CH702990A1

CH702990A1 - Device and method for measuring a force for exposure to a bicycle pedal axle.

Info

Publication number: CH702990A1
Application number: CH00590/10A
Authority: CH
Inventors: Herbert Baechler
Original assignee: Bmc Trading Ag
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-10-31

Abstract

The force measuring device has a bicycle pedal axle (1), which has a measuring channel, in or at which a marking is attached or represented at a position. An image sensor (3) is arranged for detecting the marking at another position. An evaluation unit is operatively connected with the image sensor and is configured for processing graphic data. An independent claim is also included for a method for measuring force application on a bicycle pedal axle.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung einer Krafteinwirkung auf eine Fahrradpedalachse. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung der Vorrichtung zur Ermittlung und Visualisierung eines Tretkraftverlaufs an einem Fahrradpedal. The present invention relates to a device and a method for measuring a force on a bicycle pedal axis. Furthermore, the invention relates to a use of the device for determining and visualizing a pedaling force on a bicycle pedal.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Zunehmend findet man im Sport Anwendungen, wo Kraft- respektive Leistungsmessungen (die neben einer Kraftmessung zusätzlich z.B. eine Geschwindigkeitsmessung erfordern) zum Einsatz kommen. So hat beispielsweise die Leistungsmessung im Radsport eine grosse Bedeutung erlangt, und sowohl Hobby- wie auch Profi-Athleten verwenden systematisch entsprechende Messsysteme beim Training und zum Teil auch während Wettkämpfen. Mittlerweile haben Trainingsvorgaben basierend auf der zu erbringenden physikalischen Leistung solche, die auf dem Einhalten der Pulsfrequenz in bestimmten Bereichen basieren, weitgehend abgelöst. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass bei genau bekannter erbrachter physikalischer Leistung direkt der Kalorienverbrauch berechnet werden kann, welcher bisher meist indirekt und mit Hilfe von Faustformeln grob abgeschätzt wurde. Des Weiteren besteht der Wunsch nach Kraftmesssystemen, welche in der Lage sind, die von jedem Bein separat ausgeübte Kraft zu bestimmen, damit beispielweise einseitige Belastungen erkannt werden können oder zur Unterstützung bei der Einübung/Einhaltung eines «runden» Tritts. Increasingly, in sports, applications are found where force or power measurements (which in addition require a speed measurement in addition to a force measurement) are used. For example, the performance measurement in cycling has become very important, and both amateur and professional athletes systematically use appropriate measurement systems during training and sometimes during competitions. Meanwhile, training goals based on the physical performance to be provided have largely superseded those based on maintaining the pulse rate in particular ranges. This has the advantage, among other things, that the calorie consumption can be calculated directly in the case of precisely known physical performance, which has hitherto been estimated roughly indirectly and with the aid of rule of thumb. Furthermore, there is a desire for force measuring systems which are capable of determining the force exerted separately by each leg, for example to detect one-sided loads or to aid in practicing / maintaining a "round" kick.

[0003] Im Zusammenhang mit der Kraftmessung am Fahrrad existieren bereits verschiedene Lösungen. In connection with the force measurement on the bicycle already exist different solutions.

[0004] Die DE 3 722 728 C1 offenbart eine Vorrichtung, die Tretkräfte am Tretlager mittels Verformung eines geeigneten Biegeelements auf dem Dehnmessstreifen angebracht sind, erfasst. Der Bereich des Tretlagers dient hier als Summierstelle für die Krafteinwirkung von linker und rechter Tretkurbel, so dass immer nur die von beiden Beinen zusammen erbrachte Leistung ermittelt werden kann. Mit dieser Lösung gibt es somit keine Möglichkeit, den Tretzyklus bzgl. des Beitrags der einzelnen Beine zu analysieren. DE 3 722 728 C1 discloses a device, the treading forces on the bottom bracket by means of deformation of a suitable bending element are mounted on the strain gauge detected. The area of the bottom bracket serves as a summation point for the force of the left and right crank, so that only the combined power of both legs can be determined. With this solution, there is thus no way to analyze the cycle in terms of the contribution of each leg.

[0005] Aus der US 2007/0 170 688 A1 ist weiter ein System zur Überwachung, Analyse und Anzeige der vom Fahrradfahrer während der Fahrt aufgebrachten Kraft bekannt. Dazu ist eine Messnabe im Hinterrad vorgesehen, bei der das am Zahnkranz entstehende Moment aus der Kettenzugkraft über eine Hülse im Inneren des Nabenkorpus erst auf der anderen Nabenseite ausgeleitet wird. Das durchgeleitete Torsionsmoment verformt die Hülse und wird per Dehnmessstreifen ausgewertet. Auf diese Art wird wiederum nur die Summe der von beiden Beinen zusammen erbrachten Leistung ermittelt, und eine Auswertung des Beitrags von jedem Bein einzeln ist nicht möglich. From US 2007/0 170 688 A1 a system for monitoring, analysis and display of the force applied by the cyclist while driving force is also known. For this purpose, a measuring hub is provided in the rear wheel, in which the torque generated at the sprocket from the chain tension is discharged through a sleeve in the interior of the hub body only on the other hub side. The transmitted torsional moment deforms the sleeve and is evaluated by strain gauges. In this way again only the sum of the power delivered by both legs is determined, and an evaluation of the contribution of each leg individually is not possible.

[0006] Weiter ist aus EP 0 909 940 A2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Leistung und zur Messung der Zugkraft und der Schwingungsfrequenz einer schwingenden Kette, wie z.B. einer Fahrradkette, bekannt. Hier wird vom bekannten Prinzip der Saitenschwingung Gebrauch gemacht, wonach die Periodendauer der Schwingung einer gespannten Saite (hier die Fahrradkette) von deren Spannkraft (hier die Zugkraft) abhängt. Nachteil dieser Lösung ist ebenfalls, dass die Summe der von beiden Beinen zusammen erbrachten Leistung ermittelt wird, und eine Auswertung des separaten Beitrags von jedem Bein auch nicht möglich ist. Further, from EP 0 909 940 A2 a method and a device for measuring the power and for measuring the tensile force and the oscillation frequency of a vibrating chain, e.g. a bicycle chain known. Here, use is made of the known principle of string vibration, according to which the period of the oscillation of a tensioned string (here the bicycle chain) depends on its tension (here the tensile force). Disadvantage of this solution is also that the sum of the two performed together power is determined, and an evaluation of the separate contribution of each leg is also not possible.

[0007] Ferner offenbart die EP 0 954 746 B1 ein Verfahren zur Bestimmung des auf einen um eine Drehachse drehbar antreibbaren Rotationskörper, insbesondere auf die Tretlagerwelle eines Fahrrades, ausgeübten Drehmoments. Dabei wird ein als Messeinheit ausgeführtes Tretlager verwendet, wobei die an der Tretlagerwelle durch das Treten verursachte Torsion mittels zweier Rasterscheiben optoelektronisch erfasst wird. Furthermore, EP 0 954 746 B1 discloses a method for determining the rotational body which can be driven rotatably about an axis of rotation, in particular the torque bearing shaft of a bicycle. In this case, a bottom bracket designed as a measuring unit is used, wherein the torsion on the bottom bracket caused by pedaling is detected opto-electronically by means of two louvres.

[0008] Des Weiteren sind aus der US 7 377 180 B2 und der US 7 387 029 B2 Messsysteme bekannt, die nicht die aufgebrachten Kräfte messen, sondern die zu überwindenden Fahrwiderstände, welche nach dem dritten Newtonschen Axiom entgegengesetzt gleich gross sein müssen. Die Einzel-Fahrwiderstände aus Steigung, Massenträgheit, Roll- und Luftwiderstand werden dazu mit Hilfe entsprechender Sensoren ermittelt. Nachteil dieses Messsystems ist, dass sich hier wiederum lediglich die Gesamtleistung ermitteln lässt und eine Aufteilung in Informationen über den separaten Beitrag des linken und rechten Beines nicht möglich ist. Furthermore, measuring systems are known from US Pat. Nos. 7,377,180 B2 and US Pat. No. 7,387,029 B2, which do not measure the forces applied, but the driving resistances to be overcome, which, according to the third Newtonian axiom, must be of equal magnitude. The individual driving resistances of inclination, inertia, rolling and air resistance are determined with the help of appropriate sensors. Disadvantage of this measuring system is that here again only the overall performance can be determined and a breakdown in information about the separate contribution of the left and right leg is not possible.

[0009] Des Weiteren offenbart die DE 4 435 174 C2 eine Vorrichtung zur Messung der Kraft und Leistung an einer Tretkurbel, insbesondere der eines Fahrrades. Bei diesem Messsystem werden die Kräfte mit Dehnmessstreifen erfasst, wobei durch eine versetzte Anordnung von mehreren Dehnmessstreifen eine Zerlegung in radial und tangential auf die Kurbel wirkende Kraftkomponenten möglich ist. Dadurch erlaubt diese Lösung ein getrenntes Bestimmen der Krafteinwirkung auf das linke und das rechte Pedal. Furthermore, DE 4 435 174 C2 discloses a device for measuring the force and power on a pedal, in particular of a bicycle. In this measuring system, the forces are detected with strain gauges, whereby a decomposition of several strain gauges a decomposition in radially and tangentially acting on the crank force components is possible. Thus, this solution allows a separate determination of the force on the left and the right pedal.

[0010] Ferner wird in der DE 20 2009 001 463 U1 eine Vorrichtung zur Messung der Kraft an einer Kurbel beschrieben, bei welcher die Kraft durch die Messung der Verformung eines Verformungskörpers, der innerhalb eines Pedalkorpus auf einer Pedalachse drehbar gelagert ist, ermittelt. Dazu sind vier Paare einander zugeordneter Dehnmessstreifen auf dem Verformungskörper in unterschiedlichem Winkel angeordnet. Mit dieser Vorrichtung lässt sich ebenfalls die Kraftverteilung für beide Beine getrennt ermitteln. Furthermore, DE 20 2009 001 463 U1 describes a device for measuring the force on a crank, in which the force is determined by measuring the deformation of a deformation body that is rotatably mounted within a pedal body on a pedal axle. For this purpose, four pairs of mutually associated strain gauges are arranged on the deformation body at different angles. With this device can also determine the force distribution for both legs separately.

