DE102012022447A1

DE102012022447A1 - Kurbelarm, Kurbelgarnitur und Leistungsmesseinrichtung für ein zumindest teilweise muskelgetriebenes Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb

Info

Publication number: DE102012022447A1
Application number: DE102012022447.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Odenwald; Ulrich Heinkel; Peter Wolf; Daniel Kriesten; Jens Buder
Original assignee: Storck Bicycle GmbH
Current assignee: Storck Bicycle GmbH
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-05-22
Also published as: US20140182393A1; US9459167B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsmesssystem für ein zumindest teilweise muskelgetriebenes Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb, insbesondere ein Fahrrad, wobei wenigstens ein Kurbelarm 1, 6 des Fahrrads aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist und der Kurbelarm 1, 6 einen Sensor 9, insbesondere einen Dehnungsmessstreifen, aufweist, wobei der größte Teil des Sensors allseitig unmittelbar von dem faserverstärkten Kunststoff umschlossen ist. Aus dem Signal des Sensors 9 wird von einer Elektronikeinheit 5, welche vorzugsweise in einem Hohlraum 12 in der Tretlagerwelle 8 angeordnet ist, die auf das jeweilige Pedal aufgebrachte Kraft und daraus das auf die Tretlagerwelle 8 aufgebrachte Drehmoment ermittelt. Daraus wird zusammen mit der Drehzahl der Tretlagerwelle 8, welche ggf. durch weitere Sensoren gemessen oder auch rechnerisch ermittelt wird, die vom Benutzer des Fahrrads momentan erbrachte Leistung bestimmt. Die Leistungswerte können, vorzugsweise drahtlos, an eine Anzeigeeinheit gesendet und von dieser in Form von leistungsbezogenen Informationen angezeigt werden. Durch Sensoren 9 in beiden Kurbelarmen 1, 6 ist auch, eine getrennte Leistungsbestimmung für das linke und das rechte Bein des Fahrers möglich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kurbelarm, eine Kurbelgarnitur und eine Leistungsmesseinrichtung für ein zumindest teilweise muskelgetriebenes Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb.
Unter einem zumindest teilweise muskelgetriebenen Fahrzeug mit Kurbelantrieb wird insbesondere ein herkömmliches Fahrrad mit einem durch die Beine bewegten Tretkurbelantrieb, aber auch jedes andere zumindest teilweise muskelgetriebene Fahrzeug, insbesondere ein Straßen-, Wasser- oder Luftfahrzeug, insbesondere mit einem oder mehreren durch die Muskelkraft angetriebenen Laufrädern, verstanden, welches mittels eines Kurbelantriebs ganz oder zumindest teilweise durch die Muskeln des Benutzers angetrieben wird, d. h. bei dem durch die Kurbeldrehung ein Vortrieb erzeugt wird.
Beispiele für zumindest teilweise muskelgetriebene Fahrzeuge mit einem Kurbelantrieb, welcher kein Tretkurbelantrieb ist, sind Fahrräder mit Handkurbelantrieb, sogenannte Handbikes.
Beispiele für Fahrzeuge, die nur teilweise durch Muskelkraft angetrieben werden, sind spezielle Elektrofahrräder, sogenannte Pedelecs, bei welchen ein Elektromotor die Tretbewegung des Benutzers in bestimmten Fahrsituationen verstärken, diese aber nicht vollständig ersetzen kann.
Unter einem zumindest teilweise muskelgetriebenen Trainingsgerät mit Kurbelantrieb wird ein stationäres Gerät zur Simulation einer Fortbewegungsart zu Trainingszwecken verstanden, welches mittels eines Kurbelantriebs ganz oder zumindest teilweise durch die Muskeln des Benutzers angetrieben wird, beispielsweise ein sogenannter Hometrainer für das Radfahrtraining.
Die Erfindung wird anhand eines Fahrrads mit herkömmlichem Tretkurbelantrieb beschrieben. Dies ist aber nicht als Einschränkung der Anwendbarkeit der Erfindung zu verstehen.
Im Radsport sind sowohl Leistungs- als auch Breitensportler an der Erfassung ihrer momentanen Leistungsabgabe interessiert. Die Erfassung der vom Fahrer erbrachten Leistung hat sich als fester Bestandteil der Trainingskontrolle und -steuerung etabliert.
Die von dem Radfahrer erbrachte Leistung kann nach der physikalischen Formel für eine Rotationsbewegung ”Leistung = Drehmoment × Winkelgeschwindigkeit” oder ”Leistung = Drehmoment × 2π × Drehzahl” aus der vom Fahrer auf die Pedale aufgebrachten Kraft und der Länge der Kurbelarme in Verbindung mit der Drehzahl ermittelt werden.
Zur Ermittlung der auf die Pedale aufgebrachten Kraft werden üblicherweise Sensoren auf oder in Komponenten des Antriebsstrangs des Fahrrads angebracht, welche sich im Antriebsstrang möglichst nahe an den Pedalen befinden.
Im Stand der Technik werden hierfür insbesondere Sensoren am Pedal selbst ( WO 2010/014242 A1 ), an der Pedalplatte ( WO 2010/000369 A1 ), am Kurbelstern oder am Kurbelarm ( WO 2008/058164 A2 ) oder am Tretlager ( DE 37 22 728 C1 , DE 299 24 433 U1 ) angebracht. Die verwendeten Sensoren sind hierbei üblicherweise Dehnungsmesssensoren, insbesondere Dehnungsmessstreifen, welche die Verformung des jeweiligen Bauteils messen, woraus sich die auf das Bauteil aufgebrachte Kraft ableiten lässt.
Die Drehzahl der Kurbelarme, d. h. die Trittfrequenz, lässt sich beispielsweise, wie in der WO 2008/058164 A2 beschrieben, durch einen am Kurbelstern oder am Kurbelarm befestigten Hall-Sensor in Verbindung mit einem am Fahrradrahmen befestigten Magneten messen oder auch durch Auswertung des von dem Kraftsensor gemessenen Kräfteverlaufs über die Zeit indirekt bestimmen.
In einem Ausführungsbeispiel (”The Crank Arm Approach”) der WO 2008/058164 A2 wird vorgeschlagen, eine Anordnung aus Scherweg-Dehnungsmessstreifen im Kurbelarm zu platzieren. Dafür werden beispielsweise Taschen in die Vorder- und Rückseite des Kurbelarms gefräst, um einen dünnen Steg zu erzeugen, auf dessen beiden Seiten die Dehnungsmessstreifen angeordnet werden. Alternativ sind die Dehnungsmessstreifen auf einer äußeren Oberfläche des Kurbelarms oder auf einer inneren Oberfläche eines hohlen Kurbelarms angeordnet.
