DE102009043949A1

DE102009043949A1 - Leistungsmesser auf Kassettenbasis

Info

Publication number: DE102009043949A1
Application number: DE102009043949A
Authority: DE
Inventors: David L. Janesville Wendt; Jordan R. Madison Roessingh
Original assignee: Saris Cycling Group Inc
Current assignee: Saris Cycling Group Inc
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2010-03-11
Also published as: ITTO20090674A1; US20100050785A1; US7775128B2; GB2463135A; IT1395555B1; GB0914042D0; US20100280766A1; US8141438B2

Abstract

Eine Leistungs-Messeinrichtung auf Kassettenbasis enthält eine Leistungs-Abtastanordnung, welche innerhalb eines Innenraums eingebaut ist, welcher durch eine Fahrrad-Hohlkassette bestimmt ist. Die Leistungs-Abtastanordnung enthält eine Drehmoment-Abtastanordnung, welche Drehmoment-Abtastelemente enthält, welche dazu ausgelegt sind, um ein Drehmoment zu messen, welches durch einen Benutzer angelegt wird. Die Drehmoment-Abtastelemente sind mit einer Elektronik-Anordnung verbunden, welche dazu ausgelegt ist, um die gemessenen Daten zu verarbeiten und diese an einen Empfänger zu übertragen. Die Drehmoment-Abtastanordnung kann eine Drehmoment-Röhre oder mehrere Biegebalken enthalten, welche zwischen einer Rückplatte von der Kassette und einer Freilaufnabe befestigt sind. Die Drehmoment-Röhre oder die Biegebalken können Dehnungsmessstreifen enthalten, welche daran angebracht sind, um eine Verformung zu messen, welche durch das Anlegen von Kräften in Ansprechen auf eine durch den Benutzer angelegte Leistung herbeigerufen wird.

Description

HINTERGRUND UND UMRISS DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsmessvorrichtung zur Verwendung mit einem Fahrrad oder einer weiteren Vorrichtung, welche durch eine Bedienung von einer Pedal-Anordnung durch einen Benutzer angetrieben wird, und genauer gesagt auf einen Leistungsmesser, welcher innerhalb der Kassette von einer Hinterrad-Anordnung von einem Fahrrad angeordnet ist, welcher das Drehmoment misst, welches auf die Hinterrad-Anordnung angelegt ist, um die Leistungsgröße zu bestimmen, welche durch den Benutzer während der Bedienung von der Pedal-Anordnung ausgeübt wird.
Im Allgemeinen sind Fahrräder, stationäre Fitnessgeräte und ortsfeste Scheiben-Fahrräder bekannt, welche mit einer Vorrichtung ausgestattet sind, welche dazu verwendet wird, um das Drehmoment und/oder eine Leistung abzutasten oder zu erfassen. Ein beispielhafter Leistungsmesser ist der POWERTAP, welcher von Saris Cycling Group, Inc. of Madison, WI, erhältlich ist. Ein weiterer beispielhafter Leistungsmesser ist im U.S.-Patent No. 6,418,797 von Ambrosina et al. beschrieben, wobei die Beschreibung hiervon durch Inbezugnahme einbezogen ist. Der in dem '797-Patent beschriebene Leistungsmesser ist derart entworfen, um das Drehmoment zu messen, welches auf die Hinterradnabe von dem Fahrrad angelegt wird. Die angelegten Drehmoment-Messungen werden dann, zusammen mit Winkelgeschwindigkeits-Messungen, dazu verwendet, um die Leistung auf eine Art und Weise zu berechnen, welche im Stand der Technik bekannt ist, und stellen somit einen Hinweis über die Arbeit bereit, welche durch einen Benutzer durch das In-die-Pedale-Treten des Fahrrades, des Fitnessgerätes, usw. ausgeübt wird.
Um das Drehmoment zu messen, welches auf die Hinterradnabe oder die Hinterrad-Anordnung des Fahrrades angelegt ist, ist typischerweise ein Drehmoment-Kopplungselement an die Hinterradnabe befestigt oder bildet selber ein Teil von der Hinterradnabe aus. Es sind Dehnungsmessstreifen oder weitere Drehmoment-Abtastvorrichtungen an der Hinterradnabe befestigt, wobei sie mit dem Drehmoment-Kopplungselement in Verbindung stehen, so dass ein jegliches Drehmoment, welches auf das Drehmoment-Kopplungselement ausgeübt wird, durch die Dehnungsmessstreifen erfasst wird. Die Ausgabe der Dehnungsmessstreifen wird dann einer Verarbeitungsvorrichtung zugeführt, welche, zusammen mit einer Winkelgeschwindigkeits-Information, eine Leistungsinformation berechnet, welche dem Benutzer geeigneterweise, zusammen mit einer weiteren Information, wie beispielsweise die Geschwindigkeit, die zurückgelegte Distanz, usw., angezeigt werden kann.
