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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Laufrad eines Fahrrades, mit einer Felge, die über zumindest eine Speiche mit einer Nabe verbunden ist und zur Aufnahme eines Schlauches und eines Mantels oder eines Schlauchreifens vorgesehen ist, mit einer Druckmessvorrichtung und einer Temperaturerfassungsvorrichtung, die an der Felge angebracht sind.
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Solche Laufräder werden in muskelbetriebenen Fahrzeugen, wie Fahrrädern, Dreirädern oder ähnlichen Fahrzeuge eingesetzt.
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Besonders hochwertige Laufräder sollen bei minimiertem Gewicht herausragend stabil sein und hohe Steifigkeitswerte aufweisen. Auch ist für den Fahrer bedeutend zu wissen, welche Geschwindigkeit er fährt und in welchem Zustand sich sein Laufrad befindet.
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Es gibt bereits Ansätze, um bei allgemeinen Laufrädern, insbesondere solchen an Kraftfahrzeugen, Informationen über den Ist-Zustand des Laufrades zu erhalten. Solche Informationen sind einerseits einem Wartungspersonal und andererseits dem Nutzer des Laufrades zur Verfügung zu stellen.
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Bei Kraftfahrzeugen sind insbesondere bereits Luftdruckerfassungsvorrichtungen bekannt, die jedoch immer sehr teure Drucksensoren verwenden. Solche Lösungen sind bspw. aus der
DE 10203619 A1 , der
US 2003/0074961 A1 und der
DE 60225658 T2 bekannt.
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Da bei Fahrrädern besondere Anforderungen, unter anderem wegen geforderten Leichtbaus, Stabilitätsforderungen und Kostenforderungen, vorherrschen, ist eine entsprechende Übertragung aus dem Kraftfahrzeugbereich unüblich.
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Aus der
DE 19619899 A1 ist ein Fahrrad-Daten-Rekorder zum Ermitteln, Auswerten, Anzeigen und Aufzeichnen von Fahrdaten und Leistungen bekannt. Allerdings ist diese Lösung relativ ungenau und noch zu verbessern.
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Es ist aber gerade die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besonders genaues, leichtes, haltbares und steifes Laufrad für ein Fahrrad zur Verfügung zu stellen, das Ist-Informationen über den momentanen Zustand sowohl einem Wartungspersonal als auch einem Nutzer zur Verfügung stellt. Dabei soll auf kostenintensive Bauteile, wie Drucksensoren verzichtet werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Druckmessvorrichtung zwei quer zueinander auf der Felge befestigte Dehnungsmessstreifen umfasst und ein erster Dehnungsmessstreifen entlang des Umfangs an einer das Felgenbett der Felge ausformenden ersten Wandung der Felge angeordnet ist und sich ein dazu orthogonal angeordneter zweiter Dehnungsmessstreifen über die ganze Breite des Felgenbettes erstreckt. Auf diese Weise lässt sich sowohl in Umfangsrichtung eine Dehnung oder Stauchung des Felgenmaterials, als auch eine quer dazu, vorzugsweise orthogonal dazu wirkende Dehnung oder Stauchung erfassen. Werden den entsprechenden Dehnungswerten oder Stauchungswerten im Rahmen einer Eichung spezielle Druckwerte zugeordnet, so ist jederzeit eine Anzeige des momentanen Drucks, bedingt bspw. durch den Luftdruck im Schlauch und des Mantels bzw. im Schlauchreifen möglich, um dem Nutzer entsprechende Informationen zur Verfügung zu stellen. Es wird eine besonders verlässliche Messung erhalten. Erstreckt sich bspw. der zweite Dehnungsmessstreifen von einem ersten Felgenhorn zu einem gegenüberliegenden zweiten Felgenhorn, so lässt sich eine Messung in zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Richtungen über das gesamte Felgenbett hinweg durchführen. Die Aussagegenauigkeit einer solchen Messung ist dabei besonders hoch.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind auch in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Wenn die Druckmessvorrichtung zwei quer zueinander auf der Felge befestigte Dehnungsmessstreifen umfasst so kann der Druck sowohl in Umfangsrichtung als auch von einem Felgenhorn zum anderen ermittelt werden. Auf diese Weise lässt sich sowohl in Umfangsrichtung eine Dehnung oder Stauchung des Felgenmaterials, als auch eine quer dazu, vorzugsweise orthogonal dazu wirkende Dehnung oder Stauchung erfassen.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Druckmessvorrichtung nur aus mehreren Dehnungsmessstreifen aufgebaut ist, wobei die von den Dehnungsmessstreifen zur Verfügung gestellten Messwerte definierten Druckwerten zugeordnet sind. Werden nur Dehnungsmessstreifen verwendet, und insbesondere keine Drucksensoren eingesetzt, so lassen sich die Kosten eines solchen Laufrades erheblich reduzieren, ohne dass dies zu Lasten des Komforts des Gewichts oder der Steifigkeit gehen würde.
