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Die Erfindung betrifft eine Klettergriffanordnung zur Berührungserkennung an einer Kletterwand. Eine solche Klettergriffanordnung umfasst einen Klettergriff mit einer geformten Angriffoberfläche, der sich an der Kletterwand anbringen lässt, und weiterhin eine Sensoreinheit, mit der eine Berührung des Klettergriffs detektierbar ist.
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Künstliche Kletterwände mit zahlreichen daran befestigen Klettergriffen erfreuen sich sowohl innerhalb von Sporthallen als auch im Außenbereich zunehmender Beliebtheit bei Sportlern. Durch die Vorgabe bestimmter Kletterrouten können spezifische Klettertechniken geübt und auch Wettkämpfe bestritten werden. Dazu ist es erforderlich, dass die Benutzung vorbestimmter Klettergriffe detektiert werden kann. Insbesondere im Rahmen des Trainings kann es interessant sein, nicht nur die Benutzung eines Klettergriffs zu erfassen sondern darüber hinaus die Dauer und ggf. auch die angewandte Kraft während der Benutzung zu erfassen.
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Die
WO 2005/049155 A1 beschreibt einen Klettergriff, der in typischer Weise mit einem Schraubbolzen an einer Kletterwand anbringbar ist. Dazu sind in einem Raster zahlreiche vorbestimmte Befestigungspositionen an der Kletterwand vorgesehen. Auf der Rückseite des Klettergriffs ist eine konzentrisch zum Schraubbolzen verlaufende Ausnehmung mit einer darin angeordneten Schaltungsplatine vorgesehen. Zur Beleuchtung des Klettergriffs sind LED an der Schaltungsplatine vorgesehen. Radial außerhalb der Ausnehmung ist die Rückseite des Klettergriffs mit einer Aluminiumfolie belegt. Ein kapazitiver Sensor wirkt mit der Folie zusammen, um eine Abstandsänderung in diesem Bereich zu detektieren, die aufgrund einer Belastung des Klettergriffs entsteht.
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Aus der
US 8,808,145 B1 ist ein Kletterwandsystem bekannt, welches berührungsempfindliche Klettergriffe verwendet. Eine relativ komplexe Schaltungsanordnung ist an der Rückseite der Kletterwand an dem Schraubbolzen, mit welchem der Klettergriff befestigt ist, angebracht. Die Schaltungsanordnung umfasst einen kapazitiven Sensor, der aus einer Krafteinleitung über den Schraubbolzen eine entsprechende Belastung des Klettergriffs detektieren soll. Weniger kräftige Berührungen des Klettergriffs lassen sich mit dieser Anordnung aber nicht erfassen.
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In der
US 8,668,626 B1 ist ein drahtloser druckempfindlicher Klettergriff bekannt, der zusätzlich beleuchtet werden kann. Innerhalb des Klettergriffs ist dafür eine komplexe Schaltung angeordnet, die u.a. einen druckempfindlichen Sensor umfasst. Zur Auswertung einer Kletterroute werden die einzelnen Klettergriffe mit einer Kamera beobachtet.