Die Elektronik für die Messung der Dehnungs-, Drehmoments-, Leistungs- und Winkelgeschwindigkeits-Messungen ist ebenfalls im Allgemeinen in der Hinterradnaben-Anordnung eingebaut. Die Elektronik enthält eine Batterie zur Energieversorgung der Elektronik, als auch eine Schaltung, welche dazu konfiguriert ist, die zugehörigen Daten zu verarbeiten, zu verstärken und umzuwandeln. Es ist ein Funkfrequenz-(RF)-Übertrager oder dergleichen bereitgestellt, um die eingesammelten Daten an einen Empfänger zur weiteren Verarbeitung zu übertragen, welcher typischerweise an der Lenkstange des Fahrrades angebaut ist.
Einer der Nachteile von herkömmlichen Radnaben basierten Leistungsmessern besteht darin, dass es schwierig und zeitaufwendig ist, die Drehmoment-Abtast-Bauteile auszubauen und einzubauen, wodurch der Benutzer in seiner Fähigkeit beschränkt wird, den Leistungsmesser zwischen Fahrrädern zu überführen. Das heißt, dass ein Benutzer, welcher den Leistungsmesser bei mehr als einem Fahrrad oder Rad benutzt, das gesamte Rad inklusive der Speichen und der Radnabe auseinanderbauen muss. Da es bei Radfahrern üblich Ist, unterschiedliche Typen von Fahrrädern für unterschiedliche Typen von Radrennen, Veranstaltungen oder Übungsumgebungen zu benutzen, kann viel Zeit vergehen, um den Radaufbau von einem Rad auseinanderzubauen, so dass die Radnaben-Anordnung, welche den Drehmoment-Sensor enthält, bei einem weiteren Fahrrad verwendet werden kann. Es kann ferner teuer sein, jedes Fahrrad mit einem Leistungsmesser auszustatten, wenn lediglich ein Fahrrad zu einer Zeit benutzt wird. Zusätzlich ist es für einen Hersteller von einem Radnaben basierten Leistungsmesser schwierig, einen Leistungsmesser bereitzustellen, welcher bei allen oder einer Mehrzahl von verschiedenen Hinterrad-Aufbauten, welche verfügbar sind, verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf eine Einrichtung und ein Verfahren zum Messen von einem Drehmoment und/oder einer Leistung bei einem angetriebenen Rad von einer Pedal-betriebenen Vorrichtung, wie beispielsweise ein Fahrrad, gerichtet. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Erfindung eine Drehmoment-Abtastvorrichtung, welche innerhalb einer hinteren Hohlkassette positioniert ist. Das Drehmoment-Abtastelement kann eine Röhre enthalten, welche zumindest einen darauf positionierten Dehnungsmessstreifen hat. Alternativ kann das Drehmoment-Abtastelement einen Biegebalken enthalten, welcher dazu konfiguriert ist, das Drehmoment zu erfassen, welches der Freilaufnabe von dem Fahrrad angelegt wird. Das Drehmoment kann durch eine Kraft-Abtastvorrichtung gemessen werden, welche mit einem Biegebalken verbunden ist oder in einer alternativen Ausführungsform zwischen einem Paar von orthogonal angeordneten Biegebalken angeordnet ist.
Die Drehmoment-Abtastelemente sind mit einer Elektronik verbunden, welche dazu konfiguriert ist, die eingesammelten Drehmoment-Daten zur Berechnung von der Leistung zu verarbeiten, welche durch den Benutzer angelegt wird. Es kann ein Übertrager, wie beispielsweise ein RF-Übertrager, in Verbindung damit bereitgestellt werden, um die Daten in Echtzeit an einen Empfänger zu übertragen. Die Elektronik und der Übertrager sind vorzugsweise in dem Hohlabschnitt von der hinteren Kassette enthalten.
