DE102016010826A1

DE102016010826A1 - Ski-Tacho

Info

Publication number: DE102016010826A1
Application number: DE102016010826.6A
Authority: DE
Inventors: Kurt Spiegelmacher; Jens Sonnendecker; Laura Schwarz; Julian Eller; Christian Udo Müller; Dorian Uwe Memmer; Fabian Marcel Friedmann; Fabienne Wagner; Manuela Walther; Marius Veith; Manuela Brück; Jenny Konietzny; Jonathan Rauch; Sebastian Frank; Pan Chun; Cooke Thomas; Tanja Kessler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Messgerät für die Ermittlung von Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- oder Wegstreckendaten beim Skilaufen mit integrierter oder über Funk-Datenübertragung im Nahbereich des Fahrers ansprechbarer Anzeige und Bedienung. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen der Lauffläche (3) und deren Untergrund, wie Schnee oder Eis (4), hinsichtlich Betrag und Richtung durch eine eingesetzte Messeinheit (5) erfasst wird. Mittels einer Lichtquelle (6) und eines Bilderfassungssensors (7) wird ein durch den Speckle-Effekt erzeugtes Bildmuster ausgewertet. Der Strahlengang (8) wird durch einen transparenten Vorsatzkörper (9) von der kohärenten Lichtquelle (6) zum Bilderfassungssensor (7) geführt, welcher eine verschleißfeste Laufflächen-bündige Lichtaus- und -eintrittsfläche (11) besitzt. Die elektrische Datenauswertungseinheit inklusive Batterie, Akku, oder Solarstromversorgung (12) sind in einem separat in der Nähe am selben Ski (1), Snowboard oder an derselben Kufe angeordneten oder aber gemeinsamen Gehäuse (13) untergebracht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät für die Ermittlung von Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- oder Wegstreckendaten mit integriertem oder über Funk-Datenübertragung im Nahbereich ansprechbarem Anzeigeelement. Es dient dem Einbau im Laufflächenbereich eines Skis oder Snowboards oder einer Kufe. Die Anzeige von Messergebnissen soll im sichtbaren oberen Bereich des Skis oder Snowboards oder der Kufe oder über Funk-Datenübertragung im Sichtbereich des Ski-fahrenden Menschen erfolgen.
Es ist ein System bekannt (Patentanmeldung DE 00 0020 320 622 U1 ), bei dem die Geschwindigkeit und der zurückgelegte Weg durch verschiedene Sensoren berechnet wird. Einerseits wird die Geschwindigkeit demnach mittels GPS (global position system) gemessen, eine weitere Methode ist die Messung mithilfe eines OCD-Sensors, der die Phasenverschiebung des Laserlichts misst und dadurch die Geschwindigkeit ermittelt, desweiteren werden mit einem Luftdrucksensor die Höhenunterschiede gemessen und mit einem Winkelsensor das Gefälle des Hanges ermittelt. Nachteilig ist hierbei jeweils, dass die Messungen, bedingt durch die erfassten physikalischen Daten, nicht zufriedenstellend genau sein können und die Erfassung und Auswertung der verschiedenen Daten zum Teil nur zeitverzögert erfolgen kann. Zudem ist nicht beschrieben, wie die Anzeige der Geschwindigkeit erfolgen soll.
Ferner ist ein System bekannt (Patentanmeldung US 020010034583 A1), bei dem verschiedene Methoden in Frage kommen und demnach eingebaut werden können: Ein Sensor, der das Schwingungsspektrum betrachtet und dadurch die Geschwindigkeit ermittelt, ein Laser- oder schallbasierte Doppler-Shift Sensor, ein Beschleunigungssensor, ein Drucksensor oder ein Spannungs-Widerstands-Sensor. Die Geschwindigkeitsanzeige soll dabei auf einem LCD-Display erfolgen, bevorzugt extern in einer Uhr oder ähnlichen integriert. Unbeachtet bleiben hier jedoch unterschiedliche Störeinflüsse im Umfeld von Schnee und Eis, welche die Genauigkeit solcher Messmethoden erheblich beeinträchtigen. Ferner ist nicht vorgesehen, die Geschwindigkeitsanzeige auf dem Ski abzubilden.