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Die
DE 10 2013 002 287 B3 beschreibt einen Klettergriff zur Befestigung an Kletterwänden. Der Klettergriff besitzt ein Steuergerät, Kommunikationsmittel zum Datenempfang von einer externen Quelle und zur Datenübertragung zum Steuergerät sowie ein Leuchtmittel, welches den Klettergriff bei Aktivierung beleuchtet. Außerdem ist ein Sensor vorgesehen, der in der Lage ist, eine Berührung der Griffoberfläche zu detektieren. Die Griffoberfläche kann in mehrere Bereiche unterteilt sein, die mit getrennten Sensoren abgetastet werden. Als Sensoren kommen kapazitive oder resistive Sensoren in Betracht, beispielsweise Dehnungsmessstreifen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine verbesserte Klettergriffanordnung bereitzustellen, mit welcher die Berührung eines Klettergriffs an einer Kletterwand einfach und sicher erfasst werden kann, wobei der Schaltungsaufwand klein gehalten werden soll. Insbesondere soll es möglich sein, auch geringe Berührungskräfte zu detektieren, unabhängig davon, an welcher Stelle der Angriffoberfläche des Klettergriffs die Berührung erfolgt. Die Detektion soll unempfindlich gegen Umgebungseinflüsse sein, sodass sich die Klettergriffanordnung auch für den Outdoor-Einsatz eignet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Klettergriffanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäße Klettergriffanordnung eignet sich zum Einsatz an einer Kletterwand sowohl im Indoor- als auch im Outdoor-Bereich. Sie kann insbesondere in einer Art gestaltet werden, die es gestattet, vorhandene Kletterwände mit dieser Klettergriffanordnung auszurüsten, ohne dass erhebliche Änderungen an der Kletterwand selbst vorgenommen werden müssen. Die Klettergriffanordnung umfasst dazu einen Klettergriff mit einer geformten Angriffoberfläche, wobei die Formgebung beliebig gewählt werden kann, sodass sich natürliche Bedingungen z. B. an einer Felswand gut nachgebildet werden können. Die Form der Angriffoberfläche wird von den weiteren Komponenten, insbesondere einer benötigten Sensoreinheit in keiner Weise eingeschränkt.
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Die Sensoreinheit besitzt mindestens einen Sender zum Senden von Schallwellen in den Klettergriff sowie einen Empfänger zum Empfangen von an der Angriffoberfläche reflektierten Antwortwellen. Sender und Empfänger können durch ein einziges Bauelement gebildet sein oder als getrennt Elemente ausgelegt sein. Vorzugsweise sind Sender und/oder Empfänger als piezoelektrische Schallwandler aufgebaut. Der Sender ist besonders bevorzugt ein piezoelektrischer Schallerzeuger, der Schallwellen im Frequenzbereich 10 kHz bis 500 kHz aussendet. Bevorzugt werden die Schallwellen in einem Bereich oberhalb der Hörschwelle erzeugt, um die Nutzer nicht zu belästigen. Es können aber auch gezielt hörbare Schallwellen erzeugt werden, beispielsweise wenn beim Klettern im Dunkeln dem Nutzer eine akustische Orientierung über die Position der Klettergriffe gegeben werden soll. Ebenso können solche akustischen Signale für sehbehinderte Nutzer vorteilhaft sein.
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Die Klettergriffanordnung besitzt weiterhin eine Steuereinheit, welche den Sender ansteuert und die vom Empfänger aufgrund der empfangenen Antwortwellen gelieferten Signale auswertet, um eine Berührung der Angriffoberfläche zu detektieren. Die gesendeten akustischen Wellen breiten sich im Material des Klettergriffs allseits aus und erreichen so die komplette Angriffoberfläche des Griffs. An der Angriffoberfläche kommt es aufgrund der Grenzfläche zwischen dem Material des Klettergriffs (zumeist ein Kunststoff) und der angrenzenden Luft zu einer Reflexion der Schallwellen zurück in den Griff. Die reflektierten Antwortwellen werden vom Empfänger aufgenommen und in elektrische Signale gewandelt. Die Antwortwellen liegen etwa im selben Frequenzbereich wie die gesendeten Schallwellen, erfahren jedoch durch die Reflexion eine Dämpfung und eine Phasenverschiebung, woraus die Steuereinheit die Berührung des Klettergriffs und bei Bedarf auch die eingeprägte Kraft sowie die Berührungsstelle am Klettergriff bestimmen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind Sender und Empfänger im Klettergriff mindestens teilweise eingeschlossen. Besonders bevorzugt sind Sender und Empfänger in Ausnehmungen eingesetzt, die sich an einer der Angriffoberfläche gegenüberliegenden Montagefläche des Klettergriffs befinden. Wenn der Klettergriff mit der Montagefläche an der Kletterwand befestigt wird, sind diese Einheiten dann auch an dieser Seite gegen Umwelteinflüsse geschützt. Gleichzeitig können Kontaktelemente vorgesehen sein, welche sich über die Montagefläche des Klettergriffs erheben und eine elektrische Kontaktierung zwischen einer außerhalb des Klettergriffs angeordneten Steuereinheit und Sender und Empfänger ermöglichen. Bevorzugt ist die Steuereinheit in diesem Fall an der Rückseite der Kletterwand angeordnet, wobei sich die Kontaktelemente durch die Kletterwand hindurch erstrecken.