Bei der Anordnung des Sensors in Taschen des Kurbelarms ergibt sich das Problem, dass der Kurbelarm mechanisch aufwändig bearbeitet werden muss und dabei gleichzeitig strukturell geschwächt wird. Bei der Anordnung auf einer äußeren Oberfläche des Kurbelarms liegt der Sensor offen und ist daher ungeschützt gegenüber äußeren Einflüssen wie der Witterung oder mechanischen Beanspruchungen wie dem Entlangschleifen am Kurbelarm mit den Schuhen während der Fahrt. Zudem ist der Sensor für den Benutzer nicht verborgen, was zu einer Beeinträchtigung der Optik des Kurbelarms führen kann und daher aus gestalterischen Gründen nicht erwünscht ist. Bei der Anordnung auf einer inneren Oberfläche eines hohlen Kurbelarms ist der Sensor nur schwierig einzuführen und zu befestigen. Es ergeben sich Abdichtungsprobleme mit der Durchführung der Anschlussleitungen des Sensors aus dem Hohlraum heraus, und auch hier ist der Sensor nur unvollständig gegenüber äußeren Einflüssen wie zum Beispiel sich in dem Hohlraum im Kurbelarm ansammelnder Feuchtigkeit geschützt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Kurbelarm mit einem Sensor, eine Kurbelgarnitur mit einem solchen Kurbelarm, ein Leistungsmesssystem mit einer solchen Kurbelgarnitur und ein Fahrrad mit einem solchen Leistungsmesssystem zu schaffen, wobei der Sensor besser gegenüber äußeren Einflüssen geschützt ist und wobei der Kurbelarm mit dem Sensor einfach und kostengünstig herzustellen ist, sowie ein Verfahren zur Leistungsmessung und -anzeige für ein solches Leistungsmesssystem anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kurbelarm gemäß Anspruch 1, eine Kurbelgarnitur gemäß Anspruch 5, eine Leistungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 6, ein Fahrrad gemäß Anspruch 14 und ein Leistungsmess- und anzeigeverfahren gemäß Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen enthalten.
Ein Kurbelarm im Sinne der Erfindung für ein Fahrrad weist eine an einem äußeren Ende des Kurbelarms angeordnete Befestigungsvorrichtung, vorzugsweise eine Gewindebohrung, zur Befestigung einer Pedalachse eines Pedals, eine an einem inneren, dem äußeren Ende entgegengesetzten Ende des Kurbelarms angeordnete Befestigungsvorrichtung, beispielsweise eine Öffnung mit Innenvierkant oder mit Mehrfach-Innenverzahnung, zur Befestigung des Kurbelarmes an einer Tretlagerwelle sowie einen sich im Wesentlichen zwischen den beiden Enden des Kurbelarmes erstreckenden Kurbelarmkörper auf. Hierbei kann eine lösbare oder auch eine nicht lösbare, d. h. dauerhafte Verbindung zwischen Kurbelarm und Tretlagerwelle vorgesehen sein. Ein Pedal im Sinne der Erfindung kann hierbei ein herkömmliches Fahrradpedal zur Betätigung mit dem Fuß sein, beispielsweise ein Plateau- oder ein ”Klickpedal”, jedoch auch – beispielsweise bei Handbikes – eine entsprechende Vorrichtung zur Betätigung mit der Hand.
Eine Kurbelgarnitur im Sinne der Erfindung für ein Fahrrad weist einen linken Kurbelarm und einen rechten Kurbelarm sowie eine Tretlagerwelle auf, wobei der linke Kurbelarm mittels der an seinem inneren Ende angeordneten Befestigungsvorrichtung an einem ersten Ende der Tretlagerwelle befestigt ist und der rechte Kurbelarm mittels der an seinem inneren Ende angeordneten Befestigungsvorrichtung an einem zweiten, dem ersten Ende entgegengesetzten Ende der Tretlagerwelle befestigt ist.
An der Kurbelgarnitur kann wenigstens ein Antriebselement befestigt werden, welches, im Falle eines runden Antriebselements vorzugsweise konzentrisch mit der Tretlagerwelle, an einem Ende der Tretlagerwelle innerhalb des linken oder des rechten Kurbelarms angeordnet ist. Das wenigstens eine Antriebselement ist besonders bevorzugt ein Kettenrad, bevorzugt aber auch ein Zahnriemenrad, ein Gelenk für eine Kardanwelle oder Ähnliches. Das wenigstens eine Antriebselement kann dabei beispielsweise über einen an den rechten Kurbelarm angeformten Kurbelstern mit diesem Kurbelarm verbunden sein oder auch direkt mit der Tretlagerwelle verbunden sein. Der linke und der rechte Kurbelarm stehen für einen Fußantrieb des Fahrrads im Allgemeinen in entgegengesetzten Richtungen annähernd rechtwinklig von der Tretlagerwelle ab, können jedoch auch – etwa im Falle eines Handantriebs – in derselben Richtung von der Tretlagerwelle abstehen.
Eine Leistungsmesseinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung für ein zumindest teilweise muskelgetriebenes Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb ist eine automatische, vorzugsweise elektronische, Einrichtung zur Ermittlung der momentan vom Benutzer des Fahrzeugs oder Trainingsgerätes auf dieses aufgebrachten mechanischen Leistung.
Ein erfindungsgemäßer Kurbelarm weist wenigstens einen ersten Sensor auf, wobei der Kurbelarmkörper des Kurbelarms aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt und der größte Teil des wenigstens einen ersten Sensors allseitig unmittelbar von dem faserverstärkten Kunststoff umschlossen ist.
”Allseitig unmittelbar umschlossen” soll im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass im Wesentlichen der gesamte Umfang der Querschnittsfläche des wenigstens einen ersten Sensors, welche der Sensor an einer bestimmten Stelle aufweist, von einer oder mehreren Komponenten des faserverstärkten Kunststoffs berührt wird. Bevorzugt sind, auf eine Ausdehnung des wenigstens einen ersten Sensors senkrecht zu dieser Querschnittsfläche bezogen, wenigstens 80%, weiter bevorzugt wenigstens 90%, noch weiter bevorzugt wenigstens 95% des wenigstens einen ersten Sensors allseitig unmittelbar von dem faserverstärkten Kunststoff umschlossen.
In dem allseitig unmittelbar umschlossenen Bereich sind der Sensor und der faserverstärkte Kunststoff somit wenigstens formschlüssig und, je nach den chemischen Eigenschaften der beteiligten Materialien, möglicherweise auch stoffschlüssig verbunden.
Nicht allseitig unmittelbar von dem faserverstärkten Kunststoff umschlossen sind beispielsweise ein oder mehrere Enden des Sensors, welches bzw. welche zum elektrischen Anschluss des Sensors dienen.
Durch die Erfindung wird das Material faserverstärkter Kunststoff, beispielsweise kohlenfaserverstärkter Kunststoff (oftmals auch als ”Carbon” bezeichnet), welcher gerade im Radsport ohnehin bereits seit langem verwendet wird und bewährt ist, vorteilhaft mit der Anordnung des Sensors verbunden. Durch die Wahl des Materials und den Wegfall von weiteren Bauteilen zur Befestigung oder zum Schutz des Sensors ist der entstehende Kurbelarm insbesondere sehr leicht.
Unter einem faserverstärkten Kunststoff ist ein Werkstoff zu verstehen, welcher wenigstens einen Anteil Matrixwerkstoff und einen Anteil Verstärkungsfasern aufweist.
Dabei bestehen die Verstärkungsfasern vorzugsweise aus organischen Werkstoffen wie Aramid, Kohlenstoff, Polyester, Nylon oder Polyethylen oder aus Naturfasern wie Holz, Flachs, Hanf oder Sisal.