[0011] Die meisten dieser bekannten Messsysteme verwenden Dehnmessstreifen, um die Krafteinwirkung zu bestimmen. Diese Art der Kraftmessung verlangt wiederholt langwierige Kalibierprozeduren, um eine gute Präzision der Messresultate zu garantieren. Damit die Krafteinwirkung nicht nur betragsmässig (Stärke), sondern auch vektoriell (Stärke und Richtung) bestimmt werden kann, müssen Dehnmessstreifen räumlich angeordnet und entsprechend ausgewertet werden. Die zugrundeliegende Komplexität eines solchen Kraftmesssystems ist damit erheblich, was sich negative auf die Herstellung sowie die Montage und damit auch auf die Kosten auswirkt. Dasselbe gilt noch in erhöhtem Masse für Lösungen, welche die Kraftmessung basierend auf dem Schwingsaiten-Prinzip durchführen. Gleiches trifft ebenso zu für die Kraftbestimmung durch Messen der Gegenkräfte, z.B. der zu überwindenden Fahrwiderstände. Das oben erwähnte Verfahren zur Bestimmung eines Drehmoments durch Messen der Torsion mittels optischer Abtastung von Rasterscheiben hat den Nachteil, dass Schmutz und Umgebungslicht die optische Abtastung beeinträchtigen können. Most of these known measuring systems use strain gauges to determine the force. This type of force measurement repeatedly requires lengthy calibration procedures to guarantee a good precision of the measurement results. So that the force can be determined not only in terms of magnitude (strength), but also vectorial (strength and direction), strain gauges must be spatially arranged and evaluated accordingly. The underlying complexity of such a force measuring system is therefore significant, which has a negative effect on the production and assembly and thus on the costs. The same is true even more so for solutions that perform the force measurement based on the vibrating string principle. The same applies to the determination of force by measuring the opposing forces, e.g. the driving resistance to be overcome. The above-mentioned method for determining a torque by measuring the torsion by means of optical scanning of raster disks has the disadvantage that dirt and ambient light can affect the optical scanning.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

[0012] Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Vorrichtung zur Messung einer Krafteinwirkung auf eine Fahrradpedalachse bereitzustellen sowie ein Verfahren zur Messung einer Krafteinwirkung auf eine Fahrradpedalachse zu schaffen. Die erfindungsgemässe Lösung soll zudem möglichst einfach zu kalibrieren, kostengünstig und leicht zu montieren sein sowie zuverlässig operieren auch unter schwierigen, sich ändernden Umgebungsbedingungen (z.B. bei Verschmutzung, Temperaturschwankungen, Alterung, etc.). The object of the present invention is to provide an alternative device for measuring a force on a bicycle pedal axle and to provide a method for measuring a force on a bicycle pedal axis. In addition, the solution according to the invention should be as simple as possible to calibrate, inexpensive and easy to assemble and operate reliably even under difficult, changing environmental conditions (for example in the case of pollution, temperature fluctuations, aging, etc.).

[0013] Erfindungsgemäss wird eine Kraftmessvorrichtung umfassend eine Fahrradpedalachse, die im Innern einen Messkanal aufweist, in oder an dem an einer ersten Position eine Markierung angebracht bzw. darstellt ist und an einer zweiten Position ein Bildsensor zum Erfassen der Markierung angeordnet ist, und weiter umfassend eine Auswerteeinheit, die mit dem Bildsensor wirkverbunden und zur Verarbeitung von Bilddaten konfiguriert ist, bereitgestellt. According to the invention, a force measuring device comprising a Fahrradpedalachse having a measuring channel inside, in or on which at a first position a mark is attached or represents and is arranged at a second position, an image sensor for detecting the mark, and further comprising an evaluation unit, which is operatively connected to the image sensor and configured to process image data provided.

[0014] Ein Radrennfahrer erzeugt typischerweise Tretkräfte im Bereich von 350 bis 600 N auf dem Sattel sitzend und im Bereich 900 bis 2500 N auf den Pedalen stehend mit Spitzen bis zu 3000 N beim Sprinten. Die Belastung einer Fahrradpedalachse, die einseitig an einer Tretkurbel befestigt ist und auf der das Pedal drehbar gelagert ist, durch solche Kräfte führen zu einer Verbiegung der Fahrradpedalachse. Die vorliegende Erfindung macht von der Tatsache Gebrauch, dass bei einer elastischen Verbiegung einer Fahrradpedalachse die Auslenkung proportional zur einwirkenden Kraft ist. Die einwirkende Kraft wird daher durch Messen der resultierenden Verbiegung bestimmt, wobei dies erfindungsgemäss durch optische Mittel erfolgt. A cyclist typically produces treading forces in the range of 350 to 600 N sitting on the saddle and standing in the range 900 to 2500 N on the pedals with peaks up to 3000 N when sprinting. The burden of a bicycle pedal axle, which is attached to one side of a pedal crank and on which the pedal is rotatably supported, by such forces lead to a bending of the bicycle pedal axis. The present invention makes use of the fact that in the case of an elastic deflection of a bicycle pedal axis the deflection is proportional to the acting force. The acting force is therefore determined by measuring the resulting deflection, which is done according to the invention by optical means.

[0015] Das optische Ermitteln der Verbiegung in einem Messkanal, der sich im Innern der Fahrradpedalachse befindet mittels eines Bildsensors und einer Markierung hat den Vorteil, dass die Lichtverhältnisse kontrollierbar sind und damit die Erfassung von optischen Informationen frei von äusseren Lichtstörungen durchgeführt werden kann. Zudem können die Messmittel, also der Bildsensor und die Markierung, im Messkanal untergebracht sein und so von anderen äusseren Einflüssen, wie z.B. Schmutz oder Feuchtigkeit, und vor Beschädigung geschützt werden. Durch das Unterbringen der Messmittel im Innern des Messobjekts, also der Fahrradpedalachse, wird auch kein zusätzlicher Platz zur Anordnung der Messmittel um das Messobjekt herum benötigt, was allenfalls den Betrieb des Messobjekts beeinträchtigen könnte. Da die optische Erfassung berührungslos erfolgt, ist es allerdings auch möglich den Bildsensor vom Messobjekt abgesetzt anzuordnen, wobei dann allerdings sichergestellt werden muss, dass eine gute optische Verbindung zwischen der Markierung und dem Bildsensor besteht. The optical determination of the bending in a measuring channel, which is located in the interior of the bicycle pedal axis by means of an image sensor and a marker has the advantage that the lighting conditions are controllable and thus the detection of optical information can be performed free of external light interference. In addition, the measuring means, ie the image sensor and the marking, can be accommodated in the measuring channel and can thus be separated from other external influences, such as e.g. Dirt or moisture, and protected from damage. By accommodating the measuring means in the interior of the measurement object, ie the bicycle pedal axis, no additional space is required for arranging the measuring means around the measurement object, which could possibly impair the operation of the measurement object. However, since the optical detection takes place without contact, it is also possible to arrange the image sensor remote from the measurement object, in which case, however, it must be ensured that there is a good optical connection between the marking and the image sensor.

[0016] Zum Erfassen der Markierung wird ein Bildsensor, wie z.B. ein CCD- oder CMOS-Sensor, eingesetzt. Solche Bildsensoren sind mittlerweile ein billiges Massenprodukt und werden millionenfach z.B. in Digitalkameras, wie sie schon fast in jedem Mobiltelefon zu finden sind, und in optischen Zeigegeräten wie Computermäusen eingesetzt. For detecting the mark, an image sensor such as e.g. a CCD or CMOS sensor. Such image sensors are now a cheap mass product and millions of times, for example. in digital cameras, as they can almost be found in every mobile phone, and used in optical pointing devices such as computer mice.

[0017] Weitere erfindungsgemässe Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 8. Further embodiments of the invention will become apparent from the features of claims 2 to 8.

[0018] In verschiedenen Ausführungsformen der Kraftmessvorrichtung gemäss der Erfindung umfasst die Markierung beispielsweise jeweils mindestens eines der folgenden Elemente: ein oder mehrere Lichtpunkte und/oder ein oder mehrere Lichtmuster; ein oder mehrere Muster und/oder eine oder mehrere Skalen; ein Schattenwurf oder ein Specklemuster.In various embodiments of the force measuring device according to the invention, the marking comprises, for example, at least one of the following elements: one or more points of light and / or one or more patterns of light; one or more patterns and / or one or more scales; a shadow or a speckle pattern.

[0019] In verschiedenen Ausführungsformen der Kraftmessvorrichtung gemäss der Erfindung umfasst die Kraftmessvorrichtung zur Erzeugung bzw. zur Beleuchtung der Markierung zusätzlich beispielsweise jeweils mindestens eines der folgenden Mittel: eine oder mehrere Lichtquellen an der ersten Position geeignet zur Erzeugung eines oder mehrerer Lichtpunkte und/oder eines oder mehrerer Lichtmuster; eine oder mehrere Lichtquellen einer dritten Position geeignet zur Erzeugung eines oder mehrerer Lichtpunkte und/oder eines oder mehrerer Lichtmuster, und ein Reflektionsmittel an der ersten Position geeignet zum Zurückwerfen von Licht aus Richtung der dritten Position zurück in Richtung der zweiten Position; ein oder mehrere Lichteinlässe in der Fahrradpedalachse zum Einlassen bzw. Einkoppeln von Licht von ausserhalb in- den Messkanal an der ersten Position; Mittel zum Projizieren eines oder mehrerer Lichtpunkte und/oder eines oder mehrerer Lichtmuster auf eine Oberfläche im Innern des Messkanals an der ersten Position; eine oder mehrere Beleuchtungsquellen geeignet zum Beleuchten eines oder mehrerer Muster und/oder einer oder mehrerer Skalen an der ersten Position; eine Lichtquelle geeignet zur Erzeugung eines Schattenwurfs oder eines Speckle-Effektes an der ersten Position durch Beleuchten einer Oberflächenstruktur des Messkanal.In various embodiments of the force measuring device according to the invention, the force measuring device for generating or for illuminating the marking additionally comprises, for example, in each case at least one of the following means: one or more light sources at the first position suitable for generating one or more light spots and / or one or more light patterns; one or more light sources of a third position suitable for generating one or more light spots and / or one or more light patterns, and reflecting means at the first position suitable for reflecting light back from the third position towards the second position; one or more light inlets in the bicycle pedal axis for inputting or coupling light from outside the measurement channel at the first position; Means for projecting one or more spots of light and / or one or more patterns of light onto a surface in the interior of the measuring channel at the first position; one or more sources of illumination suitable for illuminating one or more patterns and / or one or more scales at the first position; a light source suitable for generating a shadow or a speckle effect at the first position by illuminating a surface structure of the measuring channel.