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Eine abgewandelte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass Sender und Empfänger außerhalb des Klettergriffs angeordnet sind und akustisch an die der Angriffoberfläche gegenüberliegende Montagefläche des Klettergriffs angekoppelt sind, um die Schallwellen über die Montagefläche in den Klettergriff einzukoppeln und die Antwortwellen über die Montagefläche auszukoppeln. Besonders bevorzugt ist die Sensoreinheit mit Sender und Empfänger dazu auf einer der Montagefläche des Klettergriffs abgewandten Rückseite der Kletterwand angeordnet. Bei dieser Ausführung müssen am Klettergriff selbst keinerlei Änderungen vorgenommen werden, sodass vorhandene Klettergriffe nutzbar bleiben. Der Klettergriff wird an der Kletterwand angebracht und die Schallwellen und/oder die Antwortwellen werden über die Kletterwand übertragen und in den Klettergriff eingekoppelt.
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Die Klettergriffanordnung umfasst vorzugsweise ein Montageelement, mit welchem der Klettergriff an einer vorbestimmten Position der Kletterwand anbringbar ist. Regelmäßig kommt als Montageelement ein Schraubbolzen zum Einsatz, welcher den Klettergriff durchdringt, von der Angriffoberfläche aus zugänglich sein kann, im Wesentlichen senkrecht durch die Kletterwand verläuft und in einer Gewindebuchse eingeschraubt ist, wobei sich die Gewindebuchse an der Rückseite der Kletterwand befindet oder in das Material der Kletterwand eingelassen ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Montageelement akustisch an den Sender und/oder den Empfänger gekoppelt. Insbesondere kann der Sender die Schallwellen über das Montageelemente in den Klettergriff einkoppeln, wozu der Sender vorzugsweise auf der Rückseite der Kletterwand angebracht ist und dort akustisch an das Montagelement gekoppelt ist. Besonders bevorzugt sind mehrere Empfänger konzentrisch um das Montagelement angeordnet, sodass die von der Angriffoberfläche reflektierten Antwortwellen 360° um die Schallquelle aufgenommen werden können.
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Bevorzugt ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie ein Berührungssignal generiert, wenn aus einer Änderung der Antwortwellen die Berührung der Angriffoberfläche detektiert wird. Das Berührungssignal kann im einfachsten Fall zu einer optischen und/oder akustischen Anzeige genutzt werden. Vorzugsweise werden die Berührungssignale mehrerer Klettergriffanordnungen zentral zusammengeführt, sodass eine Kletterroute aufgezeichnet werden kann, sowie Einzelheiten der berührten Klettergriffe ausgewertet werden können (Berührungsposition, Kräfte, Zeitpunkt und Dauer usw.).
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Klettergriffanordnung außerdem einen Temperatursensor, der ein Temperatursignal an die Steuereinheit liefert. Die Schallausbreitung im Klettergriff ist stark temperaturabhängig, sodass die Auswertung der Signale verbessert wird, wenn die Temperaturänderung berücksichtigt wird.
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Alternativ oder kumulativ kann auch eine Referenz-Schallstrecke innerhalb des Klettergriffs vorgesehen werden, in welcher die Schallausbreitung unabhängig von einer eventuellen Berührung der Angriffoberfläche erfolgt. Dazu kann beispielsweise eine Reflexionsfläche im Klettergriff ausgebildet sein.