Es ist daher eine Aufgabe von der vorliegenden Erfindung, eine Drehmoment-Abtastvorrichtung bereitzustellen, welche von Fahrrad zu Fahrrad und/oder von Rad zu Rad selektiv austauschbar ist. Es ist eine weitere Aufgabe von der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche durch eine Benutzer-Bedienung von einer Pedal-Anordnung angetrieben wird, welche eine Drehmoment-Abtastvorrichtung enthält, welche relativ leichtgewichtig ist. Es ist eine weitere Aufgabe von der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Drehmoment-Abtastsystem bereitzustellen.
Verschiedene weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnung offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Zeichnung stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, welche derzeit zur Durchführung der Erfindung in Erwägung gezogen wird.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Seitenansicht von einem Fahrrad, welches einen hinteren Kassetten basierten Leistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
2 eine Seitenansicht von der hinteren Kassette;
3 eine Schnittansicht von der hinteren Kassette von 2, welche entlang von Linien 3-3 genommen ist;
4 eine isometrische Teilansicht von der hinteren Kassette von 2, welche ein Drehmoment-Abtastelement gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung enthält;
5 eine isometrische Teilansicht von einer hinteren Kassette, welche ein Drehmoment-Abtastelement gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung enthält;
6 eine Schnittansicht von der in 5 angezeigten Ansicht;
7 eine isometrische Teilansicht von einer hinteren Kassette, welche ein Drehmoment-Abtastelement gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung enthält;
8 eine Seitenansicht von einer Hohlkassette-Rückplatte, welche eine Drehmoment-Abtastanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung enthält;
9A eine schematische Darstellung von einer Elektronik-Anordnung von dem Leistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung; und
9B eine schematische Darstellung von einer alternativen Elektronik-Anordnung von dem Leistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend nun auf die Zeichnung, und zunächst Bezug nehmend auf 1, ist ein Fahrrad 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches mit einer Leistungs-Abtastanordnung ausgestattet ist. Das Fahrrad 10 enthält einen Rahmen 12, welcher ein Paar von Pedalen 14 drehbar lagert, welche über Kurbelarme 16 mit einem Kettenring 18 verbunden sind. Der Kettenring 18 ist über eine Kette 24 mit der Radnabe 20 von dem Hinterrad 22 gekoppelt. Das Fahrrad 10 wird von einem Fahrradfahrer betrieben, welcher Drehkräfte über die Pedale 12 und die Kurbelarme 14 auf den Kettenring 18 anlegt. Die Umdrehung des Kettenrings 18 wird über die Kette 24 an die Hinterradnabe 20 überführt, welche das Hinterrad 22 über Speichen 26 in Umdrehung versetzt, um das Fahrrad 10 in Bewegung zu setzen.
Bezug nehmend nun auf 2, enthält das Fahrrad ferner eine Kassette 28, welche mit der Kette 24 in Eingriff steht und an die Hinterradnabe 20 von dem Fahrrad 10 auf eine bekannte Art und Weise befestigt ist, und eine Schaltkassette 30 enthält, welche um eine Hinterachse (kein Bezugszeichen hierfür) von dem Fahrrad 10 mittig angeordnet ist. Die Schaltkassette 30 enthält mehrere Verzahnungs-Sätze 32, welche sich von einem einzelnen Zahnkranz 34 aus erstrecken, jedoch in Bezug zueinander konzentrisch ausgerichtet sind.
Bezug nehmend auf 3, hat der einzelne Zahnkranz 34 ein im Allgemeinen stufenförmiges Profil, wobei sich die Verzahnung 32 von jeder „Stufe” von dem Stufenleiter-förmigen Aufbau aus erstreckt. In dieser Hinsicht stellt die Kassette 28 verschiedene Gangstufen auf eine Art und Weise bereit, welche ähnlich denen von herkömmlichen Kassetten ist, jedoch ohne die Notwendigkeit von separaten Zahnkränzen für jeden Verzahnungs-Satz. Durch diesen Aufbau ist die Kassette 28 mit einem hohlen Innenraum oder Innenbereich 36 bereitgestellt, welcher dazu verwendet werden kann, um Drehmoment-Abtastbauteile und die dazugehörige Elektronik innerhalb von der Kassette 28 unterzubringen, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird.
