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Im Fahrradbereich betrifft die vorliegende Erfindung eine Messvorrichtung für das Drehmoment und die Leistung, die ein Fahrradfahrer mit jedem einzelnen Bein beim Treten erzeugt, die dazu beiträgt, die Beteiligung verschiedener Muskelgruppen und eventuelle Asymmetrien zwischen den beiden Beinen nicht nur im Labor, sondern auch als Einzelrechner auf dem eigenen Fahrrad auszuwerten und dadurch die Trainingsqualität und die sportliche Leistung zu verbessern.
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STAND DER TECHNIK
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Es gibt mehrere Systeme, die entweder die vom Fahrradfahrer ausgeübten Kräfte oder das Drehmoment messen und die somit auch die Leistung messen können, wenn die Geschwindigkeit oder die entsprechende Winkelgeschwindigkeit bekannt sind.
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Systeme, die beim Radfahren messen, erfassen die Drehmomentdaten häufig mithilfe von Dehnungsmessern, indem die elastische Verformung an bestimmten Komponenten des Antriebssystems aufgrund der mechanischen Belastungen, die durch das Treten des Fahrradfahrers verursacht wird, gemessen wird. Das an der unteren Trägerspindel berechnete Drehmoment mal der Rotationsgeschwindigkeit des Kurbelsatzes ergibt die Momentanleistung. Während die Geschwindigkeit des Kurbelsatzes annähernd konstant bei jeder Umdrehung ist, kann die Tretkadenz ausreichen, um den Ist-Wert der Winkelgeschwindigkeit zu bestimmen und damit den Ist-Wert der Leistung als Produkt aus diesen Augenblickswerten des Drehmoments und der Winkelgeschwindigkeit zu berechnen.
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Die häufigste Komponente zur Messung der elastischen Verformung und damit des Drehmoments ist in der Regel das Radkreuz, das den Kettenkranz hält. Andere Systeme messen die Verformung an der unteren Trägerspindel, der Kette der Hinterradnabe usw. Bei der Messung an der unteren Trägerspindel werden die Drehmomentdaten nur von einem Bein erfasst, das der Nicht-Antriebsseite entspricht.
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Bezüglich der vom Radfahrer erzeugten Gesamtleistung verliert man dabei jedoch wichtige Informationen über die Biomechanik des Radfahrens, denn es ist wichtig zu wissen, wie mit jedem Bein gearbeitet wird und wie diese Arbeit aussieht, z. B. wie man in der Anstiegsphase der Beine tritt oder wie gleichmäßig die Kraft ausgeübt wird.
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In den Labors wird bereits mit Daten für die einzelnen Beine getrennt gearbeitet, wobei teilweise zwei herkömmliche am Kreuz ansetzende Leistungsmesser und zwei Ketten, je eine für jedes Bein des Radfahrers, eingesetzt werden. Darüber hinaus gibt es bislang Einzel-Drehmoment- und -Leistungsmesssysteme für jedes Bein, bei denen die Instrumente an den Pedalen, den Kurbelarmen oder sogar mithilfe von Drucksensoren in den Einlagen der Schuhe des Radfahrers ansetzen. Dieses letztere System ist jedoch sehr ungenau, um die tatsächlich auf jedes Pedal ausgeübte Kraft zu ermitteln.
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In den letzten Jahren haben mehrere führende Marken im Bereich der Sportmessung im Allgemeinen und des Radfahrens im Besonderen zukünftige Drehmoment- oder Leistungsmessprodukte auf der Basis von Sensoren an den Pedalwellen vorgestellt, so z. B. die Firma Metrigear, die auf Messinstrumente für Athleten spezialisiert ist und von Garmin übernommen wurde, einem führenden Hersteller von tragbaren Navigationslösungen, der ein System zur Messung der Leistung eines Radfahrers beim Treten entwickelt hat, das mit zwei getrennten Sensoren arbeitet, die an den beiden Pedalwellen angebracht sind (s. Dokument
US2010/0024590 ); oder die Firma Polar in Zusammenarbeit mit Look (beschrieben in Patent
FR2878328A1 ).