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Um temperaturbedingte Auswirkungen erfassen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Temperaturerfassungsvorrichtung an einer eine Bremsflanke ausformenden zweiten Wandung der Felge angeordnet ist. Dabei lässt sich eine insbesondere durch die Bremswirkung hervorgerufene Temperaturerhöhung erfassen. Dadurch lassen sich zu hohe Temperaturen nicht nur erkennen, sondern auch vermeiden, wodurch Delaminationsvorgänge verhindert werden können.
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Wenn die Temperaturerfassungseinrichtung zwei Temperatursensoren aufweist, die beidseitig des ersten Dehnungsmessstreifens angeordnet sind, so lassen sich die einzelnen Elemente besonders gut für die Montage vorbereiten.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Temperatursensoren auf einer gemeinsamen Trägerfolie der Dehnungsmessstreifen befestigt sind. Während der Montage lassen sich dann die Dehnungsmessstreifen in einem Arbeitsgang zusammen mit den Temperatursensoren im Bereich des Felgenbetts und der Bremsflanken anordnen. Die Herstellkosten reduzieren sich dadurch. Um besonders gute Messergebnisse zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die Trägerfolie auf der radial nach innen ausgerichteten Seite der ersten Wandung angeordnet ist und sich vorteilhafterweise bis auf die aufeinander zu ausgerichteten Seiten der zweiten Wandungen erstrecken, um die Temperatursensoren dort positionieren zu können.
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Ein besonders leichtes und gleichzeitig steifes Laufrad lässt sich erreichen, wenn die Felge aus Faserverbundmaterial, wie aus Harz durchdrungenem Kohlefasergewebe oder -geflecht gebildet ist, insbesondere aus sog. Pre-Preg-Lagen mit Kohlefasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern.
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Wenn eine mit der Druckmessvorrichtung und der Temperaturerfassungsvorrichtung über ein Kabel verbundene Sende- und Verarbeitungseinheit in einem durch das Faserverbundmaterial umschlossenen Bereich des Trägers angeordnet ist oder in der Nabe angeordnet ist, so lassen sich die in der Felge und an der Felge erfassten Messwerte einfach weiter verarbeiten und weiter verschicken. So ist ein Versenden an eine an einem Lenker befestigte Anzeigevorrichtung mittels Funk oder mittels Kabel einfach realisierbar, so dass der Nutzer des Fahrrades, und des darin angeordneten Laufrades, einen aktuellen Zustandsbericht angezeigt bekommen kann. Auch können kumulierte Informationen abgerufen werden. Hierfür ist die Verwendung eines EEPROM-Speichers von Vorteil.
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Es ist ferner von besonderem Vorteil, wenn die Sende- und Verarbeitungseinheit in eine seitliche Ausnehmung eines von der ersten Wandung und den zwei zweiten Wandungen eingeschlossenen Schaumkern eingesetzt ist, wobei die Ausnehmung durch ein Loch in einer der zwei zweiten Wandungen zugänglich ist. Die Montage ist dadurch besonders einfach und kostengünstig möglich. Es ist von Vorteil, wenn die an der Druckmessvorrichtung und der Temperaturerfassungsvorrichtung angebrachten Kabel in einem Stecker münden, der mit einem Gegenstecker der Sende- und Verarbeitungseinheit verbindbar ist. Als vorteilhaft haben sich hier Clips-Lösungen herausgestellt.
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Wenn das Loch in der entsprechenden zweiten Wandung spanabhebend eingebracht ist oder bei einem die Felgenform festlegenden Formgebungsverfahren vorgehalten ist, bspw. mittels eines Dummys, so lässt sich ausreichend Bauraum für die Sende- und Verarbeitungseinheit vorhalten. Der Vorteil einer spanabhebenden Bearbeitung ist, dass bei den Formgebungsverfahren nicht diesbezüglicher Maßnahmen vorzuhalten sind. Wenn allerdings schon das Formgebungsverfahren daraufhin ausgerichtet ist, so kann auf den zusätzlichen Arbeitsschritt des Spanabhebens, wie etwa eines Fräsens oder Bohrens, verzichtet werden.
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Um die Inegrität der Felge wieder herzustellen ist es von Vorteil, wenn das Loch mit einer Faserverbundmaterial aufweisenden Platte verschlossen ist. Eine solche Platte ist dann einlaminierbar, ohne dass die Steifigkeit der Felge im besonderen Maße beschädigt ist.