[0020] Die eine oder mehreren Lichtquellen werden derart an der ersten Position im Messkanal angeordnet, dass sie vom Bildsensor an der zweiten Position je nach Verbiegung des Messkanals als Folge einer Krafteinwirkung unterschiedlich erfasst werden. The one or more light sources are arranged at the first position in the measuring channel that they are detected differently by the image sensor at the second position depending on the deflection of the measuring channel as a result of a force.

[0021] Anstatt die eine oder mehreren Lichtquellen an der ersten Position anzuordnen, können sie auch an einer dritten Position, z.B. im Bereich des Bildsensors, angeordnet werden, wobei dann die Markierung durch ein Reflektionsmittel, wie z.B. ein Spiegel oder Prisma, an der ersten Position erzeugt wird. Eine Verbiegung des Messkanals führt auch zu einer Auslenkung des Reflektionsmittels, so dass sich die Position des Abbilds der Markierung auf dem Bildsensor verschiebt. Dies hat den Vorteil, dass der Bildsensor und die Lichtquelle(n) an einer zentralen Stelle untergebracht werden können, so dass z.B. keine Verkabelung oder Stromversorgung der ersten Position nötig ist. Instead of disposing the one or more light sources at the first position, they may also be located at a third position, e.g. in the region of the image sensor, in which case the marking is detected by a reflection means, e.g. a mirror or prism is created at the first position. A bending of the measuring channel also leads to a deflection of the reflecting means, so that the position of the image of the marking on the image sensor shifts. This has the advantage that the image sensor and the light source (s) can be accommodated at a central location, so that e.g. No cabling or power supply of the first position is needed.

[0022] Statt Lichtquellen anzuordnen, kann alternativ Licht von ausserhalb der Fahrradpedalachse, z.B. Sonnenlicht, durch geeignet angebrachte und ausgestaltete Lichteinlässe in den Messkanal hineingelassen bzw. eingekoppelt werden. Alternatively, instead of arranging light sources, light from outside the bicycle pedal axis, e.g. Sunlight, let by suitably mounted and designed light inlets into the measuring channel or coupled.

[0023] Um keine Lichtquellen anordnen oder Lichteinlässe anbringen zu müssen, können z.B. mehrere Lichtmuster auf eine Oberfläche des Messkanals von einer zentralen Stelle aus auf die Oberfläche des Messkanals projiziert werden. Dies hat weiter den Vorteil, dass z.B. die Projektionsmittel wählbar verschiedene oder adjustierbare Lichtmuster erzeugen können. In order to dispose of light sources or to mount light inlets, e.g. several light patterns are projected onto a surface of the measurement channel from a central location on the surface of the measurement channel. This further has the advantage that e.g. the projection means selectable to produce different or adjustable light patterns.

[0024] Alternativ kann es einfacher und kostengünstiger sein ein oder mehrere Muster und/oder eine oder mehrere Skalen im Messkanal anzubringen, welche dann mittels einer Beleuchtungsquelle beleuchtet werden. Dabei können die Muster oder Skalen auch lumineszierende Stoffe aufweisen, so dass das Beleuchten ein Nachleuchten der Muster oder Skalen zur Folge hat. Alternatively, it may be easier and cheaper to apply one or more patterns and / or one or more scales in the measurement channel, which are then illuminated by a source of illumination. In this case, the patterns or scales can also have luminescent substances, so that the illumination results in an afterglow of the patterns or scales.

[0025] Damit im Messkanal keine Markierung angebracht oder erzeugt werden muss, kann eine im Messkanal vorliegende Oberflächenstruktur durch geeignete Beleuchtung genutzt werden, um einen für den Bildsensor erfassbaren Effekt zu erzeugen, wie beispielsweise ein- Schattenwurf oder ein Speckle-Effekt. So that no mark must be attached or generated in the measuring channel, a present in the measuring channel surface structure can be used by appropriate lighting to produce a detectable for the image sensor effect, such as one-shadow or a speckle effect.

[0026] In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung können die Messmittel, d.h. der Bildsensor sowie die Markierung respektive die Mittel zur Erzeugung oder Beleuchtung der Markierung, in einem flexible Gehäuse angeordnet sein, wobei das flexible Gehäuse geeignet ausgestaltet ist zur form- und/oder kraftschlüssigen Anordnung im Messkanal. So werden die Messmittel gemäss der Erfindung als ein separates, einbaubares Modul bereitgestellt, welches in einen entsprechenden Messkanal eines Messobjekts, insbesondere einer Fahrradpedalachse-, eingeführt werden kann. Dabei sollte das Gehäuse geeignet geformt und dimensioniert sowie flexible ausgeführt sein, dass es derart im Messkanal angeordnet werden kann, dass Krafteinwirkungen auf das Messobjekt möglichst vollständig auf das Gehäuse übertragen werden. Dies erleichtert die Herstellung und Montage der erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung. So können beispielsweise Messmittelmodule und Fahrradpedalachsen von verschiedenen Lieferanten bezogen werden. In one embodiment of the force measuring device according to the invention, the measuring means, i. the image sensor and the marking or the means for generating or illuminating the marking, be arranged in a flexible housing, wherein the flexible housing is designed to be suitable for positive and / or non-positive arrangement in the measuring channel. Thus, the measuring means according to the invention are provided as a separate, installable module, which can be introduced into a corresponding measuring channel of a test object, in particular a Fahrradpedalachse-. In this case, the housing should be suitably shaped and dimensioned and designed to be flexible in such a way that it can be arranged in the measuring channel in such a way that forces acting on the measurement object are transmitted as completely as possible to the housing. This facilitates the manufacture and assembly of the force measuring device according to the invention. For example, measuring equipment modules and bicycle pedal axles can be obtained from different suppliers.

[0027] In einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung sind der Bildsensor und Mittel zur Erzeugung bzw. zur Beleuchtung der Markierung in einem Gehäuse untergebracht, welches an einem Ende des Messkanals angeordnet ist. So werden die Messmittel gemäss der Erfindung wiederum als ein separates, ankoppelbares Modul bereitgestellt, welches an einen Ende eines Messkanals eines Messobjekts, insbesondere einer Fahrradpedalachse, angebracht werden kann. Dies erleichtert wiederum die Herstellung und Montage der erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung. Wiederum erlaubt dies beispielsweise den Bezug von Messmittelmodulen und Fahrradpedalachsen von verschiedenen Lieferanten. In a further embodiment of the inventive force measuring device of the image sensor and means for generating or for illuminating the marking are housed in a housing which is arranged at one end of the measuring channel. Thus, the measuring means according to the invention are in turn provided as a separate, couplable module, which can be attached to one end of a measuring channel of a measuring object, in particular a bicycle pedal axis. This in turn facilitates the manufacture and assembly of the force measuring device according to the invention. Again, this allows, for example, the purchase of measuring equipment modules and bicycle pedal axles from different suppliers.

[0028] Auch kann sich die Auswerteeinheit weit vom Bildsensor abgesetzt befinden und via eine drahtlose Verbindung, z.B. einer Funkverbindung oder einer Infrarotverbindung, mit diesem verbunden sein. So umfasst die erfindungsgemässe Kraftmessvorrichtung in einer weiteren Ausführungsvariante Mittel zur drahtlosen Kommunikation, z.B. nach dem ANT/ANT+, Zigbee oder Bluetooth Standard, zwischen dem Bildsensor und einem portablen Gerät, wie z.B. ein Fahrradcomputer, ein Smartphone oder ein Personal Digital Assistant, wobei das portable Gerät die Rolle der Auswerteeinheit übernehmen kann. Also, the evaluation unit can be far away from the image sensor and via a wireless connection, e.g. a radio link or an infrared connection, be connected to this. Thus, in a further embodiment variant, the force measuring device according to the invention comprises means for wireless communication, e.g. according to the ANT / ANT +, Zigbee or Bluetooth standard, between the image sensor and a portable device, e.g. a bicycle computer, a smartphone or a personal digital assistant, wherein the portable device can take over the role of the evaluation unit.

[0029] Eine solche Anordnung kann beispielsweise zur Ermittlung einer Krafteinwirkung und zur Visualisierung bzw. Anzeige einer Krafteinwirkung oder eines zeitlichen Verlaufs einer Krafteinwirkung, insbesondere eines Tretkraftverlaufs an einem Fahrradpedal bei einem Antreiben eines Fahrrads, verwendet werden. Dafür wird ein Fahrradpedal mit einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung ausgerüstet. Durch Verwendung von solchen Fahrradpedalen mit erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtungen an der linken und rechten Tretkurbel eines Fahrrads kann die beim Treten von jedem Bein separat ausgeübte Kraft bestimmt werden. Such an arrangement can be used, for example, to determine a force and to visualize or display a force or a time course of a force, in particular a pedaling force on a bicycle pedal when driving a bicycle. For a bicycle pedal is equipped with a force measuring device according to the invention. By using such bicycle pedals with force measuring devices according to the invention on the left and right cranks of a bicycle, the force exerted separately on pedaling each leg can be determined.

[0030] Bei einer weiteren Ausführungsvariante der Kraftmessvorrichtung gemäss der Erfindung ist die Auswerteeinheit geeignet zur Verarbeitung von Bilddaten, z.B. zur Erkennung der Markierung. Damit kann beispielsweise die Position und/oder die Form der Markierung ermittelt werden. In a further embodiment of the force measuring device according to the invention, the evaluation unit is suitable for processing image data, e.g. for recognizing the marking. Thus, for example, the position and / or the shape of the marking can be determined.

[0031] In einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung ist die Auswerteeinheit geeignet zur Korrelation von Bilddaten, z.B. zur Bestimmung eines Betrags und einer Richtung einer relativen Verschiebung zwischen zwei Bildern oder von korrespondierenden Markierungen in zwei Bildern. Damit kann beispielsweise eine Änderung der Verbiegung des Messkanals ermittelt werden, auf Grund derer auf eine Änderung der Krafteinwirkung geschlossen werden kann. In a further embodiment of the force measuring device according to the invention, the evaluation unit is suitable for the correlation of image data, e.g. for determining an amount and a direction of relative displacement between two images or corresponding markers in two images. Thus, for example, a change in the deflection of the measuring channel can be determined, on the basis of which it can be concluded that a change in the force.