Desweiteren ist eine Lösung bekannt (Patentanmeldung DE 00 0002 813 704 C2 ), bei der ein Geschwindigkeits- und/oder Streckenmesser für Ski-Fahrer während des Fahrens verwendet werden kann. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein gezahntes Rad mechanisch mit dem Schnee in Kontakt und seitlich und vorn geschützt wird, wobei der Raum in dem das Zahnrad befestigt ist, nach hinten offen ist. Die Geschwindigkeitsmessung erfolgt dabei durch das Wirbelstromprinzip. Nachteilig ist hierbei, dass der Raum hinter den Zahnrädern mit Schnee gefüllt werden kann und so die Funktionstüchtigkeit sowie Messgenauigkeit erheblich beeinflusst wird.
Ein weiteres bekanntes System (Patentanmeldung DE 10 2014 014 017 A1 ) soll eine tragbare Messung von Bewegungsabweichungen ermöglicht. Dieses System besitzt zwei Sensormodule. Die zwei Sensormodule enthalten einen Beschleunigungssensor, eine Datenübertragungseinheit und eine Verarbeitungseinheit, damit die Beschleunigungswerte des Körperteils oder Skis erfasst werden kann. Mithilfe dieser Doppelbeschleunigungssensoren lasst sich der Beschleunigungswert feststellen. Nachteilig ist hierbei die indirekte Messung, die durch überlagerte weitere Bewegungen des Menschen oder Skis Ungenauigkeiten aufweisen kann. Ferner dürfte eine kostengünstige Ausführung dieser Lösung durch aufwendige Datenübertragung und -auswertung kaum möglich sein.
Eine andere Erfindung (Patentanmeldung DE 00 0010 053 288 A1 ), bei der der Gleitfläche ein Sender einer in Richtung des Schnee- oder Eisuntergrundes ausgestrahlten Welle und ein frequenzsensitiver Empfänger zum Empfang der reflektierten Welle zugeordnet ist. Die Geschwindigkeit wird durch die Frequenzverschiebung der ausgesandten und der zurückgestrahlten Wellen (Dopplereffekt) ermittelt. Auch bei diesem Messprinzip werden Störungen, z. B. durch den Empfang sekundärer Reflektionen, zu fehlerhaften und stark schwankenden Messungen führen.
Desweiteren ist ein System zur Geschwindigkeitsmessung von Personen oder Geräten mithilfe von GPS (Patentanmeldung DE 00 0029 803 847 U1 ). Hier ist der Nachteil, dass Hangneigungen nicht berücksichtigt werden und die Bestimmung der resultierenden Gesamtgeschwindigkeit nicht möglich ist. Zudem sieht die beschriebene Lösung nur eine separate Anzeige vor.
Es besteht daher das Ziel, die Nachteile der bestehenden Lösungen zu überwinden und eine Geschwindigkeitsmessung und -anzeige bereitzustellen, mit der es möglich ist, die tatsächlich mit Skiern, Snowboards, Skibobs oder dergleichen gefahrene Gesamtgeschwindigkeit zuverlässig bestimmen und direkt an ihnen oder in deren unmittelbarem Umfeld ablesen zu können. Dieses Ziel wird mit der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 erreicht. Weitergehende Ausprägungen der Erfindung sind in den Nebenansprüchen beschrieben.
Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass die Geschwindigkeit, die der Fahrer eines Skis, eines Snowboards, Skibobs oder dergleichen zurücklegt, parallel zur Oberfläche (Schnee, Eis) mithilfe einer optischen Messeinheit, welche bündig zur Lauffläche montiert ist, gemessen wird. Die eigentliche Geschwindigkeitsmessung erfolgt über einen in der Messeinheit fest montierten Bilderfassungssensor, der an der inhomogenen Schnee- oder Eisfläche reflektiertes kohärentes Laserlicht aus einer kleinen Laserlichtquelle erfasst und dabei den Speckle-Effekt nutzt. Als Speckle werden die körnigen Interferenzphänomene bezeichnet, die sich bei hinreichend kohärenter Beleuchtung optisch rauer Objektoberflächen, d. h. Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge, beobachten lassen. Die Lichtquelle wirft einen Lichtstrahl auf die Schnee- oder Eis-Oberfläche. Durch den Bilderfassungssensor werden dabei mehrere Bilder aufgenommen, die dann an die Datenauswertungseinheit übergeben werden. Durch einen Berechnungsprozess in einer integrierten CPU erfolgt die Geschwindigkeitsangabe, die gemäß der Erfindung auf einem direkt am Ski, Snowboard oder der Kufe angebrachten Display oder im direkten Umfeld des fahrenden Menschen angezeigt wird. Dieses Messprinzip wird in ähnlicher Weise zum Beispiel an Computer-Mäusen genutzt. Der Strahlengang wird durch einen transparenten Vorsatzkörper von der kohärenten Lichtquelle zum Bilderfassungssensor geführt, welcher eine verschleißfeste, Laufflächen-bündige Lichtaus- und -eintrittsfläche besitzt. Weiteres Wesen der Erfindung ist, dass die elektrisch verbundene Datenauswertungseinheit und die Batterie-, Akku- oder/und Solar-Stromversorgung gemeinsam mit der Messeinheit oder separat in einem in deren Nähe am Ski, Snowboard oder an der Kufe angeordneten Gehäuse untergebracht sind.
Die Erfindung mit bevorzugten Weiterbildungen wird nachstehend unter Einbeziehung folgender Abbildungen beschrieben:
1: Draufsicht des Anzeigeelements im Laufflächenbereich des Skis
2: Seitenansicht der integrierten Messeinheit im Laufflächenbereich des Skis – in Relativbewegung zwischen Lauffläche und deren Untergrund
3: Draufsicht der integrierten Messeinheit im Laufflächenbereich des Skis
4: Draufsicht der Messeinheit mit integrierter Energiequelle
5: Querschnitt der Messeinheit im gemeinsamen Gehäuse
6: Draufsicht des Skis mit Aussparungen zur Befestigung einer oder mehrer Messeinheiten im Laufflächenbereich
7: Seitenansicht der Funktion der Messeinheit

Folgende Bezugszeichen in den Abbildungen stellen den Bezug zu den verwendeten Begriffen her:

Bezugsziffer	Element
1	Ski
2	Laufflächenbereich
3	Lauffläche
4	Schnee/Eis
5	Optische Messeinheit
6	Lichtquelle
7	Bilderfassungssensor
8	Strahlengang
9	Vorsatzkörper
10	Lichtaus- und -eintrittsfläche
11	Datenauswertungseinheit
12	Stromversorgung
13	Gehäuse
14	kufenartige Erhebung
15	Anzeigeelement
16	Bedienungseinheit
17	Wasserdichte Folientasten
18	Berührungssensibles Display
19	Sendeeinheit
20	Aussparung
21	Verbindung, lösbar
22	Kantenbereich

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen der Lauffläche (3) und deren Untergrund, wie Schnee oder Eis (4), hinsichtlich Betrag und Richtung durch eine laufflächenbündig eingesetzte optische Messeinheit (5) erfasst wird, welche mittels einer kohärenten Lichtquelle (6) und einem Bilderfassungssensor (7) durch den Speckle-Effekt erzeugte Bildmuster auswertet, wobei der Strahlengang (8) durch einen transparenten Vorsatzkörper (9) von der kohärenten Lichtquelle (6) zum Bilderfassungssensor (7) geführt wird (siehe 7), welcher eine verschleißfeste, Laufflächenbündige Lichtaus- und -eintrittsfläche (10) besitzt (siehe 5 und 7), und dass ferner die elektrisch verbundene Datenauswertungseinheit (11) und die Batterie-, Akku- oder/und Solar-Stromversorgung (12) in einem separat in der Nähe am Ski (1) Snowboard oder an der Kufe angeordneten oder gemeinsamen Gehäuse (13) untergebracht ist (siehe 3 und 6).
In einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung wird monochromes, zum Beispiel blaues, Laserlicht als kohärente Lichtquelle (6) eingesetzt.
Die verschleißfeste Laufflächen-bündige Lichtaus- und -eintrittsfläche (10) ist Bestandteil des entsprechenden transparenten Vorsatzkörpers (9), wobei dieser in einer vorgeschlagenen Ausführung der Erfindung aus einem verschleißfesten Material, zum Beispiel Mineralglas, oder besitzt eine Hartbeschichtung. Er soll zudem so gestaltet beziehungsweise eingesetzt sein, dass er leicht mittels einer lösbaren Steck-, Schraub- oder Klemmverbindung im konstruktiven Verbund mit den angeschlossenen Bauteilen ausgewechselt werden kann.
Beschädigungen der Laufflächen-bündigen Lichtaus- und -eintrittsfläche (10), zum Beispiel, wenn die Lauffläche des Skis, Snowboards oder der Kufe über einen Stein fährt, werden in einer erfindungsgemäßen Ausführung dadurch vermieden, dass diese Lichtaus- und -eintrittsfläche (10) beidseitig durch in Längsrichtung der Lauffläche verlaufende kufenartige Erhebungen (14) geschützt wird (siehe 2 und 5).
Für eine Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, das Anzeigeelement (15) zusammen mit der Messeinheit (5), den elektronischen Einheiten für Bedienung (16) und Datenauswertung (11) und der Batterie-, Akku- oder/und Solar-Stromversorgung (12) im Sichtbereich des den Ski (1), das Snowboard oder die Kufe fahrenden Menschen anzuordnen (siehe 1). Die Bedienung des Messgerätes, insbesondere dessen Einstellung, die Anwahl anzuzeigender Messgrößen oder Analysedaten, erfolgt in einer Ausprägung der Erfindung entweder über wasserdichte Folientasten (17) oder ein berührungssensibles Display (18) (siehe 1).
In einer weiteren Variante der Erfindung besitzt das Messgerät eine Sendeeinheit (19), mit der Daten per Nahbereichsfunk an eine vom den Ski (1), das Snowboard oder die Kufe fahrenden Menschen getragenen oder in ein Ausrüstungsteil, wie zum Beispiel Jacke, Handschuh, Skistock, Smart-Watch, Smartphone oder Brille, integrierten Anzeigeeinheit übertragen werden.
In einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung wird die optische Messeinheit (5) in eine Aussparung (20) am Ski (1) mittels einer lösbaren Verbindung (21) eingebaut (siehe 6). Dabei können einzelne oder mehrere oder alle Bestandteile des Messgerätes umgebende Gehäuse (13) (siehe 4) in eine oder mehrere passende Aussparungen (20) am Ski (1), am Snowboard oder an der Kufe gefügt und mittels einer lösbaren Verbindung (21) fixiert werden. Dabei hat insbesondere die Nut- oder Loch-förmige Aussparung (20) für die Laufflächen-bündig gefügte Messeinheit (5) eine so geringe Breite, dass die Festigkeit des Laufflächenbereichs (2) des Skis (1), Snowboards oder der Kufe nicht nennenswert beeinträchtigt wird.
Das Gehäuse (13), welches die Stromversorgung (12) Feuchtigkeits-geschützt enthält, wird vorzugsweise so gestaltet, dass die Einlage und der Austausch von elektrische Energie speichernden Bauteilen (Batterie, Akku) mit wenigen Handgriffen im eingebauten Zustand des Gehäuses (13) vorgenommen werden kann, wie zum Beispiel durch eine direkt zugängliche Schraub-, verriegelbare Steck-, Bajonett- oder Klemm-Verbindung eines Deckels oder einer Halterung.