Die eingesetzten Verstärkungsfasern können unterschiedliche Faserlängen aufweisen. Vorzugsweise werden Kurzfasern mit einer Faserlänge von 0,1 bis 1 mm eingesetzt. Diese Verstärkungsfasern sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauelement in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird. Weiter vorzugsweise werden, insbesondere in Kombination mit einem duroplastischen Matrixwerkstoff, Langfasern mit einer Länge von 1 mm bis 50 mm eingesetzt. Besonders bevorzugt werden Endlosfasern mit einer Länge von über 50 mm eingesetzt. Endlosfasern werden insbesondere in Form von Rovings oder Geweben eingesetzt. Ein faserverstärkter Kunststoff mit Endlosfasern genügt höchsten Ansprüchen insbesondere an die Festigkeit und Steifigkeit.
Durch die Ausrichtung der Verstärkungsfasern im Matrixwerkstoff kann insbesondere das Verformungsverhalten und/oder die Festigkeit des faserverstärkten Kunststoff beeinflusst werden. Bevorzugt werden die Verstärkungsfasern entsprechend bekannter Beanspruchungen ausgerichtet, d. h. im vorliegenden Fall vorzugsweise parallel zur Erstreckungsrichtung des Kurbelarmkörpers, welche auch die Hauptbiegerichtung im Betrieb darstellt.
Der Matrixwerkstoff eines faserverstärkten Kunststoffs weist als einen Bestandteil vorzugsweise einen thermoplastischen Kunststoff wie Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) oder Polytetrafluorethen (PTFE) oder einen duroplastischen Kunststoff wie Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) oder Aminoharz auf.
Der Volumenanteil von Verstärkungsfasern zu Matrixwerkstoff wird vorzugsweise an die zu erwartende Beanspruchung des Kurbelarmes angepasst. Insbesondere führt ein hoher Anteil längerer Fasern zu einer Steigerung der Steifigkeit und Festigkeit. Vorzugsweise weist ein faserverstärkter Kunststoff einen Faseranteil von 3 bis 95 Volumen-% auf, bevorzugt von 45 bis 75 Volumen-% und besonders bevorzugt von 55 bis 65 Volumen-%.
Da der faserverstärkte Kunststoff im Allgemeinen aus einzelnen Schichten, den Rovings oder Geweben, gefertigt ist, welche bei der Herstellung nacheinander in eine Form eingelegt werden, kann der Sensor direkt bei der Herstellung des Kurbelarmkörpers zwischen dessen Schichten eingelegt, d. h. ”einlaminiert” werden. Vorzugsweise wird der Sensor dabei unterhalb der ersten zwei bis drei Faserschichten eingelegt.
Der Sensor ist somit integraler Bestandteil des Faserverbunds des Kurbelarmkörpers und auf diese Weise besonders gut gegenüber äußeren Einflüssen geschützt. Da der größte Teil des Sensors allseitig von dem faserverstärkten Kunststoff umschlossen ist, ergeben sich keinerlei Probleme mit der Befestigung des Sensors und einer etwaigen Ablösung des Sensors aufgrund von Vibrationen, Stößen, Berührungen oder Verformungen des Kurbelarmkörpers oder durch eine Einwirkung von Feuchtigkeit, Reinigungsmitteln, Hitze, Licht oder anderen äußeren Einflüssen. Weiterhin ist der Sensor den Blicken des Benutzers vollständig entzogen, und die Gestaltung des Kurbelarms wird auch durch keinerlei Aussparungen, Montageöffnungen oder Ähnliches für den Sensor beeinträchtigt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine erste Sensor ein Dehnungsmesssensor. Insbesondere kann der wenigstens eine erste Sensor ein Dehnungsmessstreifen sein. Dieser ändert bereits bei einer geringen Dehnung seinen elektrischen Widerstand. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine Verformung des Kurbelarms messen, aus welcher sich auf die auf den Kurbelarm aufgebrachte Kraft rückschließen lässt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der wenigstens eine erste Sensor eine langgestreckte Form und ist auf einem flächigen Trägermaterial, insbesondere auf einem Fasergewebe, aufgestickt. Bevorzugt bildet der Sensor in diesem Fall ein Messgitter, und das Fasergewebe ist Träger dieses Messgitters.
Der Sensor hat dabei vorzugsweise die Form eines Fadens oder eines Drahtes. Das Trägermaterial hat vorzugsweise die Form eines Fasergewebes, kann aber auch die Form einer Folie, einer Platte oder Ähnliches haben. Unter Sticken wird dabei das mehrfache Durchziehen des langgestreckten Sensors von einer Oberfläche des Trägermaterials auf die andere verstanden, um den langgestreckten Sensor mit dem flächigen Trägermaterial zumindest vorläufig zu verbinden, so dass sich das Trägermaterial gemeinsam mit dem langgestreckten Sensor bei der Herstellung des Kurbelarmes gemäß der Erfindung in diesem anordnen lässt.
Das Trägermaterial wird dabei als Teil des faserverstärkten Kunststoffs angesehen. In diesem Sinne wird das allseitige Umschließen des Sensors mit dem faserverstärkten Kunststoff durch die Berührung der Oberfläche des langgestreckten Sensors mit dem Trägermaterial nicht verhindert.
Der langgestreckte Sensor ist vorzugsweise in Form von mäanderförmig hin- und herlaufenden parallelen Zeilen auf dem Trägermaterial angeordnet. Dadurch lässt sich die Fläche des Trägermaterials besonders gut ausnutzen. Vorzugsweise wird dabei eine möglichst große Länge des langgestreckten Sensors in der gleichen Richtung ausgerichtet, welche bei der Montage des Sensors vorzugsweise wiederum mit der Hauptdehnungsrichtung des Kurbelarmes, d. h. mit der Erstreckungsrichtung des Kurbelarmkörpers, ausgerichtet wird. In diesem Fall lässt sich die Dehnung des Kurbelarmkörpers über eine besonders große Länge des langgestreckten Sensors messen, wodurch der Messbereich vergrößert wird.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung erstreckt sich der wenigstens eine Sensor über die gesamte oder annähernd über die gesamte Länge des Kurbelarmkörpers. Auch hierdurch erfolgt die Messung über eine besonders große Länge des Kurbelarmkörpers, wodurch wiederum der Messbereich vergrößert wird.
Eine erfindungsgemäße Kurbelgarnitur für ein Fahrrad weist einen linken Kurbelarm und einen rechten Kurbelarm auf, wobei wenigstens der linke Kurbelarm oder der rechte Kurbelarm ein erfindungsgemäßer Kurbelarm ist. Weiterhin weist die Kurbelgarnitur eine Tretlagerwelle auf, wobei der linke Kurbelarm mittels der an seinem inneren Ende angeordneten Befestigungsvorrichtung an einem ersten Ende der Tretlagerwelle befestigt ist und der rechte Kurbelarm mittels der an seinem inneren Ende angeordneten Befestigungsvorrichtung an einem zweiten, dem ersten Ende entgegengesetzten Ende der Tretlagerwelle befestigt ist. An der Kurbelgarnitur kann wenigstens ein Antriebselement befestigt werden, welches (im Falle eines runden Antriebselements) konzentrisch mit der Tretlagerwelle an einem Ende der Tretlagerwelle innerhalb eines Kurbelarms angeordnet ist.