[0032] Weiter wird erfindungsgemäss ein Verfahren zur Messung einer Krafteinwirkung auf eine Fahrradpedalachse, die im Innern einen Messkanal aufweist, in oder an dem an einer ersten Position eine Markierung angebracht bzw. darstellt ist und an einer zweiten Position ein Bildsensor zum Erfassen der Markierung angeordnet ist, vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: <tb>a)<sep>Erfassen eines ersten Referenzbildes mit dem Bildsensor währendem sich die Fahrradpedalachse in einer belastungslosen Ruhelage befindet; <tb>b)<sep>Erfassen eines zweiten Referenzbildes mit dem Bildsensor währendem die Fahrradpedalachse mit einer bekannten Referenz kraft belastet wird; <tb>c)<sep>Erfassen eines Messbildes mit dem Bildsensor währendem die Fahrradpedalachse mit einer zu messenden Kraft belastet wird; und <tb>d)<sep>Bestimmen der zu messenden Kraft mit einer zu messenden Stärke und einer zu messenden Richtung mindestens aus: - der Referenzkraft mit einer Referenzkraftstärke; - einer ersten Positionsänderung der Markierung zwischen dem ersten Referenzbild und dem zweiten Referenzbild, wobei die ersten Positionsänderung einen ersten Änderungsbetrag aufweist; und - einer zweiten Positionsänderung der Markierung zwischen dem ersten Referenzbild und dem Messbild, wobei die zweite Positionsänderung einen zweiten Änderungsbetrag und eine Änderungsrichtung aufweist.Further, according to the invention, a method for measuring a force acting on a bicycle pedal axis, which has a measuring channel inside, in or on which at a first position a mark is attached or represents and arranged at a second position, an image sensor for detecting the mark is proposed, the method comprising the steps of: <tb> a) <sep> detecting a first reference image with the image sensor while the bicycle pedal axis is in a no-load rest position; <b> <sep> detecting a second reference image with the image sensor while the bicycle pedal axis is being loaded with a known reference force; <tb> c) <sep> acquiring a measurement image with the image sensor while the bicycle pedal axis is being loaded with a force to be measured; and <tb> d) <sep> Determining the force to be measured with a strength to be measured and a direction to be measured at least from: - the reference force with a reference force; a first position change of the mark between the first reference picture and the second reference picture, the first position change having a first amount of change; and - A second change in position of the marker between the first reference image and the measurement image, the second position change having a second amount of change and a direction of change.

[0033] Die Verbiegung des Messkanals, welche durch eine Krafteinwirkung verursacht wird, führt z.B. zu einer Verschiebung, d.h. zu einer Positionsänderung, der Markierung relative zum Bildsensor. Falls die Markierung aus mehreren Elementen besteht, kann die Verschiebung einzelner dieser Elemente unterschiedlich sein, so dass das Muster bzw. die Form, welche sie zusammen bilden, verzehrt bzw. verformt wird. Weiter kann eine Verbiegung des Messkanals dazu führen, dass Elemente der Markierung nicht mehr oder nur noch teilweise erfassbar sind, z.B. wegen einer Abschattung. Dies kann eine detektierbare Helligkeits- bzw. Beleuchtungsstärkeänderung zur Folge haben. Ferner kann z.B. eine Lichtquelle eingesetzt werden, die verschiedenfarbiges Licht in unterschiedliche Raumrichtungen abstrahlt. Bei geeigneter gegenseitiger Ausrichtung des Erfassungsbereichs des Bildsensors und einer derartigen Lichtquelle, ändert sich die Farbe des vom Bildsensor erfassten Lichts in Abhängigkeit von der Verbiegung des Messkanals. The deflection of the measuring channel, which is caused by a force, leads e.g. to a shift, i. to a change in position, the mark relative to the image sensor. If the mark consists of several elements, the displacement of individual ones of these elements may be different, so that the pattern or the shape which they form together is consumed or deformed. Furthermore, a deflection of the measuring channel can lead to elements of the marking no longer or only partially detectable, e.g. because of shading. This can result in a detectable change in brightness or illumination intensity. Further, e.g. a light source can be used that emits light of different colors in different spatial directions. With suitable mutual alignment of the detection range of the image sensor and such a light source, the color of the light detected by the image sensor changes depending on the deflection of the measuring channel.

[0034] Je nach Art der zu erfassenden Änderung bzgl. der Markierung können die Anforderungen an den Bildsensor verschieden sein. Falls der Bildsensor Positions- und/oder Formänderungen der Markierung genau erfassen können soll, so muss er eine hohe Bildauflösung also eine grosse Pixelzahl aufweisen. Zur Bestimmung einer Helligkeitsänderung der Markierung wäre allenfalls ein Bildsensor mit niedriger Bildauflösung aber einem hohen Dynamikbereich bzgl. Lichtempfindlichkeit geeignet. Zur Detektion von Farbänderungen der Markierung bedarf es eines Farbbildsensors wie einem RGB- (rot/grün/blau) Bildsensor. Depending on the type of change to be detected with respect to the marking, the requirements for the image sensor may be different. If the image sensor is to be able to detect changes in position and / or shape of the mark exactly, then it must have a high image resolution, ie a large number of pixels. To determine a change in brightness of the mark would be at best an image sensor with low image resolution but a high dynamic range with respect to photosensitivity suitable. Detection of color changes of the mark requires a color image sensor such as an RGB (red / green / blue) image sensor.

[0035] In verschiedenen erfindungsgemässen Ausführungsvarianten des Verfahrens basiert das Bestimmen der zu messenden Kraft auf einer, Form-, einer Helligkeits- bzw. Beleuchtungsstärke- oder Farbänderung bzgl. der Markierung zwischen einem Referenzbild und einem Messbild. Dabei können die genannten Änderungen (inklusive Positionsänderung) für sich alleine oder in Kombination mit anderen Änderungen eingesetzt werden. In various embodiments of the method according to the invention, the determination of the force to be measured is based on a change in the shape, brightness or illuminance or color change with respect to the mark between a reference image and a measurement image. The mentioned changes (including change of position) can be used alone or in combination with other changes.

[0036] In einer bestimmten Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahren wird die zu messende Kraftstärke gleich einem Produkt aus Referenzkraftstärke und dem Verhältnis des zweiten Änderungsbetrags zum ersten Änderungsbetrag, und die zu messende Kraftrichtung gleich der Änderungsrichtung gesetzt. In a certain embodiment of the inventive method, the force to be measured is equal to a product of reference force and the ratio of the second change amount to the first change amount, and set the force direction to be measured equal to the direction of change.

[0037] Hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass bei einer elastischen Verbiegung einer Fahrradpedalachse die Auslenkung proportional zur einwirkenden Kraft senkrecht zu ihrer Längsachse ist, wobei für eine kreiszylindrische Fahrradpedalachse der Betrag der Auslenkung bei einer Belastung mit einer bestimmten Kraftstärke unabhängig von der Krafteinwirkrichtung (radial zur Längsachse) ist. Here, the fact is made use of the fact that in an elastic deflection of a Fahrradpedalachse the deflection is proportional to the acting force perpendicular to its longitudinal axis, wherein for a circular cylindrical Fahrradpedalachse the amount of deflection at a load with a certain force regardless of the direction of force (radial to the longitudinal axis).

[0038] An dieser Stelle wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass beliebige Kombinationen der zuvor erwähnten und im Folgenden noch beschriebenen Ausführungsvarianten praktikabel sind, wobei selbstverständlich diejenigen Kombinationen von Ausführungsformen ausgeschlossen sind, welche in sich Widersprüche aufweisen. At this point, it is expressly understood that any combination of the previously mentioned and described in the following embodiments are practicable, of course, those combinations of embodiments are excluded, which have contradictions in itself.