Wie oben erwähnt, wird die Kassette 28 auf eine bekannte Art und Weise an die Hinterradnabe 20 befestigt. In dieser Hinsicht enthält das Fahrrad 10 eine Freilaufnabe 38, durch welche sich die Hinterachse 40 von dem Fahrrad 10 erstreckt. Die Freilaufnabe 38 ist über ein Paar von Lagern 42 und 44, welche eine Umdrehung zwischen der Freilaufnabe 38 und der Achse 40 ermöglichen, an die Achse 40 gekoppelt. Die Kassette 28 ist durch Isolier-Lagerbuchsen 46 und 48 und eine Hülse 49 gegen die Freilaufnabe 38 isoliert. Die Kassette 28 ist somit über mehrere Biegebalken 50 und die Hülse 49 an die Freilaufnabe 38 gekoppelt. Die Kassette 28 enthält eine Rückplatte 54, welche eine darin definierte Öffnung (kein Bezugszeichen hierfür) hat, um die Kassette 28 über die Hülse 49, welche mit der Freilaufnabe 38 verkeilt ist, einzuschieben. Die Biegebalken 50 sind zwischen der Hülse 49 und der Rückplatte 54 gesetzt. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Biegebalken 50 über die Keil-Hülse 49 mit der Freilaufnabe 38 verbunden, wobei selbstverständlich weitere Verbindungstypen zur Drehmomentüberführung verwendet werden können. Wie im Folgenden detaillierter beschrieben, enthält jeder Biegebalken 50 ein oder mehrere Drehmoment-Abtastelemente 52, wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen, um das Drehmoment abzutasten, welches auf die Freilaufnabe 38 angelegt wird, wenn der Fahrradfahrer in die Pedale des Fahrrades 10 tritt.
Ein Verschlussring 56 oder ein ähnlicher Verschluss kann dazu verwendet werden, um die Kassette 28 an die Freilaufnabe 38 zu befestigten, um eine lineare Bewegung von der Kassette 28 entlang des Körpers von der Freilaufnabe 38 zu beschränken. Die Achse 40 ist über eine Schraubenmutter 58 an Ort und Stelle befestigt. Wie im Stand der Technik bekannt, kann eine Welle (nicht gezeigt) durch die Achse 40 eingesetzt werden, und kann eine Verschlusskappe (nicht gezeigt) dazu verwendet werden, um die zuvor genannten Bauteile an die Hinterradgabel von dem Fahrrad 10 zu befestigen.
Mit Bezugnahme auf 4, enthält jeder Biegebalken 50 einen sich radial erstreckenden Abschnitt 60, welcher an die Hülse 49 gekoppelt ist, und einen sich axial erstreckenden Ausleger 62, welcher sich seitlich von dem Abschnitt erstreckt und mit der Rückplatte 54 verbunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Drehmoment-Abtastelement 52 an gegenüberliegenden Seiten von jedem Ausleger 62 befestigt. Die Drehmoment-Abtastelemente 52 sind vorzugsweise unter Verwendung von einem Klebemittel oder einem ähnlich bekannten Befestigungsmechanismus an die Biegebalken 50 angebracht.
Im Betrieb werden demgemäß Drehkräfte, welche auf die Kassette 28 angelegt sind, an die Rückplatte 54 überführt und direkt an die Biegebalken 50 weitergeleitet. Die Biegebalken 50 verformen sich in Ansprechen auf das angelegte Drehmoment, und die Drehmoment-Abtastelemente 52 erfassen die Verformung, welche die Biegebalken 50 erfahren. Es werden entsprechende Signale in Zusammenhang mit der Biegeverformung in den Balken 50 durch die Drehmoment-Abtastelemente 52 erlangt und dann durch die Elektronik verarbeitet, welche mit den Drehmoment-Abtastelementen 52 verbunden ist. Ferner können die verarbeiteten Daten dann mittels eines Übertragers, wie beispielsweise ein RF-Übertrager, an einen Empfänger übertragen werden, wie dies im Stand der Technik allgemein bekannt ist, um verschiedene Parameter, wie beispielsweise die Leistung, nachfolgend zu verarbeiten und zu berechnen.