Für sehr breite Laufflächenbereichen (2), wie zum Beispiel bei einem Snowboard, wird eine Variante der Erfindung vorgeschlagen, bei der zwei oder mehr Messeinheiten (5), dabei jeweils mindestens eine an jedem seitlichen Kantenbereich (22) (siehe 6), eingesetzt ist und die jeweils erfassten Messdaten der Datenauswertungseinheit (11) zugeleitet werden.
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 000020320622 U1 [0002]
DE 000002813704 C2 [0004]
DE 102014014017 A1 [0005]
DE 000010053288 A1 [0006]
DE 000029803847 U1 [0007]

Claims

Messgerät für die Ermittlung von Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- oder Wegstreckendaten mit integriertem oder über Funk-Datenübertragung im Nahbereich ansprechbarem Anzeigeelement, zum Einbau im Laufflächenbereich (2) eines Skis (1) oder Snowboards oder Kufe, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen der Lauffläche (3) und deren Untergrund, wie Schnee oder Eis (4), hinsichtlich Betrag und Richtung durch eine laufflächenbündig eingesetzte optische Messeinheit (5) erfasst wird, welche mittels einer kohärenten Lichtquelle (6) und einem Bilderfassungssensor (7) durch den Speckle-Effekt erzeugte Bildmuster auswertet, wobei der Strahlengang (8) durch einen transparenten Vorsatzkörper (9) von der kohärenten Lichtquelle (6) zum Bilderfassungssensor (7) geführt wird, welcher eine verschleißfeste, Laufflächen-bündige Lichtaus- und -eintrittsfläche (10) besitzt, und dass ferner die elektrisch verbundene Datenauswertungseinheit (11) und die Batterie-, Akku- oder/und Solar-Stromversorgung (12) in einem separat in der Nähe am Ski (1) Snowboard oder an der Kufe angeordneten oder gemeinsamen Gehäuse (13) untergebracht sind.
Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise monochromes Laserlicht als kohärente Lichtquelle (6) eingesetzt wird.
Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen-bündige Lichtaus- und -eintrittsfläche (10) aus einem verschleißfesten Material, zum Beispiel Mineralglas, besteht oder eine Hartbeschichtung besitzt.
Messgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächenbündige Lichtaus- und -eintrittsfläche (10) beidseitig durch in Längsrichtung der Lauffläche verlaufende kufenartige Erhebungen (14) geschützt wird.
Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeelement (15) zusammen mit der Messeinheit (5), den elektronischen Einheiten für Bedienung (16) und Datenauswertung (11) und der Batterie-, Akku- oder/und Solar-Stromversorgung (12) im Sichtbereich des den Ski (1), das Snowboard oder die Kufe fahrenden Menschen angeordnet ist.
Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienung des Messgerätes, insbesondere dessen Einstellung, die Anwahl anzuzeigender Messgrößen oder Analysedaten, entweder über wasserdichte Folientasten (17) oder ein berührungssensibles Display (18) erfolgt.
Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Sendeeinheit (19) besitzt, mit der Daten per Nahbereichsfunk an eine vom den Ski (1), das Snowboard oder die Kufe fahrenden Menschen getragenen oder in ein Ausrüstungsteil, wie zum Beispiel Jacke, Handschuh, Skistock oder Brille, integrierten Anzeigeeinheit übertragen werden.
Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder mehrere oder alle Bestandteile des Messgerätes umgebende Gehäuse (13) in eine oder mehrere passende Aussparungen (20) am Ski (1), am Snowboard oder an der Kufe gefügt und mittels einer lösbaren Verbindung (21) fixiert werden.
Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (20) für die Laufflächen-bündig gefügte Messeinheit (5) eine so geringe Breite besitzt, dass die Festigkeit des Laufflächenbereichs (2) des Skis (1), Snowboards oder der Kufe nicht nennenswert beeinträchtigt wird.
Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei sehr breiten Laufflächenbereichen (2), wie zum Beispiel bei einem Snowboard, zwei oder mehr Messeinheiten (5), dabei jeweils mindestens eins an jedem seitlichen Kantenbereich (22) eingesetzt ist und die jeweils erfassten Messdaten der Datenauswertungseinheit (11) zugeleitet werden.