[0039] Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann offenkundig unter Berücksichtigung folgender detaillierter Beschreibung verschiedener beispielhafter Ausführungsvarianten. Other features of the present invention will become apparent to those skilled in the art from consideration of the following detailed description of various exemplary embodiments.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0040] Um ein tieferes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln, werden nachfolgend einige erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung a: ohne Krafteinwirkung und b: mit einer Krafteinwirkung; <tb>Fig. 2a<sep>einen Verschiebungsvektor eines Abbilds einer Markierung entsprechend der Änderung der Verbiegung bei einer Änderung der einwirkenden Kraft; <tb>Fig. 2b<sep>einen Tretkraftverlauf an einem Fahrradpedal während einer kompletten Tretumdrehung beim Antreiben eines Fahrrads; <tb>Fig. 3<sep>einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung; <tb>Fig. 4<sep>einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung; <tb>Fig. 5<sep>einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung; <tb>Fig. 6<sep>einen Längsschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung; <tb>Fig. 7<sep>einen Längsschnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung; <tb>Fig. 8<sep>einen Längsschnitt durch ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung; <tb>Fig. 9a<sep>einen Längsschnitt durch ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung; <tb>Fig. 9b<sep>einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Variante des achten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung; und <tb>Fig. 10<sep>ein Blockdiagramm eines neunten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung zur Bestimmung und Visualisierung eines Tretkraftverlaufs an einem Fahrrad.In order to provide a deeper understanding of the present invention, some embodiments of the invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. Show it: <Tb> FIG. FIG. 1 shows a longitudinal section through a first exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic illustration a: without force and b: with a force; FIG. <Tb> FIG. 2a <sep> a displacement vector of an image of a mark corresponding to the change of the bending upon a change of the applied force; <Tb> FIG. 2b <sep> a pedaling force on a bicycle pedal during a complete pedal rotation when driving a bicycle; <Tb> FIG. 3 shows a longitudinal section through a second exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic representation; <Tb> FIG. 4 shows a longitudinal section through a third exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic representation; <Tb> FIG. 5 shows a longitudinal section through a fourth exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic representation; <Tb> FIG. 6 shows a longitudinal section through a fifth exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic representation; <Tb> FIG. 7 shows a longitudinal section through a sixth exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic representation; <Tb> FIG. 8 shows a longitudinal section through a seventh exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic representation; <Tb> FIG. 9a <sep> is a longitudinal section through an eighth embodiment of a force measuring device according to the invention in a schematic representation; <Tb> FIG. 9b shows a longitudinal section through a modified variant of the eighth exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic representation; and <Tb> FIG. 10 is a block diagram of a ninth embodiment of a force measuring device according to the invention for determining and visualizing a pedaling force curve on a bicycle.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0041] Fig. 1a zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung. Die erfindungsgemässe Kraftmessvorrichtung umfasst eine Fahrradpedalachse 1, die im Innern einen Messkanal aufweist. An einem ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 ist eine punktförmige Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode (LED, «light emitting diode») 4 oder alternativ einer Laserdiode, derart angeordnet, dass sie Licht 5 in den Messkanal in Richtung des gegenüberliegenden, zweiten Endes abgeben kann. Falls das erste Ende der Fahrradpedalachse 1 geschlossen ist, so kann die LED 4 an diesem geschlossenen Ende eingebaut werden. Ist das erste Ende der Fahrradpedalachse 1 hingegen offen, so kann die LED 4 z.B. in einen Deckel eingebaut werden, welcher auf das offene, erste Ende der Fahrradpedalachse 1 lösbar angebracht werden kann. Am gegenüberliegenden, zweiten Ende der Fahrradpedalachse 1 ist ein Bildsensor 3, derart angeordnet, dass dessen Erfassungsbereich auf das erste Ende der Fahrradpedalachse 1 ausgerichtet ist. Der Bildsensor 3 kann z.B. ebenfalls je nachdem, ob das zweite Ende geschlossen ausgeführt ist, in dieses oder in einen separaten Deckel eingebaut werden, welcher auf das offene, zweite Ende der Fahrradpedalachse 1 lösbar angebracht werden kann. Der Bildsensor 3 kann somit das Licht 5 von der LED 4 erfassen, wobei ein Abbild 4 ́ der LED 4 an einer bestimmten Stelle des Bildsensors 3 entsteht. Wird die Fahrradpedalachse 1 am zweiten Ende mittels eines Lagers 2 starr festgehalten, d.h. beispielsweise in eine Tretkurbel geschraubt, und im Bereich des ersten Endes durch eine Kraft f senkrecht zu ihrer Längsachse belastet, so verbiegt sie sich, wie in Fig. 1bgezeigt, wobei die Auslenkung proportional zur Kraftstärke f ist. Entsprechend verschiebt sich auch das Abbild 4 ́ ́ der LED 4, in Abhängigkeit von der einwirkenden Kraft f. Die Fig. 2azeigt einen Verschiebungsvektor di des Abbilds 4 ́ nach 4 ́ ́ der LED 4 entsprechend der Änderung der Verbiegung bei einer Änderung der einwirkenden Kraft f, hier für den Fall einer Änderung von einem Zustand ohne äussere Krafteinwirkung zu einem Zustand mit einer Krafteinwirkung mit der Kraft f. 1a shows a longitudinal section through a first embodiment of an inventive force measuring device in a schematic representation. The force measuring device according to the invention comprises a bicycle pedal axle 1, which has a measuring channel in the interior. At a first end of the bicycle pedal axis 1 is a point light source in the form of a light emitting diode (LED, "light emitting diode") 4 or alternatively a laser diode, arranged such that it can deliver light 5 in the measuring channel in the direction of the opposite second end. If the first end of the bicycle pedal axle 1 is closed, the LED 4 can be installed at this closed end. On the other hand, if the first end of the bicycle pedal axle 1 is open, the LED 4 may be e.g. be installed in a lid, which can be detachably mounted on the open, first end of the bicycle pedal axis 1. At the opposite, second end of the bicycle pedal axle 1, an image sensor 3 is arranged such that its detection range is aligned with the first end of the bicycle pedal axle 1. The image sensor 3 may be e.g. also depending on whether the second end is executed closed, be installed in this or in a separate cover, which can be detachably attached to the open, second end of the bicycle pedal axis 1. The image sensor 3 can thus detect the light 5 from the LED 4, wherein an image 4 of the LED 4 is formed at a specific location of the image sensor 3. If the bicycle pedal axle 1 is held rigidly at the second end by means of a bearing 2, i. For example, screwed into a crank, and loaded in the region of the first end by a force f perpendicular to its longitudinal axis, so it bends, as shown in Fig. 1b, wherein the deflection is proportional to the force f. Accordingly, the image 4 of the LED 4 shifts, depending on the applied force f. Fig. 2a shows a displacement vector di of the image 4 according to Fig. 4 of the LED 4 corresponding to the change of the deflection with a change in the applied force f, here in the case of a change from a state without external force to a state with a force the force f.

[0042] Beim erfindungsgemässen Verfahren wird zuerst ein erstes Referenzbild in einer Ruhelage der Fahrradpedalachse erfasst, d.h. in einem unbelasteten Zustand, wo die Fahrradpedalachse nur durch die Gewichtskraft also durch ihr Eigengewicht belastet wird. Dann wird ein zweites Referenzbild aufgenommen, wobei nun die Fahrradpedalachse mit einer bekannten Referenzkraft fref belastet wird. Dies kann z.B. durch eine Belastung der Fahrradpedalachse mit einem Eichgewichtskörper mit genau bekanntem Gewicht erfolgen. Die durch die Belastung durch die Referenzkraft fref verursachte Verbiegung der Fahrradpedalachse kann als erste Positionsänderung der Markierung zwischen dem ersten Referenzbild und dem zweiten Referenzbild bestimmt werden, also als Verschiebungsvektor d1/ref. Der Betrag dieser ersten Positionsänderung, d.h. der Änderungsbetrag d1,ref, ist, wie oben erwähnt, linear abhängig von der Stärke der einwirkenden Referenzkraft, d.h. der Referenzkraftstärke fref, so dass folgender Zusammenhang gilt: fref= k · d1,fref mit der Proportionalitätskonstanten k. Die Proportionalitätskonstanten k kann aus der Geometrie und den Materialeigenschaften der Fahrradpedalachse 1 berechnet werden. Sie kann aber auch auf einfache Weise anhand der oben angegebenen Kalibriermessungen bestimmt werden, wobei: k = fref/ d1,ref gilt. Damit ergibt sich die Stärke einer unbekannten Kraft, d.h. die Stärke der zu messenden Kraft fmess, wie folgt aus dem Betrag der von ihr verursachten zweiten Positionsänderung, d.h. dem zweiten Änderungsbetrag d2,mess: fmess= fref · (d2,mess / d1,ref). In the method according to the invention, first a first reference image in a rest position of the bicycle pedal axis is detected, i. E. in an unloaded condition, where the bicycle pedal axle is only loaded by its own weight due to the weight force. Then a second reference image is taken, wherein now the bicycle pedal axle is loaded with a known reference force fref. This can e.g. by loading the bicycle pedal axle with a calibration weight body of known weight. The bending of the bicycle pedal axis caused by the load by the reference force fref can be determined as the first change in position of the marker between the first reference image and the second reference image, ie as a displacement vector d1 / ref. The amount of this first change in position, i. the amount of change d1, ref, as mentioned above, is linearly dependent on the magnitude of the applied reference force, i. the reference force fref so that the following relationship applies: fref = k · d1, fref with the proportionality constant k. The proportionality constant k can be calculated from the geometry and the material properties of the bicycle pedal axle 1. However, it can also be determined in a simple manner on the basis of the calibration measurements given above, wherein: k = fref / d1, ref applies. This results in the strength of an unknown force, i. the strength of the force to be measured fmess, as follows from the amount of second change in position it causes, i. the second amount of change d2, mess: fmeas = fref * (d2, mess / d1, ref).

[0043] Die Richtung der Krafteinwirkung ist durch die Richtung θ2,messdes Verschiebungsvektors d2,mess gegeben. The direction of the force is given by the direction θ2, the displacement vector d2, measured.

[0044] In den Fällen wo die Auslenkung für eine bestimmte Krafteinwirkung unabhängig von der Einwirkrichtung gleich ist, was bei einem kreiszylindrischen Messobjekt wie einer Fahrradpedalachse gegeben ist, genügt eine Kalibriermessung mit einer Referenzkraft fref, welche aus irgend einer Richtung senkrecht zur Längsachse auf das Messobjekt einwirkt. Andernfalls müssten mehrere Kalibriermessungen bei einer Belastung des Messobjekts mit einen Kalibriergewicht unter verschiedenen Winkeln durchgeführt werden. Bei einem Fahrradpedal geht dies sehr einfach, indem das Kalibriergewicht am Pedalkorpus, welcher rotierbar mit der Pedalachse verbunden ist, festgemacht wird, und die Position des Abbilds 4 ́ ́ der LED 4 während einer Umdrehung der Tretlagerwelle periodisch, z.B. in Abständen von 1°, ermittelt wird. Die Abhängigkeit der Positionsänderung d1/ref von der Richtung der Krafteinwirkung, d.h. der Richtung θ2,mess des Verschiebungsvektors d2,mess, muss dann in der oben angegebenen Beziehung berücksichtigt werden: fmess(θ2,mess) = fref · (d2,mess/d1,ref(θ2,mess) ). In cases where the deflection is the same for a given force regardless of the direction of action, which is given in a circular cylindrical object to be measured such as a Fahrradpedalachse, a calibration measurement with a reference force fref, which from any direction perpendicular to the longitudinal axis of the measurement object is sufficient acts. Otherwise, several calibration measurements would have to be performed with a load of the measurement object with a calibration weight at different angles. In a bicycle pedal, this is done very simply by fixing the calibration weight to the pedal body, which is rotatably connected to the pedal axle, and the position of the image 4 of the LED 4 during one revolution of the bottom bracket shaft periodically, e.g. at intervals of 1 °, is determined. The dependence of the position change d1 / ref on the direction of the force action, i. the direction θ2, mess of the displacement vector d2, mess, must then be taken into account in the relationship given above: fmess (θ2, mess) = fref * (d2, mess / d1, ref (θ2, mess)).

[0045] Die nötigen Berechnungen werden durch eine Auswerteeinheit durchgeführt, die mit dem Bildsensor 3 wirkverbunden ist. Die Auswerteeinheit kann direkt beim Bildsensor 3 angeordnet oder sogar einteilig in diesem integriert sein. Alternativ kann sich die Auswerteeinheit auch weit entfernt vom Bildsensor 3 befinden und zum Datenaustausch über eine drahtlose Verbindung mit diesem in Verbindung stehen. The necessary calculations are performed by an evaluation unit, which is operatively connected to the image sensor 3. The evaluation unit can be arranged directly at the image sensor 3 or even integrally integrated in this. Alternatively, the evaluation unit can also be located far away from the image sensor 3 and communicate with it for data exchange via a wireless connection.