Bezug nehmend nun auf 5 und 6, sind die Drehmoment-Abtastelemente 52 gemäß einer weiteren Ausführungsform von der Erfindung an einer Röhre 64, welche über die Freilaufnabe 38 eingesetzt ist, befestigt. In dieser Ausführungsform ist das Ende von der Innenoberfläche von der Röhre 64 keilverzahnt, um die Verzahnung von der Freilaufnabe 38 in Eingriff zu nehmen. Die Freilaufnabe 38 ist gegen die Rückplatte 54 von der Kassette 28 auf eine Art und Weise isoliert, welche ähnlich jener ist, wie oben beschrieben, jedoch ist sie über die Röhre 64, welche direkt an die Rückplatte 54 gekoppelt ist, an die Kassette 28 gekoppelt. Somit ist, unter Bezugnahme auf 6, die „linke Seite” von der Röhre 64 fest mit der Rückplatte 54 von der Hohlkassette 28 verbunden, und ist die „rechte Seite” von der Hohlkassette 28 gegen die Röhre 64 durch eine Isolier-Lagerbuchse 65 gegen die Röhre 64 isoliert. Die „linke Seite” von der Röhre 64 ist durch eine Lagerbuchse 67 gegen die Freilaufnabe 38 isoliert. In einer Ausführungsform kann die Röhre 64 über ein Verschweißen oder durch mehrere Nieten oder Bolzen (nicht gezeigt) an die Rückplatte 54 gekoppelt werden, es ist jedoch verständlich, dass weitere Verbindungen angewendet werden können. Im Betrieb wird das Drehmoment, welches an die Kassette 28 angelegt wird, von der Rückplatte 54 über die Röhre 64 an die Freilaufnabe 38 übertragen. Das Drehmoment wird durch die Drehmoment-Abtastelemente 52 abgetastet, welche die Torsions-Verformung abtasten, welche die Röhre 64 bei der Übertragung von der Kraft von der Rückplatte 54 an die Freilaufnabe 38 erfährt. Die abgetasteten Verformungssignale werden dann durch die Elektronik verarbeitet, welche in der Kassette 28 enthalten ist, und werden zur weiteren Verarbeitung an einen Empfänger übertragen.
7 stellt eine weitere Ausführungsform dar, bei welcher das Drehmoment, welches durch einen Radfahrer angelegt wird, gemessen werden kann, um die Leistungsgröße zu bemessen, welche der Radfahrer ausübt, um das Fahrrad voranzutreiben. In dieser Ausführungsform sind mehrere miteinander verbundene Drehmoment-Übertragungs-Balkenelemente 66 und 68 mit der Rückplatte 54 und der Freilaufnabe 38 verbunden. Genauer gesagt, ist jedes axiale Balkenelement 66 mit der Rückplatte 54 gekoppelt und erstreckt sich von der Rückplatte 54 entlang einer Achse, welche im Allgemeinen parallel ist zur Längsachse von der Freilaufnabe 38. Jedes radiale Balkenelement 68 ist an der Hülse 69 befestigt, welche mit der Freilaufnabe 32 verbunden ist, und Ist senkrecht zu einem der axialen Balkenelemente 66 ausgerichtet. Ein Drehmoment-Abtastelement 70 ist zwischen jedem axialen Balkenelement 66 und dessen zugehörigen radialen Balkenelement 68 positioniert.
In dieser Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung enthält das Drehmoment-Abtastelement 70 einen Druckkraftsensor, welcher dazu ausgelegt ist, eine Druckkraft zwischen den Balkenelementen 66 und 68 zu erfassen. Demgemäß messen die Drehmoment-Abtastelemente 70 im Betrieb, wenn das Drehmoment von der Kassetten-Rückplatte 54 über die Balkenelemente 66 und 68 an die Freilaufnabe 38 übertragen wird, eine Druckkraft, welche sich zwischen den Balkenelementen 66 und 68 einstellt. Die gemessene Druckkraft kann dann durch die Elektronik verarbeitet werden, welche innerhalb von der Kassette 28 untergebracht ist, und an einen Empfänger übertragen werden, wie zuvor beschrieben.
Bezug nehmend nun auf 8, enthält die Rückplatte 54 von der Kassette 28, gemäß einer weiteren Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung, Verzahnungen 72, welche dazu ausgelegt sind, um zusammenwirkende Elemente von der Freilaufnabe 38 aufzunehmen. In der dargestellten Ausführungsform enthält die Rückplatte 54 mehrere Z-förmige Öffnungen 74 innerhalb des Bereiches von der Rückplatte 54. Die Öffnungen 74 sind derart gestaltet, so dass nacheinander angrenzende Öffnungen 74 Abschnitte haben, welche sich überlappen, jedoch durch eine verengte Ansatzsektion 75 voneinander getrennt sind. Die Innenabschnitte von der Rückplatte 54, welche durch Öffnungen 74 bestimmt sind, welche im Allgemeinen mit einem Bezugszeichen 76 gekennzeichnet sind, und die Außenabschnitte von der Rückplatte 64, welche durch Öffnungen 74 bestimmt sind, welche im Allgemeinen mit einem Bezugszeichen 77 gekennzeichnet sind, sind durch die Ansatzsektionen 75 verbunden, welche dazu wirken, um das Drehmoment von dem Außenbereich von der Rückplatte 54 an den Innenbereich von der Rückplatte 64 zu übertragen. Ein Drehmoment-Abtastelement 78 ist an jede von den Ansatzsektionen 75 angebracht. Die Drehmoment-Abtastelemente 78 sind vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, welche dazu wirken, um eine Dehnung in den Ansatzsektionen 75 abzutasten, welche aus Biegekräften herrührt, welche an die Ansatzsektionen 75 angelegt werden. Im Betrieb wird das Drehmoment, welches auf die Drehmoment-Übertragungs-Aufbauelemente 76 einwirkt, durch die Drehmoment-Abtastelemente 78 abgetastet, durch die Elektronik verarbeitet, welche in der Kassette untergebracht ist, und an einen Empfänger übertragen, wie zuvor beschrieben.