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Nachdem diese Systeme nach der Zeit seit ihrer jeweiligen Ankündigung noch nicht auf dem Markt sind, kann man sich vorstellen, wie komplex Messsysteme, die an den Pedalen ansetzen, sind, besonders, wenn man berücksichtigt, dass viele der auf die Pedale ausgeübten Kräfte kein Drehmoment und somit keine Leistung erzeugen. Es ist daher sinnvoll anzunehmen, dass Daten für die Ableitung an den einzelnen Pedalachsen Fehlerkorrektur-Algorithmen benötigen, die von verschiedenen Nutzungsmustern abhängen, denn eine Kraft, die in tangentialer Richtung zur Fortbewegung ausgeübt wird, erzeugt eine Biegeableitung an der Pedalachse und erzeugt ein Drehmoment. Ein Biegemoment, das auf das Pedal ausgeübt wird und zur Kurbel ausgerichtet ist (z. B. wenn das Fahrrad beim Treten im Stehen zu den Seiten hin- und hergeneigt wird) erzeugt jedoch zwar auch eine Biegeableitung an der Pedalachse, diese geht jedoch nicht mit dem Erzeugen eines Drehmoments einher. Aus diesen Gründen und aufgrund der Komplexität sowie aufgrund des geringen Platzes und ihrer empfindlichen Anbringung, d. h. dass sie möglichen Stößen ausgesetzt sind, sind wir der Meinung, dass Messsysteme an den Pedalen nicht geeignet für ein Produkt sind, das auf den Markt kommen kann und zuverlässige Messungen mit einem soliden Produkt erzielen soll.
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Schließlich gibt es einige Systeme, die das vom Radfahrer aufgebrachte Drehmoment durch Messen der elastischen Verformung der einzelnen Kurbelarme beim Treten erfassen, indem mehrere Dehnungsmesser an die Kurbeln angesetzt werden. Bislang ist das Problem dieser Systeme ihre Sperrigkeit oder einfach ihre Anfälligkeit für Stöße und Kratzer. Dazu kommt die Komplexität der Elektronik, die zusätzlich nötig ist, um das Drehmoment aus den lokalen Verformungsdaten, die von den verschiedenen Messvorrichtungen erfasst wurden, zu ermitteln. Daher war ihre Anwendung vor allem auf Fahrradergometer und Laborfahrräder wie AIP Studio MEP Cranks ausgerichtet, das in Dokument
WO2011030215 beschrieben ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tret-Drehmomentsensorvorrichtung bestehend aus einem Fahrradkurbelarm, der an ihrer Innseite so instrumentiert ist, dass man seine Ableitung in Tretebene wissen und damit direkt genau das durch das jeweilige einzelne Bein eines Radfahrers erzeugte Drehmoment wissen kann.
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Diese Tret-Drehmomentsensorvorrichtung wird dann für den Bau eines Leistungsmessgerätes für Fahrräder genutzt.
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Der besagte Drehmomentsensor basiert auf einem Kurbelarm, der symmetrisch zu der Ebene ist, die die untere Trägerachse und die Pedalachse enthält. Dieser Kurbelarm hat zwei gerade Löcher, die wiederum symmetrisch zur genannter Ebene sind und die genau am Ende des Kurbelarms entsprechend der unteren Trägerachse ausgeführt sind, so dass diese Löcher zwei längliche Vertiefungen in diesem Kurbelarm darstellen.
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Diese Löcher nehmen ein oder mehrere Dehnungsmessersätze an ihren Innenseiten auf, wobei diese Messvorrichtungen sich symmetrisch zu der Ebene befinden, die die untere Trägerachse und die Pedalachse enthält.
