DE102015107843A1

DE102015107843A1 - Leistungsgesteuertes Sportgerät,Verfahren zum Betreiben eines derartigen Sportgeräts und Erweiterungskit

Info

Publication number: DE102015107843A1
Application number: DE102015107843.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-13
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2016-02-18
Also published as: DE202015102557U1; DE202014103740U1; DE202015102554U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein leistungsgesteuertes Sportgerät, ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen leistungsgesteuerten Sportgeräts sowie ein Erweiterungskit, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem mit Muskelkraft betätigbaren Antrieb ausgeführt ist. Dabei wird eine Eingangsgröße, welche aus einer über ein Leistungsmessgerät ermittelten Ist-Leistung besteht mit einer Soll-Leistung abgeglichen, wobei mittels eines Steuergeräts eine zugehörige Ausgangsgröße für die Steuerung eines den Antrieb beeinflussendes steuerbares Elements generiert, welches zumindest zeitweise mit einem Gegenmoment arbeitet derart, dass die Ist-Leistung die Soll-Leistung nicht unterschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein leistungsgesteuertes Sportgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Sportgeräts sowie ein Erweiterungskit für ein Sportgerät und findet insbesondere für das leistungsoptimierte Training im Radsport Anwendung. Als Zielgruppe des leistungsgesteuerten Sportgeräts sollen primär Amateur- und Profisportler mit ausgeprägten Wettkampf- und Rennambitionen angesprochen werden, wobei insbesondere jene Sportler mit begrenztem Trainingsspielraum und Menschen im Rehabilitationssport Gefallen an dem Gerät finden sollen. Das Sportgerät ist sowohl interessant für Einzelsportler, Olympiastützpunkte und den Nachwuchssport, als auch für Trainingswissenschaftler, den Reha-Sport und Technikbegeisterte sowie Leistungsdiagnostikzentren.
Für jedes sportliche Training stellt sich die Frage nach der optimalen Belastungsintensität: Einerseits soll eine Überbeanspruchung durch zu hartes Training vermieden werden, investierte Trainingszeit soll jedoch auch nicht durch eine zu geringe Trainingsintensität verschwendet werden. Im Rahmen der Trainingssteuerung gibt ein Leistungsmessgerät zuverlässig Auskunft über die Leistung und liefert Ergebnisse, die im Gegensatz zur Herzfrequenzsteuerung unabhängig von äußeren Einflüssen sind. Während auf der einen Seite das Training auf Cardiogeräten, Ergometern und Rollentrainern genau steuerbar ist, unterliegt andererseits das Training im Außenbereich verschiedenen Umgebungsfaktoren wie Wind, Streckenprofil oder Verkehrsdichte. Bei der traditionellen Trainingsmethode hat sich die Herzfrequenz als Leistungsindikator etabliert. Durch den variablen Wirkungsgrad unterliegt der Puls jedoch vielen Faktoren, die Verfälschungen verursachen können. Der durchschnittliche Puls gibt speziell im Radsport keine qualitative Aussage über den Trainingseffekt, so dass diese Trainingsmethode nur als Indikator für den Grad der Anstrengung und Belastung des Körpers zu betrachten ist. Mit Hilfe der Herzfrequenzsteuerung lässt sich ein leistungsorientiertes Radtraining zwar gut modulieren, jedoch nicht präzise gestalten und kontrollieren.
Aus der Druckschrift DE 20 2005 008 682 U1 ist ein herzfrequenzgesteuertes Elektrofahrrad bekannt (wird so im Stand der Technik benannt), welches ein Elektrofahrrad mit üblichen Anbauteilen, einem elektromagnetischen Hilfsmotor, einem Akkumulator und eine zusätzliche Steuereinheit aufweist. Durch entsprechende Ansteuerung des Fahrradhilfsmotors wird über die Steuereinheit die Herzfrequenz in vorbestimmten Bereichen gehalten. Diese Lösung basiert auf dem pulsgesteuerten Training, wobei die Herzfrequenz die Unterstützung des Hilfsmotors vorgibt. Es wird somit nur indirekt auf Steigungen oder Belastung reagiert, ein gleichmäßiges Training mit vorgegebener Leistung ähnlich einem Ergometer ist jedoch nicht möglich. Zudem unterliegt der Puls auch Faktoren wie Stress, Krankheit, Übertraining oder Tagesform und kann so keine Rückschlüsse auf die Trainingsleistung bringen.