Bezug nehmend nun auf 9A, ist eine Elektronik-Anordnung 80 zum Messen des Drehmoments, welches durch den Radfahrer angelegt wird, gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung gezeigt. Zunächst unter Bezugnahme auf 9A, enthält die Elektronik-Anordnung 80 eine Wheatstone-Brücke 82, welche mit einem Verstärker 84 verbunden ist, welcher das Signal verstärkt, welches durch die Brücke 84 gemessen ist. Der Fachmann wird anerkennen, dass ein Dehnungsmessstreifen, wie beispielsweise jener, welcher oben angezeigt und beschrieben ist, schematisch durch eine Wheatstone-Brücke dargestellt werden kann. Es ist ein A/D-Umwandler 86 enthalten, um das Analogsignal, welches durch die Brücke 82 erfasst ist, in ein Digitalsignal umzuwandeln. Es ist eine CPU 88 bereitgestellt, welche Daten von einem Drehsensor 92 empfängt, welcher eine Umdrehung des Hinter- oder Vorderrades von dem Fahrrad erfasst, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Die CPU 88 empfängt die Drehmoment-Messung, wie durch die Wheatstone-Brücke 82 erfasst, zusammen mit einer Winkelgeschwindigkeits-Information von dem Sensor 92, um die Leistung zu bestimmen, welche durch den Radfahrer angelegt wird. Die berechneten Werte können dann mittels eines RF-Übertragers 90 an eine Antenne 94 oder einen Empfänger übertragen werden, so dass die entsprechenden Leistungswerte und jene, welche daraus hergeleitet werden, aufgezeichnet und/oder dem Benutzer angezeigt werden können, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Es ist verständlich, dass die CPU zusätzliche Leistungswerte von den oben angegebenen Drehmoment- und/oder Winkel-Messungen berechnen oder anderweitig herleiten kann. Beispielsweise kann die CPU eine Fahrradgeschwindigkeit, einen Rhythmus, eine zurückgelegte Distanz und eine Fahrtzeit, als auch gemittelte Werte, wie beispielsweise eine gemittelte Leistung, eine gemittelte Geschwindigkeit und dergleichen, berechnen.
9B stellt eine weitere Ausführungsform von einer Elektronik-Anordnung 96 von der vorliegenden Erfindung dar. Die Elektronik-Anordnung 96 ist im Wesentlichen ähnlich der oben beschriebenen Elektronik-Anordnung 80; jedoch wird in dieser Ausführungsform ein Kraftsensor 98 zum Messen der Kraft, welche durch den Benutzer angelegt wird, anstelle von einer Wheatstone-Brücke verwendet. Die Bauteile 100 bis 110 sind ähnlich den Bauteilen 84 bis 94, wie oben beschrieben.
Abermals Bezug nehmend auf 1, können die Elektronik-Bauteile, welche in 9A und 9B angezeigt sind, derart konfiguriert sein, so dass sie in den Innenraum 36 von der Kassette 28 passen. Beispielsweise können die Elektronik-Bauteile durch einen geeigneten Bauteil-Träger 120 getragen werden, welcher innerhalb eines Gehäuses 122 enthalten ist, welches dazu ausgelegt ist, innerhalb des Innenraums 36 aufgenommen und befestigt zu werden. Der Bauteil-Träger 120 und das Gehäuse 122 können in der Form eines Rings sein, welcher mit der Rückplatte 54 verbunden ist, obwohl es verständlich ist, dass solche Bauteile einen jeglichen gewünschten Aufbau haben können und an einem jeglichen geeigneten Ort innerhalb des Innenraums 36 von der Kassette 28 befestigt werden können.
