感器 中轴总成的中轴总成轴不进行高成本的精加工的情况下，传感器中轴总成的包围中轴总成 轴的编码环可能会轴向滑脱。结果，使测量信号无法再到达与编码环相对应的测量值接收 器。测量信号的丢失意味着转速信息、转动方向信息或转动角度信息的丢失并且导致传感 器中轴总成的功能性任务变得很荒谬。
[0008] 在实践中，迄今为止通过如下方式来防止这种轴向滑脱，即，在制造技术方面高成 本地对中轴总成轴进行精加工:进行对中轴总成轴的精磨和表面整平滑的制造步骤，以便 使中轴总成轴的外直径以如下方式匹配于编码环的内直径，即，在编码环与中轴总成轴之 间实现压配合。通过该配合，可以使编码环位置准确且轴向无法滑脱地定位在中轴总成轴 上。
[0009] 然而，这种在制造技术方面高成本的精加工在实践中往往导致过高的额外成本。
【发明内容】
[0010] 基于前述现有技术应当改进用于自行车中轴总成的轴，可以用更简单也更廉价的 方式将用于准确传输轴的动态参数的测量值发送器施加到用于自行车中轴总成的轴上。此 外，还应当说明一种具有这种轴的自行车。
[0011] 根据本发明，该任务通过根据权利要求1的用于自行车中轴总成的轴和根据权利 要求7的自行车来解决。本发明的有利的设计方案参引从属权利要求。
[0012] 根据本发明的用于自行车中轴总成的轴具有两个彼此轴向间隔开的、用来支承轴 的向心轴承，其特征在于具有在轴上轴向布置在向心轴承之间的锁定元件，其中，锁定元件 由至少两个部分构成。在该锁定元件上布置有测量值发送器。锁定元件的这两个部分分别 通过至少一个形状锁合部(Formschluss)与轴锁定以防轴向的移动，并且以如下方式与轴 联接，即，使测量值发送器在轴向方向上布置在这两个部分之间，并且使测量值发送器的轴 向位置通过这两个部分沿轴向限制。
[0013] 测量值发送器的功能是将轴的动态参数传输给检测单元。在此，该传输例如可以 用磁性的、感应的、电容的或光学的途径来进行。例如，关于轴的转速的信息就是这种动态 参数。
[0014] 轴向限制被理解为:测量值发送器的轴向位置或者根本不会发生变化，或者替选 地只能如下这样以微小的程度进行移动，即，尽管可能发生了微小的移动，但还是保持了测 量值发送器相对于传感器的功能。
[0015] 通过该根据本发明的布置有利地实现的是，用于传输运动状态的测量值发送器可 以施加在轴上，而无需对轴进行前述成本较高的精加工。这在制造技术方面的实践中节省 了时间和成本。
[0016] 在一个有利的设计方案中，轴分别与其中一个向心轴承轴向相邻地具有各一个环 形凹槽，其中，锁定元件的两个部分分别具有至少一个环形榫头，环形榫头分别形状锁合地 与各一个环形凹槽接合。有利地，环形榫头可以多次地在周边上被开槽，并进而弹簧弹性地 (federnd)实施。由此，能够使环形榫头以其榫头接合到轴的环形凹槽中。
[0017] "接合"在此被理解为例如作为材料隆起部成形在锁定元件上的环形榫头与在轴 中为此设置的环形凹槽的形状锁合。
[0018] 由此得到的优点是，使锁定元件相对于轴不会轴向滑脱。因为前述的测量值发送 器通过锁定元件限制了其轴向移动，因而测量值发送器也相对于轴仅可以在狭窄的界限内 滑动。
[0019] 在另一有利的设计方案中，第一向心轴承贴靠在锁定元件的第一部分的第一端侧 上，第二向心轴承以相同方式贴靠在锁定元件的第二部分的与第一端侧相背的第二端侧 上。由此得到优点是，可以节省用于锁定向心轴承的、朝向轴中间定向的轴锁定环，该轴锁 定环是当向心轴承之间没有布置有锁定元件时强制设置的。
[0020] 在另一有利设计方案中，锁定元件作为整体由聚合物塑料制成，或其一部分由聚 合物塑料制成，尤其由具有或不具有玻璃纤维成分的聚酰胺PA66制成。聚合物塑料可以是 玻璃纤维增强的。