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Um zu funktionieren, muss dieser instrumentierte Kurbelarm an ein elektronisches Modul angeschlossen sein, das die Aufgabe hat, die Verformung der Dehnungsmessser, die die lokale Verformung wiedergeben, in ein elektrisches Signal zu verwandeln. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Messvorrichtungen in diesem instrumentierten Kurbelarm wird nach dem elektrischen Anschluss in die entgegengesetzte Anordnung, erreicht, dass nur Messungen entgegengesetzter Verformungen zur Ausgabe eines Signals führen. So reagiert diese Anordnung der Messvorrichtungen nur auf Ableitungen der Kurbel in Arbeitsrichtung des Kurbelarms, d. h. rechtwinklig zur Längsachse des Kurbelarms und auf der Symmetrieebene, während alle anderen Kurbelanstrengungen Nullwerte hervorrufen: Zug-Kompression, Verdrehung (entlang der Längsachse) und seitliche Ableitung (normalerweise zur Symmetrieebene), so dass man vom elektronischen Modul direkt eine lineares Ausgangssignal erhält, das proportional zum Wert des Biegemoments der Kurbel gemäß seiner Arbeitsrichtung ist. Und insofern diese Richtung aufgrund der geometrischen Art des Kurbelarms praktisch mit der unteren Trägerachse übereinstimmt, nähert sich das von dem erfindungsgemäßen Sensor gemessene Biegemoment genau dem Drehmoment, das vom Bein des Radfahrers auf die untere Trägerachse ausgeübt wird.
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Dadurch werden die elektronischen Korrekturen oder Computerprogrammierungen überflüssig, die einige Drehmomentmesssysteme nach Stand der Technik aufweisen, um die von den jeweiligen Sensoren erfassten Daten umzuwandeln, weil der besagte Ableitungswert bei der vorliegenden Erfindung ohne weitere Umwandlung als die notwendige Homothetie zur Umrechnung der gemessenen Dateneinheiten nach einem vorhergehenden Eichprozess für diese Tret-Drehmomentsensorvorrichtung erzielt wird.
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Die erfindungsgemäße Tret-Drehmomentsensorvorrichtung löst technische Probleme des Stands der Technik sowohl strukturell als auch funktional mittels dieser geometrischen Anordnung. Strukturell, weil ihre Nutzung und ihre Maße der Aufnahme der Messvorrichtungen in einem herkömmlichen Kurbelarm basieren, so dass das Gewicht und die mechanische Steifigkeit eines Kurbelarms selbst für den Einsatz im Profiradsport, Straßenrädern und MTB (Mountainbike) geeignet bleiben. Darüber hinaus ist sie in dem Bereich mit den Messgeräten vollkommen gegen externe Elemente geschützt. Die Sperrigkeit, das Zusatzgewicht und das Volumen anderer Anordnungen werden somit vermieden. Auf der anderen Seite erreicht sie funktional ein direktes Verhältnis zwischen Eingang und Ausgang, d. h. zwischen Drehmoment und elektrischem Signal, was zu einer hohen Messgenauigkeit bei gleichzeitig geringerem Stromverbrauch in den für den Betrieb nötigen Batterien beiträgt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Leistungsmessgerät, das Drehmomentsensoren mit den entsprechenden elektronischen Modulen wie oben beschrieben, Mittel zur Messung bzw. Ermittlung des Augenblickswerts der Winkelgeschwindigkeit des Kurbelsatzes und eine Leistungsmess-CPU umfasst, die dafür zuständig ist, die verschiedenen von den genannten Sensoren und Mitteln eingehenden Signale zu integrieren, um die von den Beinen des Radfahrers erbrachte Ist-Leistung zu berechnen und diese Information mittels drahtloser Signale an einen Computer, Fahrradrechner o. a. zu senden. Die Verbindung dieser Signale zwischen den elektronischen Modulen, der Leistungsmess-CPU und den Mitteln zur Messung des Augenblickswerts der Winkelgeschwindigkeit des Kurbelsatzes erfolgt vorzugweise mittels drahtloser Technologie, wozu Antennen und Batterien in diesen Komponenten enthalten sein werden.