In der Druckschrift DE 10 2011 082 082 A1 wird ein Fahrrad mit mindestens einem Naben-Hilfsmotor und mindestens einem Antriebsrad beschrieben. Der Hilfsmotor des Antriebsrads ist derart mechanisch von der Pedalerie getrennt, dass der Antrieb ausschließlich über elektrische Energie erfolgt. Es wird zudem ein Soll-Drehmoment und/oder eine Soll-Drehzahl mit einem zugehörigen Ist-Wert verglichen und der Antrieb dementsprechend zu- oder abgeschaltet. Dieses System ist jedoch nicht beliebig in jedem Fahrrad einsetzbar, da der Generator im Tretlagerbereich einen dafür vorgesehenen Rahmen mit entsprechender Aufnahme und Platz benötigt.
Ein weiteres elektrisch unterstütztes Fahrrad wird in der Druckschrift DE 10 2012 211 719 A1 genannt. Das Fahrrad weist ein Antriebssystem, eine Steuereinrichtung und eine Einheit zum Erfassen von Ist-Werten des Fahrers auf. Die Steuereinheit besitzt einen Speicher mit vordefinierten Streckenprofilen und gleicht so die Soll-Leistung mit der Ist-Leistung ab und ermittelt so eine Differenzleistung über welche das Antriebssystem gesteuert wird, d.h. entweder im Motor- oder Generatorbetrieb arbeitet. Für die Ermittelung des aktuellen Streckenprofils wird ein GPS-System verwendet, welches vorzugsweise ein Smartphone oder ein externes Navigationsgerät ist. Diese Umsetzung erfordert einen großen technischen Aufwand, da zum einen erst ein Streckenprofil in das System geladen werden muss und zum anderen ein Navigationssystem nötig ist.
Ein weiteres Verfahren zur Steuerung eines Hilfsmotors eines Fahrrades wird in Druckschrift DE 10 2011 082 084 genannt. Auch hier wird ein Abgleich von Soll- und Ist-Werten vorgenommen, wobei die Pulsfrequenz hier ebenfalls als Messwert für die Steuerung gilt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein leistungsgesteuertes Sportgerät, Verfahren zum Betreiben eines derartigen Sportgeräts und Erweiterungskit zu entwickeln, welches einen einfachen konstruktiven Aufbau, einen hohen Trainingsnutzen und eine vielfältige Kompatibilität mit Fahrradrahmendesigns ermöglicht. Des Weiteren soll eine Nachrüstung an handelsüblichen Fahrrädern möglich sein. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es wird ein leistungsgesteuertes Sportgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Sportgeräts sowie ein Erweiterungs- bzw. Anbaukit beschrieben, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem mit Muskelkraft betätigbaren Antrieb ausgeführt ist. Mittels eines Steuergerätes wird eine Eingangsgröße in Form einer über ein Leistungsmessgerät und/oder Kraftmessgerät ermittelten Ist-Leistung (und/oder die resultierende Kraft) mit einer zeitabhängigen Soll-Leistung abgeglichen und in eine zugehörige Ausgangsgröße umgewandelt welche ein den Antrieb beeinflussendes steuerbares Element steuert. Vorzugsweise ist das Leistungsmessgerät in Form eines Wattmeters ausgestaltet. Als weitere Eingangsgröße kann die Geschwindigkeit gemessen und an das Steuergerät übertragen werden. Auf Basis der Ausgangsgröße arbeitet folglich das steuerbare Element zumindest zeitweise mit einem Gegenmoment. Dafür wird eine Zusatzbremseinheit und/oder eine E-Maschine verwendet, wobei die E-Maschine sowohl unterstützend in Form eines Motors oder mit einem Gegenmoment in Form eines Generators arbeiten kann. Dies geschieht in Abhängigkeit vom Verhältnis der Ist-Leistung zur Soll-Leistung, d.h. ist die Ist-Leistung größer als die Soll-Leistung unterstützt die E-Maschine den Fahrer, liegt die Ist-Leistung unter der Soll-Leistung, beispielsweise bei einer Bergabfahrt wirkt durch die E-Maschine und/oder die