Es sollte zusätzlich verständlich sein, dass die CPU in dem Hohlabschnitt von der Kassette positioniert werden kann, jedoch ist es verständlich, dass die CPU auch an einer anderen Stelle an dem Fahrrad befestigt werden kann, wie beispielsweise die Lenkstange, und dass die Ausgabe von den Drehmoment-Abtastelementen und dem Geschwindigkeitssensor über eine drahtgebundene oder eine drahtlose Verbindung an die CPU übertragen werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsform beschrieben, und es ist zu verstehen, dass Äquivalente, Alternativen und Modifikationen, abgesehen von jenen, wie oben angegeben, möglich sind und innerhalb des Umfangs von den anliegenden Ansprüchen fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6418797 [0002]

Claims

Fahrrad, welches enthält: einen Rahmen; ein Paar von Rädern, welches ein Antriebsrad enthält, welches an dem Rahmen angebracht sind; eine drehbare Pedal-Anordnung, welche an dem Rahmen angebracht ist; einen Kettenantrieb, welcher mit der drehbaren Pedal-Anordnung zusammenwirkt und dazu ausgelegt ist, eine Umdrehung des Antriebsrades in Ansprechen auf eine Umdrehung von der drehbaren Pedal-Anordnung zu bewirken; eine Zahnradantrieb-Anordnung, welche angetrieben mit dem Antriebsrad verbunden ist, und während eines Bedienens der drehbaren Pedal-Anordnung durch den Kettenantrieb angetrieben ist, wobei die Zahnradantrieb-Anordnung einen Innenraum enthält; und eine Drehmoment-Abtastanordnung, welche innerhalb des Innenraums von der Zahnradantrieb-Anordnung positioniert ist, um ein Drehmoment zu messen, welches durch einen Benutzer über den Kettenantrieb und die Pedal-Anordnung an die Zahnradantrieb-Anordnung angelegt ist.
Fahrrad nach Anspruch 1, bei welchem die Zahnradantrieb-Anordnung eine Hohlkassette enthält, welche den Innenraum bestimmt, wobei die Drehmoment-Abtastanordnung innerhalb des Innenraums von der Hohlkassette positioniert ist, und wobei die Hohlkassette mehrere konzentrische externe Zahnkränze enthält.
Fahrrad nach Anspruch 2, welches ferner eine Radnaben-Anordnung enthält, welche innerhalb des Antriebsrades angebracht ist und eine daran befestigte Freilaufnabe enthält, wobei die Hohlkassette an der Freilaufnabe befestigt ist.
Fahrrad nach Anspruch 3, bei welchem die Drehmoment-Abtastanordnung zwischen der Kassette und der Freilaufnabe befestigt ist.
Fahrrad nach Anspruch 4, bei welchem die Drehmoment-Abtastanordnung eine Drehmoment-Messanordnung enthält, welche zumindest ein Drehmoment-Abtastelement enthält, welches zwischen der Kassette und der Freilaufnabe befestigt ist.
Fahrrad nach Anspruch 5, bei welchem die Drehmoment-Messanordnung zumindest einen Drehmoment-Übertragungs-Biegebalken enthält, welcher zwischen einer Rückplatte, welche durch die Kassette bestimmt ist, und der Freilaufnabe befestigt ist.
Fahrrad nach Anspruch 6, bei welchem das Drehmoment-Abtastelement einen Dehnungsmessstreifen enthält, welcher an dem Biegebalken angebracht ist.
Fahrrad nach Anspruch 5, bei welchem die Drehmoment-Abtastanordnung ein Röhrenelement enthält, welches an der Freilaufnabe angebracht ist und mit der Kassette verbunden ist, und ferner einen Dehnungsmessstreifen enthält, welcher mit dem Röhrenelement gekoppelt ist.
Fahrrad nach Anspruch 1, bei welchem die Drehmoment-Abtastanordnung eine Elektronik-Anordnung enthält, welche dazu ausgelegt ist, um daran von einem Drehmoment-Abtastelement bereitgestellte Signale zu verarbeiten.
Fahrrad nach Anspruch 5, bei welchem die Drehmoment-Abtastanordnung ein Paar von orthogonal gekoppelten Drehmoment-Übertragungsbalken enthält, wobei ein erster Biegebalken an einer Rückplatte von der Kassette befestigt ist und ein zweiter Balken an der Freilaufnabe befestigt ist.
Fahrrad nach Anspruch 10, bei welchem das Drehmoment-Abtastelement ein Druckkraft-Abtastelement enthält, welches zwischen dem ersten Balken und dem zweiten Backen befestigt ist.