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Indem dieser Leistungsmesser beide Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen nutzt, erfasst er die Leistungsdaten kontinuierlich und unabhängig voneinander für jeweils beide Beine des Radfahrers.
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Dadurch lassen sich nicht nur die Prozentdaten für die zwischen beiden Beinen verteilte Leistungsbilanz – die sogenannte LINKS-RECHTS-BILANZ – berechnen und anzeigen, sondern auch das Verhältnis zwischen der beim Abwärtstreten und der während der Aufwärtsphase des Pedals von jedem Bein erbrachten Leistung – die so genannte DRUCK-ZUG-BILANZ – berechnen und anzeigen sowie dieses Verhältnis für jedes Bein oder als Gesamtwert für beide berechnen.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Leistungsmessgerätes gegenüber dem Stand der Technik ist schließlich die zusätzliche Funktion für Trettechniktrainings durch einen Warnmodus in Form von Tonhinweisen oder Piepsern, die optional vom Radfahrer aktiviert werden können. Dabei ertönt ein Warnsignal, wenn diese Funktion ein negatives Drehmoment an einem der Beine des Radfahrers feststellt, das sogar für jedes Bein anders sein kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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zeigt eine Tret-Drehmomentsensorvorrichtung mit einem Fahrradkurbelarm (1) und die Angaben ihrer wichtigsten geometrischen Elemente: die untere Trägerachse (3), die Pedalachse (4), die Haupt-Längskurbelachse (7) und die Längssymmetrieebene des Kurbelarms (10).
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zeigt diese Tret-Drehmomentsensorvorrichtung mit einem Kurbelarm (1) in Seitenansicht und einen Längsschnitt H-H' entlang einer rechtwinklig zu ihrer Symmetrieebene (10) stehende Ebene mit den beiden Löcher (5, 6) entlang des Kurbelarms, die die Dehnungsmesser (2) aufnehmen, sowie eine Öffnung in der Mitte (8).
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ist eine perspektivische Querschnittansicht einer Tret-Drehmomentsensorvorrichtung mit einem Kurbelarm (1). Außerdem zeigt sie einen der darin aufgenommenen Dehnungsmesser (2) zusammen mit ihren Stromkabeln (20) zum Anschluss eines entsprechenden elektronischen Moduls (30).
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zeigt den Querschnitt L-L' der Tret-Drehmomentsensorvorrichtung, die einen Kurbelarm (1) umfasst. Hier kann man ihre Symmetrie entlang ihrer beiden Hauptachsen und der darin vorgenommenen Löcher (5, 6 und 8) sehen.
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und zeigen einen Satz mit zwei Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen mit einem Kurbelarm (1), wobei eine von ihnen an der unteren Trägerspindel (9) befestigt ist, und man kann hier die Auskehlungen (91) sehen, die in der unteren Trägerspindel vorgesehen sind, um die Stromkabel (20) durchzulassen.
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zeigt eine der möglichen Ausführungsformen des Leistungsmessgerätes (35), das an einer der Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen befestigt ist.
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zeigt ein Diagramm einer möglichen Anordnung der Verbindungen zwischen den verschiedenen Elmenten eines vollständigen Systems zur Messung elektronischen Verwaltung der von beiden Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen erfassten Daten, die entsprechenden elektronischen Module (30) und den Winkelpositionssensor (14), der die Daten an das Leistungsmessgerät (40) sendet, das eine Leistungsmess-CPU (35) enthält, um die Daten schließlich an einen Fahrradcomputer (50) zu senden, wo sie vom Nutzer verarbeitet, verwaltet, gespeichert und angezeigt werden können.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
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Es wird ein Kurbelarm (1) vorgeschlagen, der zusätzlich zu seiner strukturellen Funktion, die Kräfte, die auf das dazu um den unteren Träger befestigte Pedal ausgeübt werden, in Drehmoment um den unteren Träger zu wandeln, zu einem Sensor für dieses Drehmoment wird, nachdem er instrumentiert wurde. Diese Tret-Drehmomentsensorvorrichtung besteht somit aus einem besonders aufgebauten Kurbelarm, der innen mit Dehnungsmessern (2) ausgestattet ist, die an ein entsprechendes elektronisches Modul (30) angeschlossen sind, um seine Ableitung in die Tretebene und damit direkt das Drehmoment erfassen zu können, das von jedem Bein des Radfahrers aufgebracht wird. Darüber hinaus schlagen wir ein Leistungsmessgerät (40) mit zwei der oben genannten Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen vor.