Zusatzbremseinrichtung ein Gegenmoment, welches der Fahrer überwinden muss. Wird nur die Zusatzbremseinrichtung verwendet, entfällt die Funktion der Unterstützung des Fahrers, das heißt die Bremseinrichtung wirkt nur der Unterschreitung der Soll-Leistung entgegen. Die Zusatzbremseinheit kann dabei in Form einer hydraulischen, pneumatischen, elektrischen oder mechanischen Bremseinheit ausgebildet sein. Auch eine Kombination dieser Systeme ist möglich. Dadurch kann unabhängig von den geografischen Streckenbedingungen eine konstante Leistung oder eine vorgegebene Leistungskurve gefahren werden. So kann ein optimaler Lastbereich für ein gezieltes leistungsoptimiertes Training geschaffen werden, welcher sowohl für Leistungssportler wie auch Rehabilitationssportler notwendig ist. Alternativ kann eine gezielte über eine gewisse Dauer notwendige Belastung erzielt werden, welche für das Training notwendig sind. Vorzugsweise im Reha-Sport kann so ein gezielter Aufbau der Muskulatur mit der Möglichkeit des Draußen Trainierens verknüpft werden. Bei Einsatz einer E-Maschine wird für eine Erhöhung der Reichweite des Sportgeräts die Energie beim Erzeugen eines Gegenmomentes zurückgewonnen und in einen Akkumulator oder Batterie eingespeist. Der Antrieb arbeitet dann rekuperativ. Der Akku wird wieder aufgeladen und die freiwerdende Energie wird genutzt. Auch die Zusatzbremseinheit kann in Verbindung mit einem Akkumulator genutzt werden, hier können beispielsweise die elektrischen Bauteile des Fahrrades geladen und mit Energie versorgt werden. Dazu zählen Licht, Fahrradcomputer, Steuergerät, Schaltung oder Federung. Auch das Laden des Smartphones ist möglich. Die für den Abgleich benötigten Soll-Leistungen werden vorzugsweise vor Fahrtantritt auf das Steuergerät übertragen. Die Soll-Leistungen sind streckenunabhängige konstante Leistungen oder zeitabhängige Leistungskurven. Dies geschieht vorzugsweise über einen Computer und kann kabellos oder per Kabelverbindung übertragen werden. Hier eignet sich besonders eine Übertragung über Funk, wie z.b. WLAN oder ANT+. Auch eine Manuelle Eingabe in das Steuergerät ist möglich und spart so den Weg über einen Computer. Sollte aufgrund von Erschöpfung oder anderweitiger Gründe die Soll-Leistung nicht mehr erreicht werden kann mit Hilfe der Bedieneinheit eine manuelle Anpassung der Leistungswerte während der Fahrt erfolgen.
Des Weiteren wird ein leistungsgesteuertes Sportgerät beschrieben, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem mit Muskelkraft betätigten Antrieb ausgeführt ist. Das Sportgerät besitzt eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung der von einem Fahrer erbrachten Eingangskraft und/oder Eingangsleistung. Diese Eingangsleistung wird kabellos per Funk, vorzugsweise ANT+, oder mit Kabel an ein Steuergerät übertragen, welches die Eingangsleistung (Ist-Leistung) mit einer streckenunabhängigen, vorzugsweise vor der Fahrt eingestellten Soll-Leistung abgleicht. Das Steuergerät ist mit dem steuerbaren Element in Form einer Bremseinrichtung oder E-Maschine im Generatorbetrieb derart gekoppelt, dass das Element mit einem Gegenmoment arbeitet, wobei dies abhängig vom Verhältnis der Ist-Leistung zur Soll-Leistung ist. Bei Einsatz einer E-Maschine kann diese zudem als Motor wirken und eine Unterstützung des Fahrers in Abhängigkeit der Soll-Leistung zur Ist-Leistung bewirken. Die Leistungsmessung erfolgt vorzugsweise über ein Wattmeter, welches vorteilhafter Weise am Pedal, an der Kurbel oder am Hinterrad die erbrachte Leistung abgreift. Auch im Tretlager ist eine Leistungsmessung möglich. Die