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Wenn das Kabel an oder in einer Speiche entlanggeführt ist, lässt sich die Druckmessvorrichtung und die Temperaturerfassungsvorrichtung einfach mit der Sende- und Verarbeitungseinheit verbinden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Kabel in einer hohl ausgestalteten Speiche angeordnet ist. In einer solchen Variante ist das Kabel von der Felge ästhetisch ansprechend und aerodynamisch nicht störend bis zur Nabe verbringbar, in der dann die Sende- und Verarbeitungseinheit problemlos anordnenbar ist.
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Um ein Auslesen der Sende- und Verarbeitungseinheit auch am Ort der Wartung zu ermöglichen, an der bspw. der Rahmen und der darin befestigte Lenker mit der Anzeigeeinheit nicht vorhanden ist, ist es von Vorteil, wenn die Sende- und Verarbeitungseinheit einen Prozessor, einen EEPROM-Speicher, eine Sendeeinrichtung und/oder eine Stromversorgung aufweist. Über die Sendeeinrichtung lässt sich die Information einfach an einen beliebigen Ort versenden, wobei die Stromversorgung für das Zurverfügungstellen von Energie, insbesondere elektrischer Energie, für die Sende- und Verarbeitungseinheit von besonderem Wert ist. Über den Prozessor lassen sich Rohdaten vorverarbeiten, wodurch aufwändige nachgeschaltete Prozessorschritte vermieden werden.
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Als besonders verlässlich hat sich das Übertragen von Daten herausgestellt, wenn die Sendeeinrichtung zum Versenden von Daten nach dem ANT-Standard an eine Ausleseeinheit, wie ein Display, ausgelegt ist.
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Die Messgenauigkeit ist dann besonders gut, wenn die Dehnungsmessstreifen in einer Wheatstone'scheu-Messbrückenanordnung verschalten sind.
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Auch hat es sich in einer Variante als vorteilhaft herausgestellt, wenn mehrere Druckmessvorrichtungen äquidistant zueinander zwischen dem Schaumkern und der durch die erste und zweite Wandung gebildeten Fläche angeordnet sind. Aufgrund der Vielzahl an Druckmessvorrichtungen wird die Genauigkeit erhöht.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Laufrad, das in einem Fahrrad eingesetzt ist, und eine Felge aufweist, die über zumindest eine Speiche mit einer Nabe verbunden ist und zur Aufnahme eines Schlauches und eines Mantels oder eines Schlauchreifens vorgesehen ist. Solche Laufräder können Druckmessvorrichtungen und Temperaturerfassungsvorrichtungen aufweisen, die an der Felge angebracht sind. Um eine beispielsweise werbewirksame Anzeige zu generieren, ist es von Vorteil, wenn LEDs auf der Oberfläche des Laufrades angeordnet sind, die in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Laufrades so angesteuert sind, dass sich für das menschliche Auge ein stehendes Bild ergibt. Auf diese Weise können sich bei einer kombinatorischen Nutzung mit einer Druckmessvorrichtung und einer Temperaturerfassungsvorrichtung, wobei die Druckmessvorrichtungen zwei quer zueinander auf der Felge befestigte Dehnungsmessstreifen umfasst, nicht nur die Temperatur, der Druck und/oder die Geschwindigkeit angezeigt werden, sondern alternativ oder abwechselnd auch separate Botschaften übermittelt werden. Die Ansteuerung ist dann derart, dass sich z. B. einzelne Buchstaben oder Zahlen für das menschliche Auge zu einem stehenden Wort oder unbewegten Ziffern zusammensetzen. Zu dem Zweck ist der Prozessor entsprechend zu nutzen, so dass die LEDs zum richtigen Zeitpunkt nacheinander oder gleichzeitig aufleuchten.
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Wenn die LEDs an einer oder mehreren Speichen angebracht sind, so lässt sich mit einfachen Mitteln ein Flächeneffekt erreichen. Mehrfarbige Bilder lassen sich auch dann besonders wirksam einsetzen, wenn die LEDs unterschiedliche Farben haben. Dabei können die LEDs in mehreren Reihen parallel zur Speiche angeordnet werden.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Speiche nicht als einzelnes dünnes Element ausgestaltet sein muss, sondern auch als aerodynamisch breite Speiche oder als Scheibe ausgestaltet sein kann.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn eine Ansteuerung so ausgelegt ist, dass über die LEDs die errechnete Geschwindigkeit eines das Laufrad aufnehmenden Fahrrades, die Temperatur der Felge und/oder sonstige alphanumerische Zeichen zeitabhängig dargestellt ist/sind.