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Die Erzeugung der Schallwellen erfolgt im einfachsten Fall kontinuierlich durch Aktivierung des Senders. Der Empfänger detektiert insbesondere eine Amplitudenabnahme der Antwortwellen bei Berührung der Angriffoberfläche. Ebenso denkbar ist die Erzeugung eines kurzen Burst-Signals durch den Sender. Auch hier lässt sich die Amplitudenabnahme und ggf. auch eine Laufzeitänderung zusätzlich detektieren. Aus der zusätzlichen Auswertung der Laufzeit der Antwortwellen, neben der Amplitude, können weitere Informationen gewonnen werden. Bei der alternativen Verwendung eines einzelnen Schallwandlers sowohl als Sender als auch Empfänger muss dieser im Multiplexmodus betrieben werden, d. h. durch die Steuereinheit wird der Betriebsmodus zwischen Senden und Empfangen umgeschaltet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Klettergriffanordnung mit einem Sender und einem Empfänger innerhalb eines Klettergriffs;
- 2 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Klettergriffanordnung mit zwei Transpondern im Klettergriff;
- 3 eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform der Klettergriffanordnung mit einem Sender, der an ein Montageelement gekoppelt ist;
- 4 eine Prinzipdarstellung einer vierten Ausführungsform der Klettergriffanordnung mit einem Transponder, der an das Montageelement gekoppelt ist;
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1 zeigt in einer vereinfachten Prinzipdarstellung eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Klettergriffanordnung, die zunächst einen Klettergriff 01 mit einer geformten Angriffoberfläche 02 besitzt. Der Klettergriff 01 ist mithilfe eines Montagelements 03, nämlich einem Schraubbolzen, an einer Kletterwand 04 befestigt. Dazu ist in der Kletterwand 04 eine Durchgangsbohrung angebracht und auf der Rückseite der Kletterwand befindet sich eine Gewindebuchse 05, in welche der Schraubbolzen 03 eingeschraubt ist. Eine der Angriffoberfläche 02 gegenüberliegende Montagefläche 06 des Klettergriffs 01 wird dadurch gegen die Vorderseite der Kletterwand 04 gepresst.
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Von der Montagefläche aus sind im Material des Klettergriffs 01 zwei Ausnehmungen eingebracht, in welche ein Sender 07 bzw. ein Empfänger 08 einer Sensoreinheit eingesetzt sind. Der Sender 07 ist ein piezoelektrischer Schallerzeuger (z. B. ein Dickenschwinger oder ein Schwerschwinger), welchem von einer Steuereinheit 09 eine Erregerspannung zugeführt wird, um Schallwellen 11, bevorzugt im Bereich 10 kHz bis 500 kHz, zu erzeugen. Die Schallfrequenz wird in Abhängigkeit von der Form und dem Material des Klettergriffs sowie den konkreten Detektionsaufgaben gewählt. Die Schallwellen 11 breiten sich im Klettergriff 01 aus und werden an der Angriffoberfläche 02 in das Material des Klettergriffs als Antwortwellen 12 zurück reflektiert. Die reflektierten Antwortwellen 12 werden vom Empfänger 08 empfangen, der ein korrelierendes Antwortsignal an die Steuereinheit 09 abgibt.
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Die Steuereinheit 09 ist bei der Ausführungsform gemäß 1 an der Rückseite der Kletterwand 04 angebracht und über Kontaktelement 13 mit dem Sender 07 und dem Empfänger 08 kontaktiert. Die Steuereinheit 09 generiert die Erregerspannung für den Sender 07 und wertet das Antwortsignal des Empfängers 08 aus und generiert ein Berührungssignal, wenn aus einer Änderung der Antwortwellen 12 abgeleitet wird, dass die Angriffoberfläche 02 berührt wird. Diese Berührung führt nämlich dazu, dass ein veränderter Teil der Schallwellen aus dem Klettergriff austritt, da sich der Brechungsindex an der Angriffoberfläche ändert.