Die Tretlagerwelle wird üblicherweise durch ein oder mehrere Lager, vorzugsweise Wälzlager, gegenüber dem Rahmen des Fahrrads, insbesondere in einer rohrförmigen Tretlagermuffe, gelagert. Das wenigstens eine Antriebselement dient zur Führung eines Übertragungselements, vorzugsweise einer Kette oder eines Zahnriemens, und zur Übertragung der auf die Pedale aufgebrachten und über die Kurbelarme und die Tretlagerwelle übertragenen Kräfte auf ein angetriebenes Laufrad, im Allgemeinen das Hinterrad.
In einer erfindungsgemäßen Kurbelgarnitur ist somit wenigstens ein Sensor in dem faserverstärkten Kunststoff wenigstens eines Kurbelarms als integraler Bestandteil vorhanden, ohne dass der Benutzer den Sensor notwendigerweise wahrnehmen können muss. Eine erfindungsgemäße Kurbelgarnitur kann somit bereits vorbereitet für eine spätere Nachrüstung mit einem Leistungsmesssystem vertrieben werden.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kurbelarmes mit dem integrierten Sensor kann dadurch, dass außer dem Sensor selbst und seiner Integration in den faserverstärkten Kunststoff kaum zusätzliche Bauteile und/oder Bearbeitungsschritte bei der Herstellung notwendig sind, sehr kostengünstig erfolgen. Auch steigt das Gewicht der Kurbelgarnitur durch den integrierten Sensor nur unwesentlich, beispielsweise nur im Promillebereich, an. Auf diese Weise wird es dem Benutzer ermöglicht, eine derart vorbereitete Kurbelgarnitur ohne besondere Nachteile und zu einem nur geringfügig erhöhten Preis zu erwerben, wodurch die erfindungsgemäße Kurbelgarnitur eine entsprechend größere Verbreitung finden kann.
Für den Hersteller hat dies den Vorteil, dass er bei der Vermarktung eines mit der Kurbelgarnitur kompatiblen Leistungsmesssystems bereits auf einen großen Bestand an Fahrrädern mit hierfür vorbereiteten Kurbelgarnituren zurückzugreifen und dadurch die Verbreitung seines Leistungsmesssystems erhöhen kann.
Eine erfindungsgemäße Leistungsmesseinrichtung für ein Fahrrad weist neben einer erfindungsgemäßen Kurbelgarnitur eine Elektronikeinheit auf, welche zum Empfang eines von dem wenigstens einen ersten Sensor erzeugten wenigstens einen ersten Sensorsignals, zur Verarbeitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals zu einem verarbeiteten Signal und optional zum Senden des verarbeiteten Signals an eine Anzeigeeinheit eingerichtet ist. Die Verarbeitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals kann – insbesondere dann, wenn die Leistungsmesseinrichtung keine Anzeigeeinheit aufweist – auch das Speichern des – ggf. bereits vorverarbeiteten – wenigstens einen ersten Sensorsignals umfassen.
Die Elektronikeinheit weist vorzugsweise einen Analog/Digital-Wandler zur Wandlung des analogen Sensorsignals, beispielsweise eines Messstroms, in ein digitales Signal sowie einen elektronischen Baustein wie einen Mikroprozessor oder einen Signalprozessor zur Aufbereitung und Weiterverarbeitung des digitalisierten Sensorsignals auf. Weiterhin weist die Elektronikeinheit vorzugsweise eine Zeitbasis, vorzugsweise in Form eines Schwingquarzes, auf, um eine zeitliche Auflösung des analogen Sensorsignals für dessen Digitalisierung und Verarbeitung zu ermöglichen. Schließlich weist die Elektronikeinheit vorzugsweise einen elektrischen Energiespeicher wie eine Batterie oder einen Akku auf.
Die Elektronikeinheit kann dann vorteilhafterweise an einem bereits mit einer erfindungsgemäßen Kurbelgarnitur ausgestatteten Fahrrad später noch nachgerüstet werden.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Leistungsmesseinrichtung eine Anzeigeeinheit aufweisen, welche zum Empfang des verarbeiteten Signals von der Elektronikeinheit, zur Aufbereitung des verarbeiteten Signals zu einem Anzeigesignal sowie zur Anzeige des Anzeigesignals in Form von leistungsbezogenen Informationen an den Benutzer des Fahrrads eingerichtet ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Tretlagerwelle einen Hohlraum auf, und die Elektronikeinheit ist in dem Hohlraum angeordnet. Da insbesondere an modernen Fahrrädern ohnehin aus Gründen der Gewichtsersparnis rohrförmige, d. h. hohle Tretlagerwellen eingesetzt werden, ist hierdurch in vielen Fällen keine konstruktive Änderung erforderlich. Gleichzeitig wird bei dieser Anordnung der Elektronikeinheit der zur Verfügung stehende Bauraum besonders gut ausgenutzt, und die Elektronikeinheit ist vor äußeren Einflüssen geschützt angeordnet und für den Benutzer nicht auf den ersten Blick erkennbar.
Die Elektronikeinheit hat vorzugsweise ein Gehäuse in Form einer zylindrischen Kapsel oder Hülse, beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoff, welche von einer Seite in die hohle Tretlagerwelle eingeschoben werden kann. In dieser Kapsel befinden sich dann die oben genannten Komponenten der Elektronikeinheit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der wenigstens eine erste Sensor durch einen, insbesondere mehradrigen, elektrischen Leiter mit der Elektronikeinheit verbunden. Der elektrische Leiter hat vorzugsweise die Form eines mehradrigen Litzenkabels, besonders vorzugsweise eines Flachbandkabels. Der elektrische Leiter wird dabei vorzugsweise in dem Hohlraum in der Tretlagerwelle geführt, wodurch sich im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei der Anordnung der Elektronikeinheit in dem Hohlraum der Tretlagerwelle ergeben.
In dem Fall, dass sowohl der linke als auch der rechte Kurbelarm mit einem ersten Sensor ausgestattet ist, können selbstverständlich auch zwei elektrische Leiter, welche mit jeweils einem ersten Sensor in einem der Kurbelarme verbunden sind, vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Elektronikeinheit durch lösbare Kontakte mit dem elektrischen Leiter verbunden. Dies kann auf einfache Weise durch einen, insbesondere mehrpoligen, Stecker und eine entsprechende, insbesondere mehrpolige, Buchse geschehen. Dabei kann der Stecker an der Elektronikeinheit befestigt und die Buchse an der Tretlagerwelle oder an einem Kurbelarm befestigt und mit dem elektrischen Leiter verbunden sein oder umgekehrt.
Vorzugsweise sind bei Vorhandensein von mehreren ersten Sensoren und mehreren elektrischen Leitern die elektrischen Leiter in einer einzigen Buchse oder in einem einzigen Stecker mit entsprechend höherer Polzahl zusammengeführt, und die Elektronikeinheit weist vorzugsweise weiterhin nur einen Stecker bzw. eine Buchse auf.