Stromversorgung der Bedieneinheit, des Steuergeräts und der E-Maschine erfolgt über einen Akkumulator. Jedoch ist auch der Einsatz von herkömmlichen Batterien denkbar. Der E-Maschine besitzt wenigstens eine Unterstützungsstufe und eine den Akkumulator aufladende Rekuperationsstufe. Vorteilhafter Weise weist die E-Maschine mehrere Unterstützungsstufen und Rekuperationsstufen auf, welche einen breiteren Einsatz ermöglichen. Die Kommunikation zwischen Steuergerät und steuerbarem Element erfolgt kabelgebunden oder kabellos über gängige Funkstandards wie ANT+ wobei zum einen proprietäre Protokolle vom Steuergerät an das steuerbare Element übertragbar sind und andererseits das steuerbare Element in Form von Bremseinheit und/oder E-Maschine vorzugsweise die aktuell gefahrene Geschwindigkeit an das Steuergerät zurück übertragt. Zur Minimierung der Geräte kann das Steuergerät gleichzeitig die Bedieneinheit aufweisen, welche mittels integrierten Displays die notwendigen Informationen ausgibt und über Tasten oder ein Touchscreen Befehle an das Steuergerät übertragt. Diese Bedieneinheit befindet sich für die einfache Benutzung vorzugsweise am Lenker.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auch an Sportler oder Fahrradbegeisterte, welche bereits ein Fahrrad ohne Elektrounterstützung besitzen und kein weiteres dazukaufen wollen. Hier wird ein Erweiterungskit, bzw. Anbaukit verwendet, wobei das Erweiterungskit in Abhängigkeit vom Ausgangs-Ausstattungsgrad des Fahrrades ausgebildet ist. Hier sind vorzugsweise drei Ausstattungsgrade zu unterscheiden. Als erste Variante dient ein Sportgerätes mit einer E-Maschine und einer Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung der vom Fahrer aufgebrachten Ist-Kraft und/oder Ist-Leistung. Hier umfasst der Erweiterungskit zumindest ein Steuergerät, mit dem eine streckenunabhängige Soll-Leistung vorgebbar ist und mit der eine Ist-Kraft und/oder Ist-Leistung vergleichbar ist, wobei das Steuergerät mit dem elektrischen Antrieb gekoppelt ist derart, dass der Antrieb mit einem den Fahrer unterstützenden Moment arbeitet, wenn die Soll-Leistung überschritten wird oder mit einem Gegenmoment arbeitet, wenn die Soll-Leistung unterschritten wird. Alternativ kann diese Variante auch eine zusätzliche Bremseinheit umfassen, die zumindest ein Unterschreiten der Soll-Leistung verhindert. Die zweite Variante umfasst als Ausgangs-Ausstattung ein Sportgerät mit einem elektrischen Antrieb in Form einer E-Maschine ohne Leistungsmessung. Das Erweiterungskit umfasst in diesem Fall eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und ein Steuergerät welches wie bei Variante 1 arbeitet. Auch in dieser Variante kann für eine höhere Bremswirkung eine zusätzliche Bremseinheit verbaut werden. Variante 3 beschreibt als Ausgangs-Ausstattungsgrad ein Sportgerät ohne einen elektrischen Antrieb und ohne Leistungsmessung. Es bezieht sich auf ein handelsübliches Fahrrad, welches ein Erweiterungskit umfassend zumindest ein den Antrieb beeinflussendes Element aufweist, in Form einer Bremseinheit und/oder E-Maschine mit zugehörigem Akkumulator/Batterie, eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und ein Steuergerät gemäß aufweist. Die E-Maschine kann dabei als Motor wie auch Generator zum Laden des Akkumulators verwendet werden. Vorteilhafterweise sind die Bauteile des Erweiterungskits zu den Standards des Fahrrades kompatibel und können durch den Austausch einzelner Komponenten montiert werden. Eine weitere Variante des Erweiterungskits ist der Einsatz einer Black-Box als Steuergerät, welche alle eingegeben und/oder