[0046] Bei gewissen Anwendungen ist die Kenntnis der absoluten Stärke einer einwirkenden Kraft f nicht notwendig, sondern es sind nur die relativen Änderungen der Kraft f von Interesse. So zeigt z.B. Fig. 2beinen exemplarischen Tretkraftverlauf z an einem Fahrradpedal während einer kompletten Tretumdrehung beim Antreiben eines Fahrrads. Ein qualitativer, optischer Vergleich des Tretkraftverlaufs z1 am linken mit demjenigen zram rechten Fahrradpedal kann dabei einen Aufschluss darüber geben, ob beide Beine des Fahrradfahrers gleichermassen zum Antrieb des Fahrrads beitragen und dient damit als wichtige Steuerinformation für den Fahrradfahrer, z.B. um einen «runden» Tritt einzuüben. In Fällen wo nur relative Kraftänderungen oder -Verhältnisse von Interesse sind, kann im Prinzip auf ein Kalibrieren der Kraftmessvorrichtung verzichtet werden. In certain applications, knowledge of the absolute magnitude of an applied force f is not necessary, but only the relative changes in the force f are of interest. Thus, e.g. FIG. 2 b shows an exemplary tread force curve z on a bicycle pedal during a complete pedal rotation when driving a bicycle. A qualitative, optical comparison of the tread force curve z1 on the left with that zram right bicycle pedal can provide an indication of whether both legs of the cyclist equally contribute to the drive of the bicycle and thus serves as important control information for the cyclist, e.g. to practice a "round" kick. In cases where only relative force changes or ratios are of interest, can be dispensed in principle on a calibration of the force measuring device.

[0047] Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung. Anstatt einer LED 4 am ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 anzubringen und aktiv einen Lichtpunkt zu erzeugen, wird lediglich ein Lichteinlass 6, wie z.B. ein kleines Loch oder ein dünner Schlitz, in die geschlossene Stirnfläche am ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 angebracht, welcher Licht von ausserhalb in den Messkanal hineinlässt. So kann z.B. vorhandenes Umgebungslicht als Lichtquelle genutzt werden. Da bei dieser Ausführungsvariante keine aktive Erzeugung von Licht notwendig ist, muss dafür auch keine Energie aufgewendet werden. Bei geeigneter Formgebung des Lichteinlasses 6, z.B. bei einer Ausgestaltung als linienförmiger Schlitz, kann die Ausrichtung des Abbilds 6 ́ des Lichteinlasses 6 beispielsweise zur Lagebestimmung des Bildsensors 3 relative zum Lichteinlass 6 verwendet werden, um z.B. Verdrehungen zwischen den beiden zu bestimmen. Solche Verdrehungen können z.B. die Folge von Torsionskräften sein, welche tangential auf die Kraftmessvorrichtung einwirken. FIG. 3 shows a longitudinal section through a second exemplary embodiment of a force measuring device according to the invention in a schematic representation. Instead of attaching an LED 4 to the first end of the bicycle pedal axle 1 and actively generating a spot of light, only a light inlet 6, e.g. a small hole or a thin slot, mounted in the closed end face at the first end of the Fahrradpedalachse 1, which lets in light from outside into the measuring channel. Thus, e.g. existing ambient light can be used as a light source. Since no active generation of light is necessary in this embodiment, no energy must be spent on it. With suitable shaping of the light inlet 6, e.g. in one embodiment as a line-shaped slit, the orientation of the image 6 of the light inlet 6 can be used, for example, to determine the position of the image sensor 3 relative to the light inlet 6, for example in order to determine the image. To determine twists between the two. Such twists can e.g. be the result of torsional forces acting tangentially on the force measuring device.

[0048] Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung. Hier sind mehrere Lichteinlässe 6 in der Oberfläche des Messkanals angebracht. Licht wird von einer zentralen Lichtquelle 9 aus mittels eines Lichtleiters zu den einzelnen Lichteinlässen 6 geführt, durch welche es in den Messkanal eingekoppelt wird. Beim Lichtleiter 9 kann es sich z.B. um einzelne Lichtfasern oder um einen grossflächigen Lichtleitermantel, welcher die äussere Mantelfläche der Fahrradpedalachse 1 umgibt, handeln. Die Lichteinlässe 6 können zusammen ein Lichtmuster erzeugen, welches durch eine Krafteinwirkung verschoben und/oder verformt wird. Aus der Verschiebung und/oder der Verformung des Lichtmusters kann auf die einwirkende Kraft f zurückgeschlossen werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Vergleichs von verschiedenen Referenzmustern, die im Rahmen eines Kalibriervorgangs mit bekannten Referenzkräften erfasst wurden, mit dem Messmuster, welches bei einer unbekannten Krafteinwirkung erfasst wurde, geschehen. Verschiebungen von Mustern können beispielsweise durch Korrelation zweier Bilder ermittelt werden. Fig. 4 shows a longitudinal section through a third embodiment of an inventive force measuring device in a schematic representation. Here are several light inlets 6 mounted in the surface of the measuring channel. Light is guided from a central light source 9 by means of a light guide to the individual light inlets 6, through which it is coupled into the measuring channel. The light guide 9 may be e.g. to individual light fibers or a large-area light guide coat, which surrounds the outer surface of the Fahrradpedalachse 1, act. The light inlets 6 can together generate a light pattern which is displaced and / or deformed by a force. From the displacement and / or the deformation of the light pattern can be deduced on the applied force f. This can be done, for example, by means of a comparison of different reference patterns, which were acquired in the context of a calibration process with known reference forces, with the measurement pattern which was detected when an unknown force was applied. Shifts of patterns can be determined, for example, by correlating two images.

[0049] Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung. Bei dieser Ausführungsvariante wird von einem Laser 12, welcher seitlich des Bildsensors 3 am zweiten Ende der Fahrradpedalachse 1 angeordnet ist, ein Laserstrahl 13 erzeugt, der am gegenüberliegenden ersten Ende durch eine reflektierende Oberfläche 15 (siehe erstes Abbild 14 des Laserstrahls 13) zum Bildsensor zurückgeworfen (siehe reflektierter Laserstrahl 13 ́) und erscheint dort als zweites Abbild 14 ́. Eine Verbiegung der Fahrradpedalachse 1 führt zu einer Veränderung des Einfallswinkels des Laserstrahls 13 auf die reflektierende Oberfläche 15, was zu einer Verschiebung des zweiten Abbilds 14 ́ des reflektierten Laserstrahls 13 ́ führt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sämtliche aktiven Komponenten, also solche die mit Energie versorgt werden müssen, zentral an einem Ort zusammengeführt sind. Als reflektierende Oberfläche kann z.B. am ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 ein Spiegel angebracht werden oder einfach eine glanzpolierte Fläche am ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 als Reflektor verwendet werden. Um störende Reflexionen zu verhindern, kann beispielsweise die Oberfläche des Messkanals nichtreflektierend ausgeführt sein, also z.B. durch geeignete Behandlung zur Erzeugung einer mattierten Oberfläche oder durch Beschichten mit einer lichtabsorbierenden Substanz wie z.B. einer schwarzen Farbe. 5 shows a longitudinal section through a fourth exemplary embodiment of a force measuring device according to the invention in a schematic illustration. In this embodiment variant of a laser 12, which is arranged laterally of the image sensor 3 at the second end of the Fahrradpedalachse 1, a laser beam 13 is generated, which at the opposite first end by a reflective surface 15 (see first image 14 of the laser beam 13) thrown back to the image sensor (see reflected laser beam 13) and appears there as a second image 14. A bending of the bicycle pedal axle 1 leads to a change in the angle of incidence of the laser beam 13 on the reflective surface 15, which leads to a displacement of the second image 14 of the reflected laser beam 13. This arrangement has the advantage that all active components, ie those that need to be supplied with energy, are brought together centrally in one place. As the reflecting surface, e.g. At the first end of the bicycle pedal axle 1, a mirror can be attached or simply a polished surface at the first end of the bicycle pedal axle 1 can be used as a reflector. In order to prevent disturbing reflections, for example, the surface of the measuring channel may be non-reflecting, e.g. by suitable treatment to produce a matted surface or by coating with a light-absorbing substance, such as e.g. a black color.

[0050] Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung. Bei dieser Ausführungsvariante wird am ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 eine Skala 18 angeordnet. Da diese vom Bildsensor 3 im Dunkeln nicht erfasst werden kann, wird sie mittels der Beleuchtungsquelle 16 angeleuchtet, so dass die Skala 18 vollständig im Lichtkegel 17 der Beleuchtungsquelle 16 liegt. Markierungen auf der Skala 18 können z.B. mit einem lumineszierenden Stoff versehen sein, so dass das Beleuchten ein Nachleuchten der Markierungen zur Folge hat. Im Falle der Verwendung eines phosphoreszierenden Stoffes kann die Beleuchtungsquelle 16 zur optischen Aktivierung des Stoffes genutzt und während der Nachleuchtphase abgeschaltet werden. Die Skala 18 kann zudem mit Markierungen bzgl. zuvor durchgeführter Kalibriermessungen versehen werden. Damit kann die einwirkende Kraft optisch direkt von der Skala 18 abgelesen werden. Fig. 6 shows a longitudinal section through a fifth embodiment of an inventive force measuring device in a schematic representation. In this embodiment, a scale 18 is arranged at the first end of the bicycle pedal axle 1. Since it can not be detected by the image sensor 3 in the dark, it is illuminated by means of the illumination source 16, so that the scale 18 is located completely in the light cone 17 of the illumination source 16. Markings on the scale 18 may e.g. be provided with a luminescent substance, so that the illumination has an afterglow of the markers result. In the case of the use of a phosphorescent substance, the illumination source 16 can be used for optical activation of the substance and switched off during the afterglow phase. The scale 18 can also be provided with markings regarding previously performed calibration measurements. Thus, the acting force can be optically read directly from the scale 18.

[0051] Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung. Hier wird anstatt eine Skala 18 am ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 anzubringen und diese aktiv mit einer Beleuchtungsquelle 16 zu beleuchten, eine Oberflächenstruktur, wie z.B. eine Oberflächenrauheit, des hohlen Zylinders 1 verwendet, wobei diese durch geeignetes Anleuchten beispielsweise mit einem Laser 19 einen für den Bildsensor 3 erfassbaren Effekt, wie z.B. ein Speckle-Effekt 20, erzeugt. Alternativ kann auch ein für den Bildsensor 3 erfassbarer Schattenwurf durch Anleuchten der Oberflächenstruktur mittels einer geeigneten Beleuchtungsquelle hervorgerufen werden. Dabei sollte zur Erzeugung eines ausgeprägten Schattenwurfs das Licht möglichst in einem flachen Winkel auf die Oberfläche einfallen, was bedeutet, dass die Beleuchtungsquelle nahe dem ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 anzuordnen ist. Das Abbild des Speckle-Effekts 20 ́ bzw. des Schattenwurfs wird vom Bildsensor 3 erfasst, und mittels einer Auswerteeinheit kann dann aus der durch eine Verbiegung des inneren Kanals hervorgerufene Verschiebung und/oder Verformung des zugehörigen Musters die die Verbiegung verursachende Kraft bestimmt werden. Fig. 7 shows a longitudinal section through a sixth embodiment of a force measuring device according to the invention in a schematic representation. Here, rather than attaching a scale 18 to the first end of the bicycle pedal axle 1 and actively illuminating it with a source of illumination 16, a surface structure such as that shown in FIG. a surface roughness of the hollow cylinder 1, which, by suitably illuminating, for example with a laser 19, an effect detectable for the image sensor 3, e.g. a speckle effect 20 produced. Alternatively, a shadow that can be detected for the image sensor 3 can also be produced by illuminating the surface structure by means of a suitable illumination source. In order to produce a pronounced shadow cast, the light should as far as possible be incident on the surface at a shallow angle, which means that the illumination source is to be arranged close to the first end of the bicycle pedal axis 1. The image of the speckle effect 20 or the shadow is detected by the image sensor 3, and by means of an evaluation unit can then be determined from the caused by a deflection of the inner channel displacement and / or deformation of the associated pattern, the force causing the bending.