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Diese Tret-Drehmomentsensorvorrichtung für Fahrräder zur Messung des Drehmoments, das in Richtung einer unteren Trägerachse von einem Bein eines Radfahrers ausgeübt wird, wenn er ein Pedal tritt, umfasst einen Fahrradkurbelarm (1), der als rohrförmiges gerades einteiliges Element ausgeführt wird, das dieses Pedal mit diesem unteren Träger verbindet, mit einer Symmetrieebene (10), die die untere Trägerachse (3) und die Pedalachse (4) enthält, und mindestens zwei Dehnungsmessern (2), die an diesem Kurbelarm (1) befestigt sind, um den Wert ihres Biegemoments in Richtung der unteren Trägerachse (3) zu messen, wobei die besagten Messkabel (20) an ein elektronisches Modul (30) angeschlossen sind, das gemessene Ableitungsdaten an eine Leistungsmess-CPU (35) senden kann, und sie zeichnet sich dadurch aus, dass der Querschnitt dieses Kurbelarms (1) geschlossen und symmetrisch zu der Symmetrieebene (10) und symmetrisch zu der Ebene ist, die rechtwinklig zu dieser Symmetrieebene (10) steht, und außerdem die Hauptlängsachse des Kurbelarms (7) enthält; darüber hinaus ist dieser Kurbelarm (1) mit mindestens zwei gerade gebohrten Blindlöchern (5, 6) versehen, die jeweils symmetrisch zu der genannten Symmetrieebene (10) sind und sich genau am Ende des Kurbelarms entsprechend der unteren Trägerachse (3) befinden, so dass diese Löcher längliche Vertiefungen in diesem Kurbelarm (1) darstellen und in einem Teil mit dem genannten Kurbelarm (1) gefertigt werden, so dass sich ein geschlossener Querschnitt ergibt, der das Gewicht reduziert aber die mechanische Steifigkeit und das Volumen des Kurbelarms (1) bewahrt; außerdem sind alle Dehnungsmesser (2), die zu einem Paar von ihnen gehören, fest an der Innenseite des Kurbelarms (1) in den Wänden des gerade gebohrten Blindlochs (5, 6) befestigt und diese Messvorrichtungen befinden sich symmetrisch zu der genannten Symmetrieebene (10). Es ist eine Metallkurbel, die sich sich symmetrisch zu der Ebene (10) mit den Achsen (3 und 4) befindet, die jeweils zu dem unteren Träger bzw. dem Pedal gehören, und deseen Arm gerade ist und zwei gerade Löcher (5 und 6) hat, die jeweils symmetrisch zu dieser Ebene liegen und die sich genau am Ende des Kurbelarms der unteren Trägerachse befinden, so dass diese Löcher zwei längliche Vertiefungen in diesem Kurbelarm (1) darstellen, und der Kurbelarmquerschnitt, der durch die Ebene L-L' ( ) vorgegeben ist, ist symmetrisch zu den beiden Hauptachsen dieses Querschnitts und verläuft konstant entlang des Kurbelarms. Die genannten geraden Löcher (5, 6) sind vorzugsweise gebohrt. Jedes dieser beiden Löcher nimmt einen oder mehrere Dehnungsmesser (2) auf, die an ihren Wänden befestigt sind, und die symmetrisch zu dieser Ebene (10) mit der unteren Trägerachse und der Pedalachse angeordnet sind.