[0021] 聚合物塑料的优点是，载体元件可以实施为注塑件，从而使其可轴向脱模 (entformen)且可以廉价制造。
[0022] 由聚合物塑料制成的该设计方案的优点是，塑料的、尤其是聚酰胺的轻型结构特 性。常见的轴锁定机构通常由金属制成。轴例如同样由金属制成，尤其由钢制成。与传统的 轴锁定机构相比，聚合物塑料锁定元件的轻型结构特性导致锁定元件的重量与轴相比可忽 略不计。此外，由聚合物塑料制成的锁定元件比例如是金属的锁定元件更有利地制成。
[0023] 在另一有利设计方案中，锁定元件的每个部分都具有尤其是设计为环形凸缘的至 少一个止挡，测量值发送器可以轴向贴靠在该止挡上。通过这种尤其是形式为环形凸缘的 轴向止挡，测量值发送器可以相对于锁定元件不会轴向滑脱地紧固。
[0024] 在另一有利设计方案中，锁定元件空心柱体式地实施，并且至少在部分区域内同 轴地环绕轴并且抗相对转动地(drehfest)安置在轴上。测量值发送器可以在锁定元件的两 个部分之间通过面式(fiaehig)抵靠到两个部分上而在轴向方向上夹紧。
[0025] 由此得到的优点是，从夹紧部的两侧无间隙地夹紧的测量值发送器在实际中沿轴 向保持，并且通过该夹紧而抗相对转动地与锁定元件联接。如果锁定元件如前述那样抗相 对转动地安置在轴上，则被无间隙地夹紧的测量值发送器相对于锁定元件而且还相对于轴 都抗相对转动地联接，并且在按规定使用的情况下不会在周向侧发生扭转。即使测量值发 送器与轴之间留有环形的中间空间，该优点也存在。
[0026] 测量值发送器可以居中地安置在两个锁定元件之间，由此有利地可以使用两个结 构相同的锁定元件。
[0027] 本发明还涉及一种自行车，例如电动自行车，尤其是电助力脚踏车，其具有自行车 中轴总成和根据本发明的轴，其中，测量值发送器被实施成用于传输轴的运动状态。运动状 态例如是轴转速。自行车中轴总成具有用于接收运动状态的、与测量值发送器非接触且沿 径向越过气隙而协同作用的传感器，传感器与测量值发送器径向对齐。
[0028] 通过根据本发明的轴在该自行车的自行车中轴总成内的布置可以实现的是，尤其 可以传输和评估轴的轴转速。
[0029] 通过径向对齐实现的是，测量值发送器和传感器始终沿径向方向协同作用，并且 有利地防止了由于测量值发送器相对于传感器发生轴向的移动而可能会丢失关于轴运动 状态的信息。
【附图说明】
[0030] 以下参照附图详细阐述本发明的一些实施例。其中：
[0031] 图1以示意性全剖图示出具有两件式的锁定元件的自行车中轴总成；
[0032] 图2以全剖图示出自行车中轴总成的以图1所示的自行车中轴总成为依据的实施 例；
[0033] 图3以全剖图示出图2的两件式的锁定元件的其中一部分；
[0034] 图4以立体图示出图3的两件式的锁定元件的其中一部分。
【具体实施方式】
[0035] 图1以示意性全剖图示出具有两件式的锁定元件7的自行车中轴总成2,具体如下：
[0036] 自行车中轴总成2具有轴1，该轴具有两个彼此轴向间隔开的向心轴承3、4。轴1具 有两个轴端部A、B、外周侧13、外周侧直径D13和旋转轴线Rl。在轴端部A、B之间得到中间区 域11，该中间区域被两个向心轴承3、4限制。在轴上轴向地在向心轴承3、4之间布置有由两 个部分7a和7b构成的锁定元件7。锁定元件7具有内周侧12和用于容纳测量值发送器9的机 构8。用于容纳的机构8包括轴向止挡10,该轴向止挡分别环形地围绕部分7a、7b的环形的外 轮廓延伸。轴向地在锁定元件的两个部分7a、7b之间紧固有形式为编码环的测量值发送器 9。编码环沿其周边包括具有交替磁极性的节段。编码环按照磁性工作原理地工作，具体如 下:通过编码环与径向直接相邻且通过气隙L间隔开的霍尔传感器S的协同作用，在气隙L内 检测磁场的周期性的变化，这种变化通过节段式交替的北极性和南极性得到。