alle erfassten Ist-Werte der Leistungsmessung und/oder Kraftmessung und/oder die gefahrene Geschwindigkeit aufzeichnet. Des Weiteren kann die Black-Box ein Steuergerät ohne Anzeige darstellen, wobei die Black-Box in diesem Fall über ein externes Eingabegerät gesteuert wird. Hier empfiehlt sich der Einsatz eines Smartphones mit zugehöriger App oder ein Navigationsgerät mit kompatiblem Funkstandard oder Kabelverbindung. Hier können sowohl das Navigationsgerät wie auch das Smartphone Daten auslesen und eingegebene Daten an die Black-Box übertragen. Die Energie, welche mittels der Zusatzbremseinheit und/oder E-Maschine bei Erzeugung eines Gegenmoments frei wird, kann in dem vorhandenen oder einem zusätzlichen Akkumulator gespeichert und für das Laden der elektrischen Bauteile wie Licht, Fahrradcomputer, Steuergerät oder auch Smartphone verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 zeigt die schematische Montage an einem Fahrrad,
2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Steuerung der einzelnen Komponenten
Fahrräder gibt es in vielen verschiedenen Ausführungsformen und für viele verschiedene Einsatzbereiche. Die Grundkomponenten sind jedoch bei Fahrrädern die gleichen, d.h. jedes Fahrrad besitzt einen Rahmen 1, Laufräder 2, einen Antrieb mit einer Kette 3, Ritzel und Kurbel 4, Lenker 5 und Sattel. In 1 ist ein Fahrrad mit Fahrer dargestellt, welches die üblichen Komponenten aufweist. Das Fahrrad besitzt einen Rahmen 1 an welchem das System zur Leistungsmessung befestigt ist, wobei dieses System aus einem Steuergerät 5 mit integrierter Bedieneinheit 6.1, Wattmeter 7, einem den Antrieb 3 beeinflussenden steuerbaren Element 8 und einem Akkumulator 9 besteht. Das den Antrieb 3 beeinflussende steuerbare Element 8 ist dabei in Form einer über das Steuergerät 6 steuerbaren Zusatzbremseinheit 8.1 und/oder über das Steuergerät 6 steuerbaren E-Maschine 8.2 ausgebildet. Die E-Maschine 8.2 kann sowohl antreibend als Motor wie auch bremsend als Generator arbeiten. Da das Leistungsmesssystem als Anbaukit bzw. Erweiterungskit gestaltet ist, besteht die Möglichkeit durch den Austausch einzelner Komponenten das System in jedes Fahrrad zu integrieren. Folglich wird bei einem Fahrrad ohne Zusatzbremseinheit und/oder E-Maschine die gewöhnliche Kurbel 4 durch ein Wattmeter 7 ergänzt sowie das steuerbare Element 8 in Form einer Zusatzbremseinheit 8.1 und/oder E-Maschine 8.2 nachgerüstet. Dabei kann die Zusatzbremseinheit 8.1 und/oder die E-Maschine sowohl am Vorderrad, Hinterrad oder der Kurbel 4 wirken. Die Leistung und/oder Kraft kann direkt am Pedal, Kurbel, Nabe, Tretlager oder Hinterrad erfasst werden. Alternativ können Dehnungsmessstreifen je nach Hinterradnaben an den Pedalen oder der Kurbel montiert sein. Bei Verwendung einer E-Maschine kann die Stromversorgung über einen Akkumulator 9 umgesetzt werden, der vorzugsweise an am Rahmen 1 befindlichen Flaschenhalterschrauben befestigt wird, wobei auch eine Montage an anderweitigen Stellen am oder im Fahrrad erfolgen kann. Die Bedienung der Leistungssteuerung erfolgt über das Steuergerät 6 welches vorteilhafterweise am Lenker 5 montiert ist, wobei das Steuergerät 6 eine integrierte Bedieneinheit 6.1 aufweist. Vorteilhafter Weise ist die Bedieneinheit 6.1 in Form eines Displays mit intuitiver Bedienanzeige ausgeführt und besitzt ein wettergeschütztes Outdoorgehäuse. Die Stromversorgung erfolgt über den Akkumulator 9 oder mittels eines im Steuergerät integrierten Akkus. Alternativ ist es möglich, ein Smartphone für die Bedienung zu nutzen, welches mit einer passenden App ausgestattet ist.