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Wenn ein Rotationserfassungssensor mit der Druckmessvorrichtung und der Temperaturerfassungsvorrichtung integriert ist, der in Wechselwirkung mit einem an einem Rahmen oder einer Gabel des Fahrrades zusammenwirkenden Magneten Rückschlüsse für die Geschwindigkeit des Fahrrades zulässt, so kann auf zusätzliche Tachos verzichtet werden.
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Um die Umweltfreundlichkeit zu erhöhen, ist es von Vorteil, wenn die Stromversorgung eine Batterie oder einen Akkumulator aufweist. Gerade der Akkumulator bietet hier besondere Vorteile.
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Wenn der Akkumulator und eine am Rahmen oder der Gabel angeordnete Spule bei Rotation des Laufrades in einer ein Aufladen des Akkumulators resultierenden Anordnung befindlich sind, so kann der Nutzer des Laufrades durch das muskelbetriebene Antreiben des Laufrades die Druckmessvorrichtung, die Temperaturerfassungsvorrichtung und/oder die Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung sowie die Sende- und Verarbeitungseinheit mit Strom versorgen, ohne dass ein externer Energielieferant hinzugezogen werden muss.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrrad mit einem Laufrad gemäß der Erfindung sowie eine Verwendung eines Dehnungsmesstreifens in einem Laufrad eines Fahrrades zur Erfassung des Drucks und/oder der Verformung in dem Laufrad.
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Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer ersten Ausführungsform eines Fahrradlaufrades im Bereich der Felge und einer daran befestigten Speiche,
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2 einen zweiten Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel an vergleichbarer Stelle,
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3 das Ausführungsbeispiel aus 2 mit einem verschlossenen Loch und
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4 die in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzte Druckmess- und Temperaturerfassungsvorrichtung in einer singulären Darstellung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Für die gleichen Elemente werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
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In 1 ist ein Abschnitt eines Laufrades eines Fahrrades dargestellt, das eine Felge 1 aufweist. Die Felge 1 weist eine erste Wand oder Wandung 2 auf, die sich in Umfangsrichtung des Laufrades erstreckt und an beiden seitlichen Enden in zwei zweite Wände oder Wandungen 3 übergeht.
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Die zweiten Wände 3 bilden einen Bremsflankenbereich 4 aus. Der Bremsflankenbereich 4 ist der Bereich, in dem Bremsbacken von Bremsen, wie bspw. Cantilever-Bremsen angreifen.
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Im Inneren der Felge 1 ist ein Kern vorgehalten, der bspw. als Schaumkern 5 ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist statt einem aufblasbaren Kern ein solcher Schaumkern 5 verwendet. Die erste Wand 2 und die zweiten Wände 3 umgeben den Schaumkern 5 hüllenartig und geraten in einem speichennahen Bereich in Anlage miteinander. Dort ist eine Speiche 6 vorhanden, wobei die Speiche 6 eine Verbindung der Felge 1 mit einer nicht dargestellten Nabe darstellt. Die Nabe weist im Regelfall einen Nabenkörper auf, der hohl ausgestaltet ist und zur Aufnahme von einer später näher bezeichneten Sende- und Verarbeitungseinheit 7 geeignet ist.
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In 1 ist diese Sende- und Verarbeitungseinheit nicht dargestellt, wohl aber in den 2 und 3.
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Die erste Wand 2 und die zweiten Wände 3 sind aus mehreren Pre-Preg-Lagen aufgebaut. Solche Pre-Preg-Lagen bestehen aus Faserverbundmaterial, wie bspw. Fasergeflecht oder Fasergewebe, insbesondere solches aus Kohlefasern, Glasfasern oder Aramidfasern. Auch Mischungen dieser Verstärkungsfasern sind möglich. Die einzelnen Lagen sind durch Harz, bspw. Kunstharz durchdrungen, und zwar derart, dass nach einem Aushärten des Harzes ein formstabiler und kraftbeaufschlagbarer Verbund erreicht ist. Zwischen der den Schaumkern 5 nächstgelegenen Pre-Preg-Lage und dem Schaumkern 5 ist eine Druckmessvorrichtung 8 und eine Temperaturerfassungsvorrichtung 9 vorgesehen. Diese Druckmessvorrichtung 8 und diese Temperaturerfassungsvorrichtung 9 sind besonders gut in 4 zu erkennen.