该变化与轴I 的转速成比例并且可以在数据技术方面进行传送和处理。在部分7a、7b的轴向端部侧构造 有环形榫头14、15。部分7a的开口直径D14相对于部分7a的内周侧12的内直径D12(参见图3) 缩小。与部分7a结构相同的部分7b的开口直径D15相对于内周侧12的内直径D12同样缩小。 这两个部分7a和7b通过环形榫头14、15与轴1的形状锁合锁定以防轴向的移动A10。为此目 的，在轴1内相对向心轴承3、4轴向相邻地加工出两个环形凹槽5、6。这些环形凹槽5、6在形 状锁合的情况下在周向侧被环形榫头14、15填满。这些环形榫头加工到锁定元件7的部分 7a、7b中并且接合到环形凹槽5、6中。因此，使锁定元件7的两个部分7a、7b相对于轴1不会轴 向滑动地安置。编码环以如下方式匹配到部分7a、7b之间，即，使编码环相对于轴不会轴向 滑动地锁定。
[0037] 第一向心轴承3可以直接在部分7b的端侧上支撑或面式地抵靠（图1未示出），并且 第二向心轴承4可以直接在相背的部分7a的端侧上支撑或面式地抵靠(图1未示出）。
[0038] 图2以全剖图示出自行车中轴总成的以图1中所示自行车中轴总成为依据的实施 例。相同附图标记如图1标示相同元件。
[0039] 轴1在此也是自行车中轴总成2的芯元件，该轴在符合规定的运行中围绕旋转轴线 Rl旋转。轴1具有两个轴端部A、B。在轴端部之间提供有中间区域11，该中间区域被两个轴向 间隔开的形式为球轴承的向心轴承3、4限界。在向心轴承3、4之间布置有由两个部分7a、7b 形成的锁定元件7,其中，这些部分7a、7b结构相同地实施。形式为编码环的测量值发送器9 重新布置，尤其是轴向夹紧在结构相同的部分7a、7b之间并且由于该夹紧被锁定以防可能 的轴向的移动A10。
[0040] 编码环环形地构成并且沿周向侧环绕轴1。与图1相比，在图2中，编码环通过薄壁 的材料连接片与轴1径向间隔开，该材料连接片径向地在编码环下方由两个部分7a、7b构 成。在材料连接片的端部之间构成细微的空隙。两个部分7a、7b作为注塑件由塑料制成并且 空心柱体式地实施，从而使它们可以环形地包围轴1并环形地机械接触轴1。在此，前述的材 料连接片被实施为空心柱体的部分7a、7b的壁厚度的变薄部。这两个部分7a、7b具有相同的 内周侧12并且在它们的空心柱体的形状的轴向端部上分别具有环形榫头14、15。内周侧12 的内直径D12分别与轴1的外直径D13相协调，从而在装配自行车中轴总成2期间使得锁定元 件的部分7a、7b可以沿轴向推装到轴1上，而另一方面在按规定使用自行车中轴总成2期间 使得部分7a、7b无法相对于轴1进行扭转。
[0041 ]图3以全剖图示出图2的两件式的锁定元件7的部分7a。如图2中的相同附图标记标 示相同元件。
[0042] 如图1和图2所示，部分7a具有的用于容纳测量值发送器(未示出）的机构8。该用于 容纳的机构8包括轴向止挡10,轴向止挡环形地围绕部分7a的环形的外轮廓延伸。在部分7a 的轴向端部侧构成环形榫头14。部分7a的开口直径D14在该轴向端部上相对于部分7a的内 周侧12的内直径D12缩小。通过直径的这种缩小确保了环形榫头14与轴1(未示出）的形状锁 合。
[0043] 图4同图3-样现在以立体图示出了图3的两件式的锁定元件7的部分7a。
[0044] 在轴向端部侧构成多个形状相同的弹簧舌片16。在此示例性画出了六个弹簧舌片 16。这些弹簧舌片16通过如下方式支持环形榫头14与轴1的形状锁合，即，这些弹簧舌片允 许部分7a沿径向方向略微弹性的端部侧的变形。
[0045] 附图标记列表
[0046] 1 轴
[0047] 2 自行车中轴总成
[0048] 3 向心轴承(例如球轴承）