Die Steuerung des Antriebs wird in 2 als Prinzipdarstellung gezeigt. Zentrales Element ist der Akkumulator 9, der das Steuergerät 6, die Bedieneinheit 6.1 und bei Verwendung der E-Maschine 8.2 diese mit Strom versorgt. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das Fahrrad eine Kurbel 4 mit Wattmeter 7, welcher über eine separate Batterie mit Strom versorgt wird. Der Wattmeter 7 überträgt die erfasste Ist-Leistung mit dem ANT+ Standard per Funk an das Steuergerät 6, d.h. die Leistung in Watt wird zyklisch übertragen. Neben der Leistung kann das Steuergerät 6 eine weitere Eingangsgrößen in Form von der aktuellen Geschwindigkeit welche mittels Kabelverbindung oder per Funk vom steuerbaren Element 8 oder einer anderen Quelle weitergegeben wird, erhalten. Durch den Abgleich mit den vor der Fahrt eingestellten Soll-Leistungswerten kann zeitabhängig ein Abgleich zwischen aktuell aufgebrachter Ist-Leistung und zeitabhängiger oder konstanter Soll-Leistung, woraus das Steuergerät 6 eine Ausgangsgröße ermittelt, welche an das steuerbare Element 8 weitergegeben wird erfolgen. Dies kann zusätzlich durch den Abgleich mit der Geschwindigkeit erfolgen. Liegt die Ist-Leistung unterhalb der Soll-Leistung so wirkt das steuerbare Element 8 mit der Erzeugung eines Gegenmoments dem Antrieb 3 entgegen und erhöht somit die Ist-Leistung des Sportlers. Die Steuerung erfolgt dabei über die Zusatzbremseinheit 8.1, welche den Rollwiderstand oder Tretwiderstand erhöht oder über die E-Maschine 8.2, wobei diese im Generator Betrieb arbeitet. Die Zusatzbremseinheit 8.1 kann dabei in Form eines Bremskraftverstärkers oder einer Wirbelstrombremse ausgebildet sein. Auch anderweitige Elemente zur Erhöhung des Tretwiderstands sind denkbar. In diesem Modus wird Energie zurückgewonnen und in den Akkumulator 9 zurückgespeist. Hier stehen Stufen der Rekuperation zur Verfügung. Unter Verwendung der E-Maschine 8.2 ist zudem eine unterstützende Wirkung für den Sportler möglich, das heißt, sollte die Ist-Leistung oberhalb der Soll-Leistung liegen kann die E-Maschine 8.2 in Form eines Motors den Antrieb 3 und damit den Sportler unterstützen. Die Informationen zur aktuellen Unterstützung bzw. Rekuperation können dem Bediener über die Bedieneinheit 6.1 optisch dargestellt werden. Des Weiteren kann der Fahrer die Information über die aktuell gefahrene Geschwindigkeit, auf die Bedieneinheit 6.1 übermittelt bekommen. Vorteilhafterweise lässt sich über die Bedieneinheit 6.1 die Zusatzbremseinheit 8.1 und/oder die E-Maschine 8.2 auch direkt beeinflussen, sofern eine Nachjustierung der Leistungswerte notwendig ist. Auch eine voreingestellte Geschwindigkeit kann mit Hilfe des Gerätes dauerhaft gehalten werden.
Das leistungsgesteuerte Sportgerät ermöglicht einen optimalen Trainingseffekt, welcher sonst nur stationär z.B. auf einem Ergometer möglich ist und verbindet diesen Vorteil mit der Möglichkeit sich in der Natur zu bewegen. Die aufzubringende Leistung durch den Fahrer wird somit nicht vom Streckenprofil beeinflusst. Zudem erfolgt das Training einzig auf Leistungswerten und nicht wie üblich auf physiologischen Größen wie Puls oder Blutdruck. Es besteht die Möglichkeit dauerhaft in einem voreingestellten Leistungsbereich zu trainieren, wobei je nach Ausführungsform mit Bremseinheit die Soll-Leistung nie unterschritten wird. Bei Einsatz der E-Maschine oder einer Kombination beider steuerbaren Elemente kann zudem eine Überschreitung der Soll-Leistung vermieden werden, was für ein Grundlagenausdauertraining von großem Nutzen ist. Das leistungsgesteuerte Sportgerät kann sowohl als Komplettrad, wie auch als Anbau- oder Erweiterungskit für bereits existierende Fahrräder genutzt werden, wobei es mit beliebigen Arten von Fahrrädern kompatibel ist.