Fahrrad nach Anspruch 1, bei welchem die Zahnradantrieb-Anordnung eine Hohlkassette enthält, welche mehrere konzentrische, externe Zahnkränze und eine Rückplatte hat, und wobei ein Abschnitt von der Drehmoment-Abtastanordnung an der Rückplatte von der Hohlkassette befestigt ist.
Fahrrad nach Anspruch 12, bei welchem die Drehmoment-Abtastanordnung eine Mehrzahl von Drehmoment-Abtastelementen enthält, welche an der Rückplatte befestigt sind.
Fahrrad nach Anspruch 13, bei welchem die Drehmoment-Abtastelemente eine Mehrzahl von Dehnungsmessstreifen enthalten.
Leistungs-Abtastanordnung zur Verwendung mit einer Einrichtung, welche durch einen Benutzer betrieben wird, welcher eine Kraft an eine Pedalanordnung anlegt, und eine Zahnradantrieb-Anordnung zum Antreiben eines Rades von der Einrichtung enthält, wobei die Leistungs-Abtastanordnung enthält: eine Drehmoment-Abtastanordnung, welche innerhalb eines Innenraums, welcher durch die Zahnradantrieb-Anordnung bestimmt ist, eingebaut ist, welche eine Mehrzahl von Drehmoment-Abtastelementen hat, welche damit verbunden sind, wobei die Drehmoment-Abtastanordnung dazu ausgelegt ist, um das Drehmoment zu messen, welches durch einen Benutzer an die Pedal-Anordnung angelegt ist; einen Geschwindigkeitssensor, welcher eine Umdrehung von einem Rad von der Einrichtung erfasst; und einen Prozessor, welcher eine Leistung in Zusammenhang mit der an die Pedal-Anordnung angelegte Kraft anhand des Drehmoments, welches durch die Drehmoment-Abtastanordnung gemessen ist, und einer Winkelgeschwindigkeits-Information, welche durch den Geschwindigkeitssensor bereitgestellt ist, bestimmt.
Leistungs-Abtastanordnung nach Anspruch 15, bei welcher die Drehmoment-Abtastelemente Dehnungsmessstreifen enthalten.
Leistungs-Abtastanordnung nach Anspruch 15, welche ferner ein Röhrenelement enthält, welches einen Satz von Drehmoment-Abtastelementen, welche daran befestigt sind, hat, und wobei das Röhrenelement dazu ausgelegt ist, über eine Freilaufnabe von der Einrichtung aufgesteckt zu werden.
Leistungs-Abtastanordnung nach Anspruch 15, bei welcher die Drehmoment-Abtastanordnung dazu ausgelegt ist, eine Rückplatte in Eingriff zu nehmen, welche zum Teil dazu dient, den Innenraum von einer Zahnradantrieb-Anordnung zu bestimmen.
Leistungs-Abtastanordnung nach Anspruch 18, bei welcher die Drehmoment-Abtastanordnung eine Mehrzahl von Biegebalken enthält, welche zwischen der Rückplatte und der Freilaufnabe befestigt sind, wobei die Mehrzahl von Biegebalken zumindest ein Drehmoment-Abtastelement enthalten, welches daran angebracht ist.
Leistungs-Abtastanordnung nach Anspruch 19, bei welcher das zumindest eine Drehmoment-Abtastelement einen Dehnungsmessstreifen enthält, und wobei die Dehnungsmessstreifen mit einer Elektronik-Anordnung verbunden sind, welche dazu ausgelegt ist, um das gemessene Drehmoment zu verarbeiten.
Fahrrad-Laufrad, welches enthält: eine Felge; einen Innenradnabenbereich; eine Zahnradantrieb-Anordnung, welche angetrieben mit dem Innenradnabenbereich verbunden ist, wobei die Zahnradantrieb-Anordnung einen Innenraum enthält; und eine Drehmoment-Abtastanordnung, welche innerhalb des Innenraums von der Zahnradantrieb-Anordnung positioniert ist, um ein Drehmoment zu messen, welches durch einen Benutzer an die Zahnradantrieb-Anordnung angelegt ist.
Fahrrad-Laufrad nach Anspruch 21, bei welchem die Zahnradantrieb-Anordnung eine Hohlkassette enthält, welche den Innenraum bestimmt, wobei die Drehmoment-Abtastanordnung innerhalb des Innenraums von der Hohlkassette positioniert ist, und wobei die Hohlkassette mehrere konzentrische, externe Zahnkränze enthält.