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In einem Kartesischen Koordinatensystem (XYZ), wie es in dargestellt ist, das am Schnittpunkt zwischen der unteren Trägerachse (3) und der Hauptlängsachse des Kurbelarms (7) beginnt und dessen X-Achse mit der genannten unteren Trägerachse übereinstimmt und dessen XY-Ebene die Achse des Pedals (4) enthält, so dass sie der Symmetrieebene der Kurbel (10) entspricht, entspricht die Z-Achse der Richtung dann den tatsächlich auf das Pedal ausgeübten Kräften, wenn man die Kurbel als Starrkörper ansieht. Die Hauptlängsachse des Kurbelarms (7), auch als Y' bezeichnet, ist dann in der XY-Ebene enthalten und praktisch an der Y-Richtung ausgerichtet, obwohl es aus ergonomischen Gründen einen gewissen Öffnungswinkel gibt, um etwas Platz zu lassen, um Stöße und Reibungen mit den Knöcheln des Radfahrers zu vermeiden. Somit können wir den Öffnungswinkel (12) zwischen der Hauptachse Y' (die sich mit der Hauptkurbelachse (7) deckt) und der Y-Achse definieren.
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Die Gestaltung der Messvorrichtungen in beiden Löchern stellt sich wie oben beschrieben dar, d. h., dass ihre X- und Y-Koordinaten gleich sind jedoch entgegengesetzt zu Z. Durch diese Anordnung kann man genau das Biegemoment des Kurbelarms (1) zu der Y'Z-Ebene erfassen. Und da der Öffnungswinkel (12) mit 0 bis 5 Grad gering ist, lässt sich davon ausgehen, dass das Kurbel-Biegemoment in X-Richtung durch diesen Wert genau eingeschätzt wird. Auf jeden Fall ist der Messfehler umso kleiner, desto kleiner die Verdrehungsverformung um Y' des Kurbelarms (1) über die bestehende Länge von der Stelle ist, an der sich die Messvorrichtungen (2) an der unteren Trägerachse (3) befinden; und diese Verformung lässt sich durch die Auslegung mit einer rohrförmigen Ausführung des Arms und durch Minimieren des Abstands zwischen den Messvorrichtungen (2) und der unteren Trägerachse (3) reduzieren.
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Damit die Dehnungsmesser (2) die richtigen Verformungsdaten geben, müssen sie die gleichen Verformungen wie die Wände der Kurbelarmlöcher erfahren; darum ist der Befestigungsvorgang der Messvorrichtungen extrem wichtig.
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Später müssen diese Messvorrichtungen (2) mittels eines Stromkabels (20) mit einem entsprechenden elektronischen Modul (30) verbunden werden, das die von den Messvorrichtungen wiedergegebene Verschiebung mittels einer Wheatstonebrückenausführung der Messvorrichtungen in ein elektrisches Signal verwandelt. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Messvorrichtungen (2) in dem Fahrradkurbelarm (1) wird, nach dem elektrischen Anschluss in dieser Brücke mit entgegen gesetzter Anordnung, erreicht, dass nur Messungen entgegen gesetzter Verformungen zur Ausgabe eines Signals von dem elektronischen Modul (30) führen. So reagiert diese Anordnung der Messvorrichtungen nur auf Ableitungen der Kurbel ihre Arbeitsrichtung, d. h. rechtwinklig zur Hauptlängsachse der Kurbel und auf der Symmetrieebene, während alle anderen Kurbelanstrengungen Nullwerte hervorrufen: Zug-Kompression, Verdrehung (entlang der Längsachse) und seitliche Ableitung (normalerweise zur Symmetrieebene), so dass man vom elektronischen Modul (30) direkt ein lineares Ausgangssignal erhält, das proportional zum Wert des Biegemoments der Kurbel gemäß seiner Arbeitsrichtung ist. Und da diese Richtung, aufgrund der geometrischen Art der Kurbeln, praktisch mit dem unteren Träger übereinstimmt, nähert sich das von der Tret-Drehmomentsensorvorrichtung gemessene Biegemoment genau dem Drehmoment, das vom Bein des Radfahrers um die untere Trägerachse (3) ausgeübt wird.