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2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Klettergriffanordnung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier dieselben bzw. gleichartige Elemente. Eine Änderung gegenüber der in 1 dargestellten Ausführung besteht darin, dass zur Erzeugung der Schallwellen 11 und zum Empfang der Antwortwellen 12 zwei Sender/Empfänger 14 (Transponder, d. h. eine Piezoelement, welches im Multiplexbetrieb angesteuert wird) verwendet werden, die wiederum in Ausnehmungen im Klettergriff 01 eingesetzt sind. Jeder Transponder besitzt einen piezoelektrischen Schallwandler, der in einer Sendephase die Schallwellen 11 aussendet und in einer Empfangsphase die Antwortwellen 12 empfängt. Die Steuereinheit 09 steuert die Transponder entsprechend an. Mit dieser Ausführungsform können mehrere Bereiche des Klettergriffs 01 getrennt voneinander auf Berührungen überwacht werden. Es können in nochmals abgewandelten Ausführungen auch mehr als zwei Transponder verwendet werden.
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3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer dritten Ausführungsform der Klettergriffanordnung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen wiederum dieselben bzw. gleichartige Elemente. Eine Änderung gegenüber der zuvor dargestellten Ausführungen besteht darin, dass im Klettergriff 01 weder Sender noch Empfänger angeordnet sind. Stattdessen ist der Sender 07 auf der Rückseite der Kletterwand 04 positioniert und dort akustisch an den Schraubbolzen 03 angekoppelt. Die Schallwellen 11 werden vom Schraubbolzen 03 in das Material des Klettergriffs 01 eingebracht und breiten sich dort aus. Die an der Angriffoberfläche 02 reflektierten Antwortwellen 12 werden von zwei Empfängern 08 detektiert, welche auf der Rückseite der Kletterwand 04 positioniert sind. Die Antwortwellen durchlaufen somit zunächst den Klettergriff 01 und dann die Kletterwand 04. Die Empfänger 08 können direkt an der Steuereinheit 09 angebracht sein.
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In allen Fällen, in denen eine Weiterleitung der akustischen Wellen über die Kletterwand erforderlich ist, muss für eine gute akustische Kopplung zwischen Klettergriff 01 und Kletterwand 04 gesorgt werden. Dies kann beispielsweise durch Verwendung einer Matte oder einer Koppelpaste erfolgen, welche vor der Montage auf die Montagefläche 06 aufgetragen wird.
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4 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine vierte Ausführungsform der Klettergriffanordnung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen wiederum dieselben bzw. gleichartige Elemente. Eine Änderung gegenüber der zuvor dargestellten Ausführungen besteht darin, dass ein einzelner Transponder 14 am Schraubbolzen 03 auf der Rückseite der Kletterwand 04 angebracht ist. Über den Schraubbolzen 06 werden somit die Schallwellen 11 in den Klettergriff 01 eingekoppelt und die Antwortwellen 12 werden vom Schraubbolzen 06 aufgenommen und an den Transponder 14 weitergeleitet.
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In nochmals abgewandelten Ausführungsformen können die Varianten zur Positionierung der Sender und Empfänger weiter angepasst werden. Beispielsweise können die Empfänger im Klettergriff angeordnet sein, während der Sender am Montageelement befestigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Klettergriff
- 02
- Angriffoberfläche
- 03
- Montageelement / Schraubbolzen
- 04
- Kletterwand
- 05
- Gewindebuchse
- 06
- Montagefläche des Klettergriffs
- 07
- Sender
- 08
- Empfänger
- 09
- Steuereinheit
- 10
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- 11
- Schallwellen
- 12
- Antwortwellen
- 13
- Kontaktelemente
- 14
- Sender/Empfänger (Transponder)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/049155 A1 [0003]
- US 8808145 B1 [0004]
- US 8668626 B1 [0005]
- DE 102013002287 B3 [0006]