Bezugszeichenliste

1: Rahmen
2: Laufräder
2.1: Hinterrad
3: muskelkraftbetätigter Antrieb
4: Kurbel
5: Lenker
6: Steuergerät
6.1: Bedieneinheit
7: Wattmeter
8: steuerbares Element
8.1: Zusatzbremseinheit
8.2: E-Maschine
9: Akkumulator

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

DE 202005008682 U1 [0003]
DE 102011082082 A1 [0004]
DE 102012211719 A1 [0005]
DE 102011082084 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines leistungsgesteuerten Sportgeräts, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem mit Muskelkraft betätigbaren Antrieb (3) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Eingangsgröße, welche eine über ein Leistungsmessgerät (7) ermittelte Ist-Leistung mit einer Soll-Leistung abgleicht und mittels eines Steuergeräts (6) eine zugehörige Ausgangsgröße für die Steuerung eines den Antrieb (3) beeinflussendes steuerbares Elements (8) generiert, welches zumindest zeitweise mit einem Gegenmoment arbeitet derart, dass die Ist-Leistung die Soll-Leistung nicht unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Antrieb (3) beeinflussende steuerbare Element (8) in Form einer über das Steuergerät (6) betriebenen Zusatz-Bremseinheit (8.1) und/oder einer über das Steuergerät betriebenen E-Maschine (8.2), die sowohl als Motor wie auch Generator arbeitet, ausgebildet ist derart, dass der Antrieb (3) ein durch die Bremseinheit (8.1) oder die E-Maschine (8.2) bereitgestelltes Gegenmoment überwinden muss.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine momentane Geschwindigkeit als Eingangsgröße des Steuergeräts (6) ermittelt wird und eine konstante Leistung oder eine zeitabhängige vorgegebene Leistungskurve der Soll-Leistung unabhängig vom Streckenprofil vorgebbar ist, wobei bei Verwendung der E-Maschine (8.2) diese bei Bedarf bei Überschreitung der Soll-Leistung unterstützend in Form eines Motors wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erzeugung des Gegenmoments die E-Maschine (8.2) in Form eines Generators rekuperativ arbeitet und eine Batterie/ein Akku (9) wieder aufgeladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor Fahrtantritt die Vorgaben in Form von streckenunabhängigen konstanten oder zeitabhängigen Soll-Leistungen kabellos per Funk oder per Kabelverbindung an das Steuergerät (6) übermittelt werden oder manuell eingegeben werden, wobei mittels einer Bedieneinheit (6.1) Anpassungen der Soll-Leistung während der Fahrt erfolgen.
Leistungsgesteuertes Sportgerät, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem mit Muskelkraft betätigbaren Antrieb (8) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sportgerät mit einer Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung der von einem Fahrer erbrachten Eingangskraft und/oder Eingangsleistung kombiniert ist und dass das Sportgerät ein Steuergerät (6) aufweist, mit dem eine streckenunabhängige Soll-Leistung vorgebbar ist und das Steuergerät mit der Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und einem den Antrieb (3) beeinflussenden Element gekoppelt ist derart, dass das beeinflussende steuerbares Element (8) mit zumindest einem dem Fahrer entgegenwirkenden Moment arbeitet und, dass das Leistungsmessgerät (7) in Form eines Wattmeters ausgeführt ist.
Sportgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das den Antrieb (3) beeinflussende steuerbare Element (8) in Form einer über das Steuergerät (6) betriebenen Bremseinheit (8.1) und/oder einer über das Steuergerät betriebener E-Maschine (8.2) ausgeführt ist, wobei die E-Maschine (8.2) sowohl als Motor, wie auch Generator einsetzbar ist.