[0052] Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung. Hier wird ein Projektor 21 verwendet, der am zweiten Ende der Fahrradpedalachse 1 angeordnet ist, z.B. mitten im Bildsensor 3. Der Projektor 21 projiziert Lichtmuster 22 ́, 22 ́ 1, 22 ́ ́ ́ an die Oberfläche des Messkanals, welche dann je nach Krafteinwirkung und der daraus resultierenden Verbiegung verformt vom Bildsensor 3 erfasst werden. Aus deren Verformung kann die Auswerteeinheit die einwirkende Kraft bestimmen. Ein Vorteil dieser Ausführungsvariante besteht in der zusammengeführten Anordnung von Bildsensor 3 und Projektor 21. So muss nichts am ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 angeordnet werden. Bildsensor 3 und Projektor 21 können beide allenfalls auch losgelöst von der Fahrradpedalachse 1 angeordnet werden, wobei dann eine gute Einkopplung des projizierten Lichts in den Messkanal sowie auch eine gute Auskopplung der Lichtmuster 22 ́, 22 ́ ́, 22 ́ ́ ́ vom Messkanal auf den Bildsensor 3 gewährleistet sein muss. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Projektor 21 allenfalls verschiedene Lichtmuster 22 ́, 22 ́ ́, 22 ́ ́ ́ erzeugen kann und/oder die Lichtmuster 22 ́, 22 ́ ́, 22 ́11 einfach und von zentraler Stelle aus adjustiert werden können. 8 shows a longitudinal section through a seventh exemplary embodiment of a force-measuring device according to the invention in a schematic representation. Here, a projector 21 is used which is arranged at the second end of the bicycle pedal axle 1, e.g. in the middle of the image sensor 3. The projector 21 projects light patterns 22, 22 1, 22 on the surface of the measuring channel, which then depending on the force and the resulting bending deformed detected by the image sensor 3. From their deformation, the evaluation unit can determine the acting force. An advantage of this embodiment is the merged arrangement of the image sensor 3 and the projector 21. Thus, nothing has to be arranged at the first end of the bicycle pedal axis 1. Image sensor 3 and projector 21 can both be arranged at best detached from the bicycle pedal axis 1, in which case a good coupling of the projected light into the measuring channel as well as a good coupling of the light patterns 22, 22, 22 from the measuring channel on the Image sensor 3 must be guaranteed. Another advantage is that the projector 21 can possibly produce different light patterns 22, 22, 22 and / or the light patterns 22, 22, 22 11 can be adjusted easily and from a central location.

[0053] Fig. 9a zeigt einen Längsschnitt durch ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung in schematischer Darstellung. Bei dieser Ausführungsvariante wird am ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 eine gerichtete Mehrfachlichtquelle, hier z.B. ein Dreifachlaser 231-3, angeordnet. Dieser Dreifachlaser 231-3 kann drei Laserstrahlen 241, 242, 243erzeugen, welche in unterschiedliche Richtungen in den Messkanal abgestrahlt werden. So kann beispielsweise gewährleistet werden, dass auch bei grösseren Verbiegungen immer einer der drei Laserstrahlen 241, 242, 243 auf den Bildsensor 3 trifft. Dies wird besonders mit der Anordnung gemäss Fig. 9bsichergestellt, wo der Mehrfachlaser 231-3 in drei Einzellaser 231, 232, 233 aufgeteilt ist, die in unterschiedlichen Abständen vom Bildsensor 3 entlang des Messkanals angeordnet sind. Durch die Verwendung verschiedenfarbiger Laser 231-3, 231, 232, 233 kann das Abbild 251, 252, 253 eines Laserstrahls 241, 242, 243 eindeutig einem der Laser 231-3, 231, 232, 233zugeordnet werden, wodurch Mehrdeutigkeiten bei der Bestimmung der einwirkenden Kraft f vermieden werden. Das Erscheinen des Abbilds 253 eines roten Laserstrahls 243 könnte z.B. auch als Anzeige einer Überbelastung verwendet werden oder das Erreichen der Schwelle zwischen elastischer und plastischer Verformung der Fahrradpedalachse 1 signalisieren. Bei diesen beiden Ausführungsvarianten sollte die Oberfläche des Messkanals möglichst nichtreflektierend ausgeführt sein, so dass keine störenden Reflexionen der Laserstrahlen 251, 252, 253auf den Bildsensor 3 abgebildet werden. 9a shows a longitudinal section through an eighth exemplary embodiment of a force measuring device according to the invention in a schematic representation. In this embodiment, at the first end of the bicycle pedal axle 1, a directional multiple light source, here e.g. a triple laser 231-3 arranged. This triple laser 231-3 can generate three laser beams 241, 242, 243, which are radiated in different directions into the measurement channel. For example, it can be ensured that even with larger deflections one of the three laser beams 241, 242, 243 always strikes the image sensor 3. This is particularly ensured with the arrangement according to FIG. 9b, where the multiple laser 231-3 is divided into three individual lasers 231, 232, 233, which are arranged at different distances from the image sensor 3 along the measuring channel. By using differently colored lasers 231-3, 231, 232, 233, the image 251, 252, 253 of a laser beam 241, 242, 243 can be unambiguously assigned to one of the lasers 231-3, 231, 232, 233, thereby avoiding ambiguities in the determination of acting force f be avoided. The appearance of the image 253 of a red laser beam 243 could be e.g. also be used as an indication of overload or signal the achievement of the threshold between elastic and plastic deformation of the bicycle pedal axle 1. In these two embodiments, the surface of the measuring channel should be designed as non-reflecting as possible, so that no disturbing reflections of the laser beams 251, 252, 253 are imaged on the image sensor 3.

[0054] Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm eines neunten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung zur Bestimmung und Visualisierung eines Tretkraftverlaufs an einem Fahrrad, wie er beispielhaft in Fig. 2b dargestellt ist. Die Bilddaten vom Bildsensor 3 werden bei diesem Ausführungsbeispiel via eine Steuereinheit 26 und einen Sender/Empfänger 27 drahtlos, z.B. nach dem ANT/ANT+, Zigbee oder Bluetooth Standard, zu einem entfernten, mit einem korrespondierenden Sender/Empfänger ausgestatteten portablen Gerät 29 übertragen. Dabei kann die Steuereinheit 26 eine Bilddatenkompression ausführen, um eine möglichst energieeffiziente drahtlose Übertragung der Bilddaten zu erreichen. Das portable Gerät 29 kann z.B. ein Fahrradcomputer, ein Smartphone oder ein Personal Digital Assistant (PDA) sein und dient als Auswerteeinheit für die Daten vom Bildsensor. Mit Hilfe des Prozessors im portable Gerät 29 lässt sich dann basierend auf den Referenzbildern eine unbekannte Kraft fmessaus einem Messbild bestimmen und/oder die Darstellung ein oder mehrerer Tretkraftverläufe z1, zr aufbereiten für die Wiedergabe auf dem Display des portablen Geräts 29. So können z.B. die Tretkraftverläufe z1 und zr am linken und rechten Pedal gleichzeitig übereinanderliegend angezeigt und damit visuell miteinander verglichen werden. Sämtliche Kräfte bzw. Kraftverläufe können auch im Speicher des portablen Geräts 29 abgelegt werden z.B. für eine spätere, genauere Analyse. 10 shows a block diagram of a ninth exemplary embodiment of a force measuring device according to the invention for determining and visualizing a pedaling force characteristic on a bicycle, as illustrated by way of example in FIG. 2b. The image data from the image sensor 3 in this embodiment is wirelessly transmitted via a control unit 26 and a transmitter / receiver 27, e.g. in accordance with the ANT / ANT +, Zigbee or Bluetooth standard, to a remote portable device 29 equipped with a corresponding transceiver. In this case, the control unit 26 can perform image data compression in order to achieve the most energy-efficient wireless transmission of the image data. The portable device 29 may e.g. a bicycle computer, a smartphone or a personal digital assistant (PDA) and serves as an evaluation unit for the data from the image sensor. With the aid of the processor in the portable device 29, it is then possible to determine an unknown force fmessaus a measurement image based on the reference images and / or the representation of one or more tread force courses z1, zr prepare for playback on the display of the portable device 29. Thus, for example. the tread force curves z1 and zr on the left and right pedal simultaneously displayed superimposed and thus visually compared. All forces can also be stored in the memory of the portable device 29, e.g. for a later, more detailed analysis.

[0055] Als Stromversorgung 28 für die erfindungsgemässe Kraftmessvorrichtung kann beim Fahrrad z.B. eine Knopfbatterie oder ein Dynamo eingesetzt werden. Ein geeigneter Dynamo kann beispielsweise durch Einbau des Stators ins Tretlagergehäuse und des Rotors in die Tretlagerachse realisiert werden. Der erzeugte Strom wird dann von der Tretlagerachse via Tretkurbel zur Kraftmessvorrichtung geführt. Bei einer Energieversorgung mittels Knopfbatterie ist es wichtig, dass die aktiven Komponenten der erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung, d.h. vor allem der Bildsensor 3 sowie alle Lichtquellen, also z.B. die LED 4, möglichst wenig Strom verbrauchen. As a power supply 28 for the force measuring device according to the invention, in the bicycle e.g. a button battery or a dynamo are used. A suitable dynamo can be realized, for example, by installing the stator in the bottom bracket shell and the rotor in the bottom bracket. The generated power is then fed from the bottom bracket axle via crank to the force measuring device. With a button battery power supply, it is important that the active components of the force measuring device of the invention, i. especially the image sensor 3 as well as all light sources, e.g. the LED 4, use as little power as possible.