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Diese Anordnung macht weitere elektronische Korrekturen oder Computerprogrammierungen überflüssig, wie sie manche Drehmomentmesssysteme des Stands der Technik aufweisen, um die von den jeweiligen Sensoren erfassten Daten umzuwandeln, weil dieser Ableitungswert bei dieser Tret-Drehmomentsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung gemäß der Arbeitsrichtung und damit gemäß dem jeweils von den Beinen des Radfahrers aufgebrachten Drehmoments ohne weitere Umwandlung als die notwendige Homothetie zur Umrechnung der gemessenen Datenwerte nach einem vorhergehenden Eichprozess für jede einzelne Tret-Drehmomentsensorvorrichtung erzielt wird, so dass die von den Messvorrichtungen (2) erfahrene Verformung, die in dem elektronischen Modul (30) in Spannungseinheiten (Millivolt) übertragen wird, an einer Leistungsmess-CPU (35) in Drehmomenteinheiten (Newtonmeter) umgerechnet und an einem Fahrradcomputer (50) oder PC angezeigt werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungsmessgerät (40), wie in dargestellt, mit zwei Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen für jedes Bein des Radfahrers, mit den entsprechenden elektronischen Modulen (30) wie oben beschrieben, Mittel zur Messung bzw. Ermittlung des Augenblickswerts der Winkelgeschwindigkeit des Kurbelsatzes und einer Leistungsmess-CPU (35), die dafür zuständig ist, die verschiedenen von den genannten Sensoren und Mitteln eingehenden Signale zu integrieren und zu verarbeiten, um die von jedem Bein des Radfahrers erbrachte Momentanleistung zusammen und getrennt zu berechnen und diese Daten über ein drahtloses Signal zu senden, so dass der Nutzer sie auf seinem Bildschirm oder Fahrradcomputer (50) einsehen oder speichern kann.
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Dieses Gerät kann u. a. in einem wasserdichten Gehäuse ausgeführt werden, das mit einer der Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen verbunden ist, wie in dargestellt. Da der Kurbelsatz drehbar ist, benötigt das Leistungsmessgerät (40) Batterien und eine oder mehrere Antennen für die Verbindung zwischen diesen verschiedenen Komponenten: von dem elektronischen Modul (30) zur Leistungsmess-CPU (35) und von der Leistungsmess-CPU (35) zum Fahrradcomputer (50).
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Das bedeutet, dass zur Messung oder Ermittlung des Augenblickswerts der Winkelgeschwindigkeit des Kurbelsatzes ein Winkelmesssensor (14) des Kurbelsatzes in nur einem Kadenzsensor, Beschleunigungsmesser o. ä. vorgesehen werden kann. Obwohl die Kadenz auch durch Filtern des Drehmomentsignals selbst erzielt werden kann, könnte dies zu einer Beeinträchtigung der Genauigkeit und zu einem höheren Stromverbrauch führen.
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Darüber hinaus verarbeitet diese Leistungsmess-CPU (35) die Informationen des Winkelsensors (14) zeitgleich mit den Signalen, die von den einzelnen Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen eingehen und ermittelt daraus die Leistungsverteilung pro Bein in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Kurbelsatzes. Danach sendet das Leistungsmessgerät (40) diese Informationen, in der Regel über drahtlose Technologie, an einen Computer oder Fahrradcomputer (50) zur weiteren Auswertung und Anzeige des Nutzers z. B. Radfahrer, Trainer, sportlicher Leiter oder Wissenschaftler.
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Dadurch kann das Leistungsmessgerät (40) nicht nur das LINKS-RECHTS-BILANZ-Verhältnis, sondern auch das DRUCK-ZUG-BILANZ-Verhältnis berechnen, sondern diesen Bilanzwert zudem für jedes Bein oder als Gesamtwert für beide ermitteln.