Sportgerät nach Anspruch 6 und 7 unter Verwendung einer E-Maschine (8.2), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Batterie oder mindestens ein Akkumulator (9) das System aus Bedieneinheit (6.1), Steuereinheit (6) und E-Maschine (8.2) mit Energie versorgt wobei die E-Maschine (8.2) als Motor wirkend mindestens eine Unterstützungsstufe und als Generator wirkend mindestens eine die Batterie/den Akkumulator (9) wiederaufladbare Rekuperationsstufe besitzt.
Sportgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Steuergerät (6) und der Bremseinheit (8.1) und/oder der E-Maschine (8.2) mittels einer Kabelverbindung oder kabellos erfolgt wobei zum einen proprietäre Protokolle vom Steuergerät (5) an die Bremseinheit (8.1) und/oder die E-Maschine (8.2) übertragbar und zum anderen die aktuell gefahrene Geschwindigkeit vom Steuergerät (6) empfangbar ist und, dass das Steuergerät (6) mit verschiedenen Arten von Kraft- und/oder Leistungsmessgeräten (7) kombinierbar ist und die Leistung des Leitungsmessgerätes / des Wattmeters (7) mit Kabel oder Kabellos mittels Funk, vorzugsweise ANT+, an das Steuergerät (6) übertragbar ist.
Erweiterungskit zur Schaffung eines leistungsgesteuerten Sportgerätes / Fahrrades, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungskit in Abhängigkeit vom Ausgangs-Ausstattungsgrad des Fahrrades ausgebildet ist und dass – A) bei einem mit einem Ausgangs-Ausstattungsgrades eines Sportgerätes mit einer E-Maschine (8.2) und einer Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung (7) der vom Fahrer aufgebrachten Ist-Kraft und/oder Ist-Leistung: der Erweiterungskit zumindest ein Steuergerät (6) aufweist, mit dem eine streckenunabhängige Soll-Leistung vorgebbar ist und mit der Ist-Kraft und/oder Ist-Leistung vergleichbar ist, wobei das Steuergerät (6) mit der E-Maschine (8.2) gekoppelt ist derart, dass die E-Maschine (8.2) mit einem den Fahrer unterstützenden Moment arbeitet, wenn die Soll-Leistung überschritten wird oder mit einem Gegenmoment arbeitet, wenn die Soll-Leistung unterschritten wird; – B) bei einem mit einem Ausgangs-Ausstattungsgrades eines Sportgerätes mit einer E-Maschine (8.2) ohne Leistungsmessung und/oder Kraftmessung: das Erweiterungskit eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung (7) und ein Steuergerät (6) gemäß A) aufweist; – C) bei einem mit einem Ausgangs-Ausstattungsgrades eines Sportgerätes ohne eine E-Maschine (und ohne Leistungs- und/oder Kraftmessung: das Erweiterungskit eine E-Maschine (8.2) mit zugehörigem Akkumulator/Batterie (9), eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung (7) und ein Steuergerät (6) gemäß A) aufweist. – D) bei einem mit einem Ausgangs-Ausstattungsgrades gemäß A), B) oder C) anstelle oder zusätzlich zu der E-Maschine (8.2) eine Bremseinheit (8.1) verwendet wird, wobei die Bremseinheit (8.1) über das Steuergerät (6) derart steuerbar ist, dass zumindest die Soll-Leistung nicht von der Ist-Leistung unterschritten wird.
Erweiterungskit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) eine Black-Box ist, die alle eingegebenen Werte und/oder alle erfassten Ist-Werte der Leistungsmessung und/oder Kraftmessung und/oder die gefahrene Geschwindigkeit aufzeichnet, wobei die Black-Box ein Steuergerät (6) ohne Anzeige darstellt und eine Schnittstelle aufweist, mit welcher über eine passende Bedieneinheit (6.1) in Form eines Smartphones mit zugehöriger App oder ein Navigationsgerät Daten auslesbar und eingebbar sind.
Verfahren, Sportgerät und Erweiterungskit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sportgerät, Verfahren und Erweiterungskit bei Einzelsportlern, Olympiastützpunkten und dem Nachwuchssport, als auch für Trainingswissenschaftler, den Reha-Sport und Technikbegeisterte sowie Leistungsdiagnostikzentren Anwendung findet.