[0049] 4 向心轴承(例如球轴承）
[0050] 5 环形凹槽
[0051 ] 6 环形凹槽
[0052] 7a 锁定元件部分
[0053] 7b 锁定元件部分
[0054] 7 锁定元件
[0055] 8 用于容纳的机构
[0056] 9 测量值发送器(例如编码环）
[0057] 1〇 止挡
[0058] 11 中间区域
[0059] 12 内周侧
[0060] 13 外周侧
[0061 ] 14 环形榫头
[0062] 15 环形榫头
[0063] 16 弹簧舌片
[0064] Dl 2 内直径
[0065] Dl 3 外直径
[0066] D14 开 口直径
[0067] Dl 5 开 口直径
[0068] AlO (轴向的）移动
[0069] Rl 旋转轴线
[0070] S 传感器
[0071] A 轴端部
[0072] B 轴端部
[0073] L 气隙
【主权项】
1. 一种用于自行车中轴总成(2)的轴（I)，所述自行车中轴总成具有两个彼此轴向间隔 开的、用于支承所述轴(1)的向心轴承(3、4)， 其特征在于具有 -在所述轴（1)上轴向布置在所述向心轴承(3、4)之间的锁定元件(7 )，所述锁定元件包 括至少两个部分(7a、7b)， -布置在所述锁定元件(7)上的测量值发送器(9)， -其中，两个部分(7a、7b)分别通过至少一个形状锁合部与所述轴（1)锁定以防轴向的 移动(AlO)并且以如下方式与所述轴(1)联接，即， 使所述测量值发送器(9)在轴向方向上布置在所述两个部分(7a、7b)之间，并且所述测 量值发送器的轴向位置通过所述两个部分(7a、7b)来限制。2. 根据权利要求1所述的轴（1)， -其中，所述轴（1)分别与其中一个所述向心轴承(3、4)轴向相邻地具有各一个环形凹 槽(5、6)，并且 -其中，所述锁定元件(7)的两个部分(7a、7b)各具有至少一个环形榫头（14、15)，所述 至少一个环形榫头分别形状锁合地与各一个环形凹槽(5、6)接合。3. 根据权利要求1或2所述的轴（1)， 其中，第一向心轴承(3)贴靠在所述锁定元件(7)的第一部分(7b)的第一端侧上，而第 二向心轴承(4)贴靠在所述锁定元件(7)的第二部分(7a)的与所述第一端侧相背的第二端 侦让。4. 根据前述权利要求中至少一项所述的轴（1)， 其中，所述锁定元件(7)由聚酰胺来实施，例如由具有玻璃纤维成分的聚酰胺来实施。5. 根据前述权利要求中至少一项所述的轴（1)， 其中，所述锁定元件(7)的每个部分(7a，7b)都具有至少一个止挡（10)，所述测量值发 送器(9)轴向贴靠在所述至少一个止挡上。6. 根据前述权利要求中至少一项所述的轴（1)， 其中，所述锁定元件(7)空心柱体式地实施，同轴地至少部分地环绕所述轴（1)并且抗 相对转动地安置在所述轴（1)上，并且所述测量值发送器(9)在所述锁定元件(7)的两个部 分(7a、7b)之间通过面式抵靠到所述两个部分(7a、7b)上而在轴向方向上被夹紧。7. -种自行车，例如电动自行车，特别是电助力脚踏车，所述自行车具有自行车中轴总 成(2)和根据前述权利要求中任一项的轴（1)，其中，测量值发送器(9)被实施成用于传输所 述轴（1)的运动状态，所述自行车中轴总成(2)具有用于接收运动状态的、与所述测量值发 送器(9)非接触且沿径向越过气隙(L)协同作用的传感器(S)，并且所述传感器(S)与所述测 量值发送器(9)径向对齐。
【文档编号】B62M3/00GK105934387SQ201580005707
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年1月27日
【发明人】赫尔曼·拉贝尔, 克里斯蒂安·努依丝, 约尔格·鲍尔, 马丁·舍普洛赫尔
【申请人】舍弗勒技术股份两合公司