Die lösbaren Kontakte sind vorzugsweise so angeordnet, dass beim Einführen der Elektronikeinheit in den Hohlraum in der Tretlagerwelle automatisch ein elektrischer Kontakt zwischen der Elektronikeinheit und dem elektrischen Leiter und dadurch mit dem wenigstens einen ersten Sensor hergestellt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Elektronikeinheit zum drahtlosen Senden und die Anzeigeeinheit zum drahtlosen Empfang des verarbeiteten Signals eingerichtet. Dadurch wird eine zusätzliche Verkabelung am Fahrrad durch das Leistungsmesssystem, insbesondere eine Verkabelung im Rahmen des Fahrrads, überflüssig, welche auch schwierig zu realisieren wäre, da die Elektronikeinheit in der Tretlagerwelle beim Betrieb des Fahrrads rotiert. Hierbei kann von einer bekannten und erprobten Technik der drahtlosen Übertragung von Signalen zwischen verschiedenen Komponenten eines Fahrrads, etwa der Radumdrehungsimpulse von einem Magnetsensor an der Vorderradgabel zu einem am Lenker montierten Fahrradcomputer, Gebrauch gemacht werden.
Die Anzeigeeinheit ist vorzugsweise ein abnehmbar mit dem Fahrrad verbundenes oder getrennt vom Fahrrad angeordnetes elektronisches Gerät, insbesondere ein Fahrradcomputer, ein Personal Digital Assistant (PDA), ein Tablet-Computer oder ein Mobiltelefon, insbesondere ein Smartphone. Dadurch kann von der gesamten in einem derartigen Gerät zur Verfügung stehenden Funktionalität Gebrauch gemacht werden, wie etwa des – möglicherweise berührungsempfindlichen – Bildschirms zur Darstellung von Leistungswerten in Text- und/oder Grafikform, zur Eingabe von Benutzerbefehlen, wie beispielsweise der Umschaltung der Anzeige zwischen den Leistungswerten für das linke und das rechte Bein, der Archivierung der leistungsbezogenen Informationen oder der Weiterversendung der leistungsbezogenen Informationen zur Auswertung in einer Zentrale. Derartige Funktionen bieten sich vor allem bei einem Einsatz im professionellen Radsport an.
Neben der Anzeige der leistungsbezogenen Informationen an den Benutzer des Fahrrads während der Fahrt durch eine mit dem Fahrrad verbundene Anzeigeeinheit ist auch eine Anzeige dieser Informationen an einen Betreuer während des stationären Trainings durch eine getrennt vom Fahrrad angeordnete Anzeigeeinheit möglich.
Wie eingangs erwähnt, ist es zur Bestimmung der vom Benutzer des Fahrrads erbrachten Leistung neben der Messung der auf die Pedale aufgebrachten Kraft erforderlich, auch die Drehzahl der Tretlagerwelle zu bestimmen. Diese Drehzahl kann, wie ebenfalls bereits erwähnt, durch eine Auswertung des gemessenen Kräfteverlaufs über die Zeit ermittelt werden, da dieser Kräfteverlauf im Allgemeinen nicht konstant, sondern zyklischen Schwankungen unterworfen ist, die den Kurbelumdrehungen entsprechen. Eine derartige rein rechnerische Bestimmung der Drehzahl der Tretlagerwelle setzt jedoch eine hinreichend große Rechenleistung in der Elektronikeinheit voraus und ist außerdem mit einer gewissen Unsicherheit behaftet.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht daher vor, dass die Elektronikeinheit wenigstens einen zweiten Sensor aufweist und zur gemeinsamen Verarbeitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals und eines von dem wenigstens einen zweiten Sensor erzeugten wenigstens einen zweiten Sensorsignals zu dem verarbeiteten Signal eingerichtet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der wenigstens eine erste Sensor ein Dehnungsmesssensor, und die Elektronikeinheit weist wenigstens zwei zweite Sensoren auf, von denen ein erster ein Lagesensor zur Bestimmung der Orientierung der Tretlagerwelle und ein zweiter ein Beschleunigungssensor zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung der Tretlagerwelle ist.
Die Elektronikeinheit ist in dieser Ausführung zum einen zur Bestimmung des auf die Tretlagerwelle aufgebrachten Drehmoments aus dem wenigstens einen ersten Sensorsignal ausgelegt. Da der Messwert des ersten Sensors, vorzugsweise eines Dehnungsmesssensors, in einer bekannten Beziehung zu der auf das Pedal aufgebrachten Kraft steht, ist hierfür als weitere Information lediglich noch die Länge des Kurbelarms nötig, in welche der erste Sensor integriert ist. Diese kann beispielsweise bei einer Kalibration des Leistungsmesssystems eingegeben werden.
Zum anderen ist die Elektronikeinheit in dieser Ausführung zur Bestimmung der Drehzahl der Tretlagerwelle aus den wenigstens zwei zweiten Sensorsignalen, d. h. Orientierung und Winkelbeschleunigung der Tretlagerwelle, ausgelegt.
Die Elektronikeinheit oder, falls vorhanden, die Anzeigeeinheit ist dann in dieser Ausführung zur Ermittlung der momentan vom Benutzer des Fahrrads erbrachten Leistung ausgelegt.
Der wenigstens eine zweite Sensor kann jedoch auch getrennt von der Elektronikeinheit am Fahrrad angeordnet sein, beispielsweise in Form eines bereits vorhandenen Impulsgebers für die Umdrehungen eines Laufrades. Das zweite Sensorsignal wird in diesem Fall getrennt von den ersten Sensorsignalen an die Elektronikeinheit oder, falls vorhanden, die Anzeigeeinheit übertragen, wo dann die gemeinsame Verarbeitung aller ersten und zweiten Sensorsignale erfolgt.
Die erfindungsgemäße Leistungsmesseinrichtung ist zum Einsatz an bzw. mit einem zumindest teilweise muskelgetriebenen Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb im Fahrbetrieb bzw. im stationären Betrieb vorgesehen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf zumindest teilweise muskelgetriebene Fahrzeuge oder Trainingsgeräte mit Kurbelantrieb beschränkt und kann prinzipiell auch für derartige Fahrzeuge oder Trainingsgeräte ohne Kurbelantrieb, beispielsweise für Ruderboote oder Rudermaschinen, eingesetzt werden, wobei dann an Stelle der Kurbelarme andere Kraftübertragungskomponenten des Fahrzeugs oder Trainingsgeräts, beispielsweise die Ruder, mit dem mindestens einen ersten Sensor ausgestattet sind.