[0056] Der Stromverbrauch kann beispielsweise minimiert werden, indem die Steuereinheit 26 den Bildsensor 3 sowie die LED 4 nur dann aktiviert, wenn sich die Krafteinwirkung ändert. Dazu wird die Änderungsgeschwindigkeit der Krafteinwirkung bestimmt und die Häufigkeit der Messungen daraufhin entsprechend angepasst. Solche Informationen können im portablen Gerät ermittelt und dann drahtlos an die Steuereinheit 26 übertragen werden. Falls die Steuereinheit 26 oder das portable Gerät 29 feststellt, dass während längerer Zeit die Krafteinwirkung gleich bleibt oder ausbleibt, könnte sich die Kraftmessvorrichtung im Sinne einer Abschaltautomatik selber abschalten, um Strom zu sparen. The power consumption can be minimized, for example, by the control unit 26, the image sensor 3 and the LED 4 is activated only when the force changes. For this purpose, the rate of change of the force is determined and the frequency of measurements then adjusted accordingly. Such information can be determined in the portable device and then transmitted wirelessly to the control unit 26. If the control unit 26 or the portable device 29 determines that the force remains the same for a prolonged period of time, the force measuring device could turn itself off in the sense of an automatic switch-off to save power.

[0057] Abschliessend sei noch angemerkt, dass in sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen der Bildsensors 3 auch am freien ersten Ende der Fahrradpedalachse 1 und umgekehrt die Markierung am gelagerten zweiten Ende angeordnet bzw. dargestellt werden kann, ohne dass dadurch die Funktion der erfindungsgemässen Kraftmessvorrichtung bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens zur Bestimmung einer Krafteinwirkung auf eine Fahrradpedalachse vom Prinzip her verändert wird. Finally, it should be noted that in all described embodiments of the image sensor 3 at the free first end of the Fahrradpedalachse 1 and vice versa, the mark on the stored second end can be arranged or represented without thereby the function of the inventive force measuring device or the inventive method for determining a force on a bicycle pedal axis is changed in principle.

LISTE DER BEZUGSZEICHENLIST OF REFERENCE SIGNS

[0058] <tb>1<sep>Fahrradpedalachse <tb>2<sep>Lager <tb>3<sep>Bildsensor <tb>4<sep>LED oder Laserdiode (punktförmige Lichtquelle) <tb>4 ́,<sep>4 ́ ́, 4 ́ ́ ́ Abbild der LED oder Laserdiode <tb>5<sep>Licht(-strahl) von der punktförmigen Lichtquelle <tb>6<sep>Lichteinlass (z.B. Loch oder Schlitz) <tb>6 ́<sep>Abbild des Lichteinlasses <tb>7<sep>äussere Lichtquelle (z.B. Sonne) <tb>8<sep>Licht(-strahl) von ausserhalb des inneren Kanals <tb>9<sep>zentrale Lichtquelle <tb>10<sep>Lichtleiter (z.B. Lichtfaser) <tb>11<sep>Lichtstrahl vom Lichtleiter eingekoppelt <tb>12<sep>Laser <tb>13,<sep>13 ́ Laserstrahl <tb>14,<sep>14 ́ Abbild des Laserstrahls <tb>15<sep>reflektierende Oberfläche (z.B. Spiegel) <tb>16<sep>Beleuchtungsquelle <tb>17<sep>Lichtkegel <tb>18<sep>Skala <tb>18 ́<sep>Abbild der Skala <tb>19<sep>Laser (Beleuchtungsquelle) <tb>20<sep>Oberfläche (z.B. mit Rauheit) <tb>20 ’<sep>Abbild eines Speckle-Effekts (oder Schattenwurfs) <tb>21<sep>Projektor <tb>22 ́, 22 ́ ́, 22 ́ ́ ́<sep>Lichtmuster <tb>231-3<sep>Mehrfachlaser <tb>231, 232, 233<sep>Satz von Einzellasern <tb>241, 242, 243<sep>Laserstrahlen <tb>251, 252, 253<sep>Abbild der Laserstrahlen <tb>26<sep>Steuereinheit <tb>27<sep>drahtloser Sender/Empfänger (ANT, Zigbee, Bluetooth) <tb>28<sep>Stromversorgung (z.B. mit Batterie oder Dynamo) <tb>29<sep>portables Gerät (Fahrradcomputer, Smartphone oder PDA) <tb>d1, d2<sep>Verschiebungsvektor <tb>f<sep>Kraftvektor (f: Kraftstärke; θ: Kraftrichtung) <tb>z, z1, zr<sep>Tretkraftverlauf (l: links, r: rechts)[0058] <Tb> 1 <sep> bicycle pedal axle <Tb> 2 <sep> Bearings <Tb> 3 <sep> Image Sensor <tb> 4 <sep> LED or laser diode (point light source) <tb> 4, <sep> 4, 4 image of the LED or laser diode <tb> 5 <sep> light (beam) from the point light source <tb> 6 <sep> light inlet (e.g., hole or slot) <tb> 6 <sep> Image of the light inlet <tb> 7 <sep> external light source (e.g., sun) <tb> 8 <sep> light (beam) from outside the inner channel <tb> 9 <sep> central light source <tb> 10 <sep> optical fiber (e.g., optical fiber) <tb> 11 <sep> Light beam coupled from the light guide <Tb> 12 <sep> Laser <tb> 13, <sep> 13 laser beam <tb> 14, <sep> 14 Image of the laser beam <tb> 15 <sep> reflective surface (e.g., mirror) <Tb> 16 <sep> Lighting Source <Tb> 17 <sep> beam <Tb> 18 <sep> Skala <tb> 18 <sep> Image of the scale <tb> 19 <sep> laser (illumination source) <tb> 20 <sep> surface (e.g., roughness) <tb> 20 '<sep> Image of a speckle effect (or shadow cast) <Tb> 21 <sep> Projector <tb> 22, 22, 22 <sep> light patterns <Tb> 231-3 <sep> Multiple Laser <tb> 231, 232, 233 <sep> Set of single lasers <tb> 241, 242, 243 <sep> laser beams <tb> 251, 252, 253 <sep> Image of the laser beams <Tb> 26 <sep> control unit <tb> 27 <sep> wireless transceiver (ANT, Zigbee, Bluetooth) <tb> 28 <sep> power supply (for example with battery or dynamo) <tb> 29 <sep> portable device (cycle computer, smartphone or PDA) <tb> d1, d2 <sep> Displacement vector <tb> f <sep> force vector (f: force, θ: direction of force) <tb> z, z1, zr <sep> Tread force pattern (l: left, r: right)

Claims

A force measuring device comprising a bicycle pedal axle (1) having inside a measuring channel in or on which at a first position a marking (14; 18; 22, 22, 22) is mounted or illustrated and at a second position, an image sensor (3) for detecting the mark (14; 18; 22, 22, 22) is arranged, and further comprising an evaluation unit operatively connected to the image sensor and configured to process image data is.

A force measuring device according to claim 1, wherein the marker (14; 18; 22, 22, 22) comprises at least one of the following elements: - One or more points of light (14) and / or one or more light patterns (22, 22, 22); one or more patterns and / or one or more scales (18); - a shadow cast or a speckle pattern.

3. A force measuring device according to claim 1 or 2, wherein the force measuring device for generating or for illuminating the marking (14; 18; 22, 22, 22) additionally comprises at least one of the following means: - One or more light sources (4, 231-3, 231, 232, 233,) at the first position suitable for generating one or more light spots and / or one or more light patterns; - One or more light sources (12) of a third position suitable for generating one or more light spots (14) and / or one or more light patterns, and a reflecting means (15) at the first position suitable for throwing back light from the direction of the third position in the direction of the second position; - One or more light inlets (6) in the Fahrradpedalachse for insertion or coupling of light (7, 9) from outside in the measuring channel at the first position; - means for projecting (21) one or more light spots and / or one or more light patterns (22 *, 22, 22) onto a surface in the interior of the measuring channel at the first position; - one or more illumination sources (16) suitable for illuminating one or more patterns and / or one or more scales (18) at the first position; - A light source (19) suitable for generating a shadow or a speckle effect at the first position by illuminating a surface structure of the measuring channel.

4. Force measuring device according to one of claims 1 to 3, wherein the image sensor (3) is arranged in a flexible housing, and the marking (14; 18; 22, 22, 22) mounted in the flexible housing or is, wherein the flexible housing is designed to be suitable for positive and / or non-positive arrangement in the measuring channel.

5. Force measuring device according to one of claims 1 to 3, wherein the image sensor (3) and means (9, 12, 16, 21) for generating or for illuminating the marking (14; 18; 22, 22, 22 ) Are mounted in a housing, which is arranged at one end of the measuring channel.

6. Force measuring device according to one of claims 1 to 5, wherein the evaluation unit is a portable device (29), such. a bicycle computer, a smartphone or a personal digital assistant, and the force measuring device means (27) for wireless communication, e.g. according to the ANT / ANT +, Zigbee or Bluetooth standard, between the image sensor (3) and the portable device (29).

7. bicycle pedal with a force measuring device according to one of claims 1 to 6.

8. Bicycle with at least one force measuring device according to one of claims 1 to 6.

9. A method for measuring a force acting on a bicycle pedal axle (1), which has a measuring channel in the interior, in or on which at a first position a marking (14, 18, 22, 22, 22) is mounted or attached , and an image sensor (3) for detecting the marking (14; 18; 22, 22, 22) is arranged at a second position, the method comprising the following steps: a) detecting a first reference image with the image sensor (3) while the bicycle pedal axle (1) is in a load-free rest position; b) detecting a second reference image with the image sensor (3) while the bicycle pedal axle (1) is loaded with a known reference force; c) detecting a measurement image with the image sensor (3) while the bicycle pedal axis is loaded with a force to be measured; and d) Determining the force to be measured with a strength to be measured and a direction to be measured at least from: - the reference force with a reference force; a first position change of the mark between the first reference picture and the second reference picture, the first position change having a first amount of change; and a second change in position of the marker between the first reference image and the measurement image, the second change in position having a second change amount and a change direction.

10. The method of claim 10, wherein the force to be measured equal to a product of reference force and the ratio of the second amount of change to the first amount of change, and set the force direction to be measured equal to the direction of change.

11. Use of the force measuring device according to claim 6 for determining and visualizing a pedaling force curve (z, z1, zr) on a bicycle pedal when driving a bicycle.