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Die Druckmessvorrichtung 8 weist dabei einen ersten Dehnungsmessstreifen 10 auf, der einen zweiten Dehnungsmessstreifen 11 kreuzt. Insbesondere sind diese beiden Dehnungsmessstreifen 10 und 11 orthogonal zueinander angeordnet. Der erste Dehnungsmessstreifen 10 ist in Umfangsrichtung der Felge 1 angeordnet, wohingegen der zweite Dehnungsmessstreifen 11 orthogonal dazu ausgerichtet ist. Die beiden Dehnungsmessstreifen 10 und 11 sind auf einem gemeinsamen Trägermaterial, wie einer Trägerfolie 12 angeordnet. Die Trägerfolie 12 ist ein dünnes Kunststoffmaterial, auf dem die einen Widerstandsdraht umfassenden Dehnungsmessstreifen 10 und 11 aufgebracht, insbesondere aufgeklebt sind. An den Enden der Trägerfolie 12 sind, von den beiden Enden des ersten Dehnungsmessstreifens 10 beabstandet, zwei Temperatursensoren 13 vorhanden. Die beiden Dehnungsmessstreifen 10 und 11 sowie die beiden Temperatursensoren 13 weisen an ihren Enden elektrisch leitende Kabelausgänge 14 auf, die zu einem Kabel 15 zusammenlaufen.
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Am Ende des Kabels ist ein Stecker 16 vorgesehen. Dieser Stecker 16 ist mit einem Gegenstecker 17, wie er in 2 dargestellt ist, in elektrischen Kontakt bringbar. Der Gegenstecker 17 ist mit der Sende- und Verarbeitungseinheit 7 verbunden. Die Sende- und Verarbeitungseinheit 7 weist u. a. einen Prozessor, einen flüchtigen und/oder einen nichtflüchtigen Speicher, wie einen EEPROM-Speicher, eine Sendeeinrichtung, wie eine Funkeinrichtung und/oder eine Stromversorgung, wie eine Batterie oder einen Akkumulator, auf. Diese Bauteile sind in den Figuren nicht einzeln dargestellt, wohl aber vorhanden.
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Die Sende- und Verarbeitungseinheit 7 ist in einer Ausnehmung 18 im Schaumstoffkern 5 einsetzbar.
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Während in 1 der Stecker 16 im Schaumstoffkern 5 endet und beim Anschließen des Gegensteckers 17 erst ein entsprechendes Loch in den Schaumkern 5 eingebracht werden muss, ist dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nicht nötig. Dort ist lediglich der Gegenstecker 17 mit dem Stecker 16 zu verbinden und die Sende- und Verarbeitungseinheit 7 in der Ausnehmung zu positionieren.
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Das in der zweiten Wand 3 auf Seiten der Ausnehmung vorhandene Loch 19 kann durch eine in 3 dargestellte CFK-Verstärkung auf der Felge, die mit dem Bezugszeichen 20 versehen ist, verschlossen werden. Diese Verstärkung ist als Platte 21 ausgebildet.
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Wie besonders gut in den 1 bis 3 zu erkennen, liegen der erste Dehnungsmessstreifen 10 und der zweite Dehnungsmessstreifen 11 direkt unter einem durch die erste Wand 2 gebildeten Felgenbett 22.
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Die Trägerfolie 12 ist auf der Innenseite der Felge an der ersten Wand 2 und der zweiten Wand 3 anlaminiert.
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In einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel verläuft das Kabel 15 in einer hohl ausgestalteten Speiche 6 zur Nabe und endet im dort angebrachten Nabenkörper, wobei dort ferner die Sende- und Verarbeitungseinheit 7 angeordnet ist, mit der das Kabel 15 verbunden wird.
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Auf der Außenseite der Speiche sind parallel zueinander angeordnete und/oder hintereinander angeordnete LEDs mit derselben oder unterschiedlicher Farbe anbringbar und über den Prozessor so angesteuert, dass sich bei Rotation des Laufrades ein stehendes oder sich änderndes Bild für das menschliche Auge ergibt. Dadurch können die über die Druckmessvorrichtung 8 und/oder die Temperaturerfassungsvorrichtung 9 ermittelten Werte angezeigt werden.
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Andererseits lassen sich diese Werte auch über die Sendeeinheit an eine separate Ausgabeeinheit, wie ein Display übertragen.
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Nicht dargestellt, aber realisiert, ist eine Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung, nämlich eine Elektronik, die in Zusammenwirkung mit einem am Fahrrad, wie dem Rahmen und der Gabel fest angebrachten Magneten, entsprechende Umdrehungszahlen ermitteln. Bei Multiplikation mit dem Radumfang, lässt sich dann ein Rückschluss auf die Geschwindigkeit des Fahrrades errechnen.