Ein Verfahren zur Messung und zur Anzeige einer von einem Benutzer eines Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Leistungsmesseinrichtung erbrachten Leistung weist folgende Schritte auf:

– Erzeugung wenigstens eines ersten Sensorsignals durch den wenigstens einen ersten Sensor und Weiterleitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals an die Elektronikeinheit
– Empfang des wenigstens einen ersten Sensorsignals durch die Elektronikeinheit
– Verarbeitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals durch die Elektronikeinheit zu einem verarbeiteten Signal

Falls die Leistungsmesseinrichtung eine Anzeigeeinheit aufweist, kann das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte aufweisen:

– Senden des verarbeiteten Signals durch die Elektronikeinheit an die Anzeigeeinheit
– Empfang des verarbeiteten Signals durch die Anzeigeeinheit
– Aufbereitung des verarbeiteten Signals durch die Anzeigeeinheit zu einem Anzeigesignal
– Anzeige des Anzeigesignals an den Benutzer des Fahrrads in Form von leistungsbezogenen Informationen

Falls das Leistungsmesssystem wenigstens einen zweiten Sensor aufweist, kann das Verfahren weiterhin den Schritt der Erzeugung wenigstens eines zweiten Sensorsignals durch den wenigstens einen zweiten Sensor aufweisen. Der Schritt der Verarbeitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals zu dem verarbeiteten Signal kann dann zusätzlich auch die Verarbeitung des wenigstens einen zweiten Sensorsignals aufweisen.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten, teilweise schematischen Zeichnungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor. Dabei zeigen:
1 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Kurbelgarnitur (ohne Kettenrad);
2 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Kurbelarms mit einer alternativen Sensoranordnung.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Kurbelgarnitur von in Fahrtrichtung des Fahrrads gesehen vorne schräg rechts mit einem rechten Kurbelarm 1 und einem linken Kurbelarm 6 in waagrechter Stellung. Die Kurbelarme 1, 6 sind durch eine Tretlagerwelle 8 verbunden. Das Tretlager 7 ist in der Figur lediglich durch ein gekapseltes Kugellager angedeutet.
An das tretlagerseitige Ende des rechten Kurbelarms 1 ist ein Kurbelstern 10 mit fünf radialen Streben mit an deren Enden angeordneten Bohrungen zur Befestigung eines oder mehrerer Kettenräder angeformt. Der rechte Kurbelarm 1 ist fest mit dem rechten Ende der Tretlagerwelle 8 verbunden, während der linke Kurbelarm 6 mittels einer Klemmung mit dem linken Ende der Tretlagerwelle 8 lösbar verbunden ist.
Die Körper der Kurbelarme 1, 6 sind aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt, wobei in die pedalseitigen Enden der beiden Kurbelarme 1, 6 Ösen 11 aus Aluminium mit Innengewinden zum Einschrauben der Pedalachsen eingelassen sind.
Auch in das tretlagerseitige Ende des linken Kurbelarms 6 ist ein Klemmring aus Aluminium zur Klemmung mit der Tretlagerwelle 8 eingelassen. Die Tretlagerwelle 8 hat die Form eines dünnwandigen Rohres und ist aus Aluminium gefertigt, kann aber auch aus anderen Materialien wie Stahl, Titan oder faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein.
In beiden Kurbelarmen 1, 6 ist jeweils ein Dehnungsmessstreifen 9 angeordnet. Dieser hat im Ausführungsbeispiel einen elektrischen Widerstand von 360 Ω. Der Dehnungsmessstreifen 9 hat die Form eines dünnen Messdrahtes, welcher an einem Textilfaden fixiert ist. Messdraht und Textilfaden werden im Folgenden gemeinsam als Messfaden bezeichnet.
Der Messfaden ist auf ein annähernd rechteckiges Glasfasergewebe (in 1 als gestricheltes, mit Kreuzen ausgefülltes Rechteck dargestellt) aufgestickt, indem er in kurzen Abständen (im Ausführungsbeispiel ca. 1 mm) abwechselnd von einer auf die andere Seite des Glasfasergewebes durchgezogen ist. Der Messfaden ist dabei zeilenweise auf das Glasfasergewebe aufgestickt (2), d. h. der Messfaden läuft entlang einer Längsseite des rechteckigen Glasfasergewebes in Form einer ersten Zeile annähernd über die gesamte Länge des Glasfasergewebes, wechselt dort seine Richtung und läuft parallel zu der ersten Zeile in umgekehrter Richtung in Form einer zweiten Zeile zurück, wird dort wieder umgelenkt und läuft parallel zur zweiten Zeile in Form einer dritten Zeile wieder in derselben Richtung wie die erste Zeile, usw. Auf diese Weise wird nahezu die gesamte Oberfläche des Glasfasergewebes von dem Messfaden bedeckt.
Das mit dem Messfaden bestickte Glasfasergewebe wird bei der Herstellung eines Kurbelarmes 1, 6 in den faserverstärkten Kunststoff des Kurbelarmkörpers einlaminiert, indem das Glasfasergewebe vor dem Tränken mit flüssigem Kunststoff zwischen die Matten aus Kohlenstofffasern eingelegt wird. Lediglich die Enden des Messfadens sind so angeordnet, dass sie nach der Herstellung des Kurbelarms 1, 6 von außen zugänglich sind. Auf diese Weise sind nahezu 100% des Dehnungsmessstreifens 9 allseitig unmittelbar von dem faserverstärkten Kunststoff umschlossen.
Durch eine gezielte Formgebung der Fläche des Glasfasergewebes und eine entsprechende Anordnung der Zeilen des Messfadens, beispielsweise in gekrümmten Bahnen, ist es möglich, die Form des Sensors der Form des Kurbelarmes anzupassen und somit eine hohe Ausnutzung der Querschnittsfläche des Kurbelarmes durch den Sensor zu erreichen.
2 zeigt den rechten Kurbelarm 6 in seiner höchsten Stellung von in Fahrtrichtung des Fahrrads gesehen vorne. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Dehnungsmessstreifen 9 im Kurbelarmkörper parallel zur Ober- und Unterseite des Kurbelarms 6, d. h. in einer senkrecht zur Rotationsebene der Kurbelarme angeordneten Ebene, angeordnet und bedeckt in dieser Ebene nahezu die gesamte Querschnittsfläche des Kurbelarmkörpers. Auch hier sind nahezu 100% des Dehnungsmessstreifens 9 allseitig unmittelbar von dem faserverstärkten Kunststoff umschlossen.
In 1 sind die Dehnungsmessstreifen 9 in derselben Orientierung wie in 2 in die Kurbelarmkörper der beiden Kurbelarme 1, 6 integriert, und zwar etwa in der Mitte zwischen der Ober- und Unterseite des jeweiligen Kurbelarmes 1, 6. Die Dehnungsmessstreifen 9 erstrecken sich hier jedoch nur über einen Teil der Länge des jeweiligen Kurbelarmkörpers.
Alternativ kann der Dehnungsmessstreifen 9 jedoch im Kurbelarmkörper auch parallel zur Vorder- und Rückseite des Kurbelarms 6, d. h. in einer parallel zur Rotationsebene der Kurbelarms 6 angeordneten Ebene, angeordnet sein und in dieser Ebene nahezu die gesamte Querschnittsfläche des Kurbelarmkörpers bedecken.
Auf diese Weise ist der Dehnungsmessstreifen in einer der Hauptbelastungsrichtungen des Kurbelarms 6 während des Betriebs des Fahrrads angeordnet und kann somit die Verformung des Kurbelarms 6 mit hoher Zuverlässigkeit messen.
Es können auch mehrere Dehnungsmessstreifen 9 im selben Kurbelarm 1, 6 in der gleichen und/oder in verschiedenen Orientierungen angeordnet sein.
Beispielsweise können zwei identische Dehnungsmessstreifen 9 symmetrisch nahe der Ober- bzw. der Unterseite des Kurbelarmes 1, 6 angeordnet und elektrisch parallel geschaltet sein, um die durch den Sensor gebildete Halbbrücke nicht zu verstimmen.
Durch eine geeignete Anordnung von mehreren Dehnungsmessstreifen 9 im selben Kurbelarm 1, 6 kann beispielsweise auch die in den Kurbelarm 1, 6 eingeleitete Kraft nach ihren Anteilen in tangentialer und radialer Richtung getrennt ermittelt werden. Dies kann im Training wichtige Informationen zur Erreichung einer möglichst gleichmäßigen Trittbewegung, des sogenannten ”runden Tritts”, liefern.
Die aus dem Faserverbund des Kurbelarmkörpers herausführenden Enden des Messfadens sind an einem Lötstützpunkt 14 mit den Enden eines mehradrigen Flachbandkabels 2 verlötet, welches zu einer Öffnung der Tretlagerwelle 8 geführt und dort an dessen Innenseite befestigt ist.
Auf die beschriebene Weise sind ein Kurbelarm oder beide Kurbelarme 1, 6 mit Dehnungsmessstreifen 9 ausgestattet.
Falls beide Kurbelarme 1, 6 mit Dehnungsmessstreifen 9 ausgestattet sind, kann durch eine geeignete Auswertung der von den Dehnungsmessstreifen 9 gelieferten Messwerte zwischen der auf das linke und der auf das rechte Pedal aufgebrachten Kraft und damit zwischen der vom linken und vom rechten Bein des Fahrers erbrachten Leistung unterschieden werden, was vor allem im professionellen Radsport eine wertvolle Hilfe für die Gestaltung des Trainings darstellen kann. Alternativ können die Messwerte der beiden Kurbelarme 1, 6 derart verwendet werden, dass sie gemeinsam ausgewertet werden, wodurch sich eine höhere Genauigkeit bei der ermittelten Leistung erzielen lässt.
Die Elektronikeinheit 5 weist eine zylindrische, aus Aluminium gefertigte Hülse als Gehäuse auf, welche an einer Stirnseite offen ist. Die Hülse kann jedoch auch eine andere Form aufweisen und/oder aus einem anderen Material wie Stahl oder Kunststoff gefertigt sein. Im inneren der Hülse ist eine elektronische Leiterplatte mit der zur Auswertung und Verarbeitung der Messwerte sowie der Weiterleitung des verarbeiteten Signals erforderlichen elektronischen Bauteile angeordnet. Insbesondere befinden sich auf der Leiterplatte ein Signalverstärker, ein Signalprozessor, eine Speichereinheit, eine Sendeeinheit 4 und eine Akkuzelle. Weiterhin befinden sich auf der Leiterplatte ein Lagesensor, beispielsweise ein Gyroskop, und ein ein- oder mehrachsiger Beschleunigungssensor, aus deren Messwerten die Drehzahl der Tretlagerwelle ermittelt werden kann.
Eine offene Stirnseite der Hülse der Elektronikeinheit 5 kann mit einem Deckel, beispielsweise einem Kunststoffdeckel, verschlossen sein. Die Sendeeinheit 4 oder deren Antenne ist an der offenen Stirnseite der Hülse angeordnet, damit die Hülse und/oder das Tretlagergehäuse die Funkverbindung zwischen der Elektronikeinheit 5 und der Anzeigeeinheit nicht abschirmen.
Die Elektronikeinheit 5 wird von einer Stirnseite der Tretlagerwelle 8 aus in deren Hohlraum eingeschoben und dort durch geeignete Mittel festgeklemmt oder verrastet. Alternativ ist es auch möglich, an der Innenseite der Tretlagerwelle 8 ein Innengewinde und an der Außenseite der Hülse ein entsprechendes Außengewinde vorzusehen, mit welchen die Elektronikeinheit 5 in die Tretlagerwelle 8 eingeschraubt werden kann.
Die Hülse weist an ihrer Außenseite eine Buchse 3 auf, welche durch ein Kabel im Inneren der Hülse mit der Leiterplatte verbunden ist. Die Buchse 3 kann beispielsweise auf der zylindrischen Außenfläche oder auch auf einer der kreisscheibenförmigen Stirnflächen der Hülse angeordnet sein. Die Buchse 3 kann mehrere nebeneinander liegende oder ringförmig angeordnete Pole oder auch als koaxiale Ringe ausgebildete Pole aufweisen.
Das Flachbandkabel 2 ist an seinem dem Dehnungsmessstreifen 9 abgewandten Ende mit einem Stecker verbunden, welcher bei der Montage der Elektronikeinheit 5 in die Buchse der Hülse gesteckt wird. Im Ausführungsbeispiel in 1 ragt die Hülse der Elektronikeinheit im montierten Zustand auf der rechten Seite der Tretlagerwelle 8 aus dieser heraus, so dass der Stecker in die auf der Seitenfläche der Hülse angeordneten zweipoligen Buchse 3 gesteckt werden kann. Zu bevorzugen sind jedoch ein Stecker und eine Buchse 3, welche beim Montieren der Elektronikeinheit automatisch in Eingriff miteinander gelangen.
In der Elektronikeinheit 5 wird aus den Messwerten der Dehnungsmessstreifen 9, des Lage- und des Beschleunigungssensors ein Leistungswert bzw. zwei getrennte Leistungswerte für den linken Kurbelarm 6 und den rechten Kurbelarm 1 ermittelt und mittels der Sendeeinheit 4 an eine (nicht dargestellte) Anzeigeeinheit gesendet.
Die Sendeeinheit 4 verwendet beispielsweise eine Standardtechnologie zur Kommunikation über kurze Strecken wie ANT, Bluetooth, Zigbee oder WLAN. Dadurch ist es möglich, als Anzeigeeinheit auch ein Endgerät eines Drittanbieters wie ein Smartphone einzusetzen, welches die entsprechende Kommunikationstechnologie unterstützt und darüber hinaus über komfortable Anzeige-, Auswertungs- und Speicherfunktionen verfügt. Hierfür können dann ebenfalls Drittanbieter vorkonfektionierte Software-Programme, sogenannte Apps, für die Anzeige, Auswertung, Speicherung und Verwaltung der leistungsbezogenen Informationen entwickeln und anbieten.
Bezugszeichenliste

1: Rechter Kurbelarm
2: Flachbandkabel
3: Buchse
4: Sendeeinheit
5: Elektronikeinheit
6: Linker Kurbelarm
7: Tretlager
8: Tretlagerwelle
9: Dehnungsmessstreifen
10: Kurbelstern
11: Gewindeöse für Pedalachse
12: Hohlraum in der Tretlagerwelle
13: Glasfasergewebe
14: Lötstützpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010/014242 A1 [0010]
WO 2010/000369 A1 [0010]
WO 2008/058164 A2 [0010, 0011, 0012]
DE 3722728 C1 [0010]
DE 29924433 U1 [0010]

Claims

Kurbelarm (1, 6) für ein zumindest teilweise muskelgetriebenes Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb, wobei der Kurbelarm (1, 6) aufweist: – eine an einem äußeren Ende des Kurbelarms (1, 6) angeordnete Befestigungsvorrichtung (11) zur Befestigung einer Pedalachse eines Pedals, – eine an einem inneren, dem äußeren Ende entgegengesetzten Ende des Kurbelarms angeordnete Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des Kurbelarmes (1, 6) an einer Tretlagerwelle (8), – einen sich im Wesentlichen zwischen den beiden Enden des Kurbelarmes (1, 6) erstreckenden Kurbelarmkörper und – wenigstens einen ersten Sensor (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmkörper aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist und dass der größte Teil, bevorzugt wenigstens 80%, weiter bevorzugt wenigstens 90%, noch weiter bevorzugt wenigstens 95%, des wenigstens einen ersten Sensors (9) allseitig unmittelbar von dem faserverstärkten Kunststoff umschlossen ist.
Kurbelarm (1, 6) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Sensor (9) ein Dehnungsmesssensor, insbesondere ein Dehnungsmessstreifen, ist.
Kurbelarm (1, 6) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Sensor (9) eine langgestreckte Form hat und auf einem flächigen Trägermaterial (13), insbesondere auf einem Fasergewebe, aufgestickt ist.
Kurbelarm (1, 6) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine erste Sensor (9) über die gesamte oder annähernd über die gesamte Länge des Kurbelarmkörpers erstreckt.
Kurbelgarnitur für ein zumindest teilweise muskelgetriebenes Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb, aufweisend – einen linken Kurbelarm (6) und einen rechten Kurbelarm (1), wobei wenigstens der linke Kurbelarm (6) oder der rechte Kurbelarm (1) ein Kurbelarm nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist, und – eine Tretlagerwelle (8), wobei der linke Kurbelarm (6) mittels der an seinem inneren Ende angeordneten Befestigungsvorrichtung an einem ersten Ende der Tretlagerwelle (8) befestigt ist und der rechte Kurbelarm (1) mittels der an seinem inneren Ende angeordneten Befestigungsvorrichtung an einem zweiten, dem ersten Ende entgegengesetzten Ende der Tretlagerwelle (8) befestigt ist.
Leistungsmesseinrichtung für ein zumindest teilweise muskelgetriebenes Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb, aufweisend – eine Kurbelgarnitur gemäß Anspruch 5, – eine Elektronikeinheit (5), welche zum Empfang eines von dem wenigstens einen ersten Sensor (9) erzeugten wenigstens einen ersten Sensorsignals, zur Verarbeitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals zu einem verarbeiteten Signal und optional zum Senden des verarbeiteten Signals an eine Anzeigeeinheit eingerichtet ist, – optional eine Anzeigeeinheit, welche zum Empfang des verarbeiteten Signals von der Elektronikeinheit (5), zur Aufbereitung des verarbeiteten Signals zu einem Anzeigesignal sowie zur Anzeige des Anzeigesignals in Form von leistungsbezogenen Informationen an den Benutzer des zumindest teilweise muskelgetriebenen Fahrzeugs oder Trainingsgeräts eingerichtet ist.
Leistungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlagerwelle (8) einen Hohlraum (12) aufweist und die Elektronikeinheit (5) in dem Hohlraum (12) angeordnet ist.
Leistungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Sensor (9) durch einen, insbesondere mehradrigen, elektrischen Leiter (2), welcher in dem Hohlraum (12) in der Tretlagerwelle (8) geführt ist, mit der Elektronikeinheit (5) verbunden ist.
Leistungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (5) durch lösbare Kontakte (3) mit dem elektrischen Leiter (2) lösbar verbunden ist.
Leistungsmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsmesseinrichtung eine Anzeigeeinheit aufweist und die Elektronikeinheit (5) zum drahtlosen Senden und die Anzeigeeinheit zum drahtlosen Empfang des verarbeiteten Signals eingerichtet sind.
Leistungsmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsmesseinrichtung eine Anzeigeeinheit aufweist und die Anzeigeeinheit ein abnehmbar mit dem zumindest teilweise muskelgetriebenen Fahrzeug oder Trainingsgerät verbundenen oder getrennt vom diesem angeordnetes elektronisches Gerät ist, insbesondere ein Fahrradcomputer, ein Personal Digital Assistant (PDA), ein Tablet-Computer oder ein Mobiltelefon, insbesondere ein Smartphone.
Leistungsmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (5) wenigstens einen zweiten Sensor aufweist und zur gemeinsamen Verarbeitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals und eines von dem wenigstens einen zweiten Sensor erzeugten wenigstens einen zweiten Sensorsignals zu dem verarbeiteten Signal eingerichtet ist.
Leistungsmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass – der wenigstens eine erste Sensor (9) ein Dehnungsmesssensor ist, – dass die Elektronikeinheit (5) wenigstens zwei zweite Sensoren aufweist, von denen ein erster ein Lagesensor und ein zweiter ein Beschleunigungssensor ist, – dass die Elektronikeinheit (5) zur Bestimmung des auf die Tretlagerwelle (8) aufgebrachten Drehmoments aus dem wenigstens einen ersten Sensorsignal und zur Bestimmung der Drehzahl der Tretlagerwelle (8) aus den wenigstens zwei zweiten Sensorsignalen ausgelegt ist – und dass die Elektronikeinheit (5) oder, falls die Leistungsmesseinrichtung eine Anzeigeeinheit aufweist, die Anzeigeeinheit zur Ermittlung der momentan vom Benutzer des zumindest teilweise muskelgetriebenen Fahrzeugs oder Trainingsgeräts erbrachten Leistung ausgelegt ist.
Zumindest teilweise muskelgetriebenes Fahrzeug oder Trainingsgerät mit Kurbelantrieb mit einer Leistungsmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13.
Verfahren zur Messung und zur Anzeige einer von einem Benutzer eines zumindest teilweise muskelgetriebenen Fahrzeugs oder Trainingsgeräts mit Kurbelantrieb mit einer Leistungsmesseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13 erbrachten Leistung, welches folgende Schritte aufweist: – Erzeugung wenigstens eines ersten Sensorsignals durch den wenigstens einen ersten Sensor (9) und Weiterleitung des wenigstens einen ersten Sensorsignals an die Elektronikeinheit (5) – Empfang des wenigstens einen ersten Sensorsignals durch die Elektronikeinheit (5) – optional: Erzeugung wenigstens eines zweiten Sensorsignals durch wenigstens einen zweiten Sensor in der Elektronikeinheit (5) – Verarbeitung des wenigstens einen ersten und optional des wenigstens einen zweiten Sensorsignals durch die Elektronikeinheit (5) zu dem verarbeiteten Signal – optional: Senden des verarbeiteten Signals durch die Elektronikeinheit (5) an die Anzeigeeinheit – optional: Empfang des verarbeiteten Signals durch die Anzeigeeinheit – optional: Aufbereitung des verarbeiteten Signals durch die Anzeigeeinheit zu einem Anzeigesignal – optional: Anzeige des Anzeigesignals an den Benutzer des zumindest teilweise muskelgetriebenen Fahrzeugs oder Trainingsgeräts in Form von leistungsbezogenen Informationen