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WEITERE AUSFÜHRUNGEN
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Konstruktiv kann die Tret-Drehmomentsensorvorrichtung mit einem Kurbelarm (1), der auch ein Bohrloch (13) in der Mitte aufweisen kann, das längs in diesem Kurbelarm (1) von dessen Ende entsprechend der unteren Trägerachse (3) ausgeführt ist, deren Längsachse der Hauptlängsachse (7) des Kurbelarms entspricht, was sie leicht macht, aber auch an einer Seite zur Aufnahme eines anderen Sensors wie einem Beschleunigungsmesser oder sogar einigen Komponenten des Leistungsmessgeräts (40) genutzt werden kann aber auch dazu dient, eine konstruktive Stütze für die an der Außenseite angebrachte Leistungsmess-CPU (35) zu bieten.
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Dieser Kurbelarm kann eine größere Anzahl an Dehnungsmessern (2) aufweisen, um die Drehmoment-Messgenauigkeit zu verbessern und um weitere Sekundärdaten wie das Torsionsmoment (an der Y'-Achse), die seitliche Biegung (auf der XY-Ebene) oder den Zug bzw. die Kompression des Kurbelarms zu erfassen, was zur Verbesserung einiger anderer Aspekte des ergonomischen Radfahrens beitragen kann. In diesem Fall wäre die Leistungsmess-CPU (35) komplexer und der Stromverbrauch höher.
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In einer anderen Ausführung des Tret-Leistungsmessgeräts (40) kann die Leistungsmess-CPU (35) konstruktiv an einer der beiden Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen befestigt sein, die ihr entsprechendes elektronisches Modul (30) enthält, während der Anschluss mit dem anderen elektronischen Modul (30) der anderen Tret-Drehmomentsensorvorrichtung über eine drahtlose Verbindung vorgenommen wird.
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Wenn die untere Trägerspindel (9) konstruktiv mit beiden Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen verbunden ist, lassen sich Kabelverbindungen durch die das Innere der unteren Trägerspindel ausführen. Wir schlagen daher eine weitere Ausführung vor, die beide entsprechenden elektronischen Module (30) in die Leistungsmess-CPU (35) integriert, die z. B. in der unteren Trägerspindel (9) integriert ist, wo es sogar Platz genug für die Aufnahme der Kabelanschlüsse gäbe. Wir können die Leistungsmess-CPU (35) auch konstruktiv mit einer der beiden Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen verbinden. Weil die Kabelverbindung von den Messvorrichtungen durch die untere Trägerspindel erfolgt, besteht der einzige Nachteil darin, dass der Endnutzer die Stromkabel (20) lösen muss, wenn er den Kurbelsatz aufgrund von Wartungsarbeiten oder einfach zum Abnehmen von dem Fahrrad auseinander nimmt. Bei dieser Auslegung mit der Kabelverbindung durch das Innere der unteren Trägerspindel (9) hat diese Spindel Auskehlungen (91) im Inneren, damit die Stromkabel (20) in diese Spindel gehen können, ohne durch die Schrauben zu eingeschlossen zu werden, die den Kurbelsatz konstruktiv befestigen.
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Bei einer anderen Ausführung wäre die Leistungsmess-CPU (35) am Fahrradrahmen befestigt und beide genannten Tret-Drehmomentsensorvorrichtungen wären über ein drahtloses Signal angeschlossen. Damit könnten wir einen wesentlichen Teil des Stromverbrauchs zu einem nicht-strukturellen Fahrradelement verschieben, das zum Aufladen oder zum Downloaden der Daten von einem Speichermodul, mit dem die Leistungsmess-CPU zu diesem Zweck ausgestattet wäre, leicht vom Nutzer zu entfernen wäre.
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Angesichts des Interesses vieler Radfahrer, die Aufwärtsphase des Pedals zu trainieren, um festzustellen, ob das Bein während der Aufwärtsphase des Pedals tatsächlich arbeitet und darüber ihre Trettechnik zu korrigieren, schlagen wir eine zusätzliche Rechnerfunktion vor, die in die Leistungsmess-CPU (35) oder in den Fahrradcomputer (50) integriert würde. Diese Funktion besteht in einem Warnmodus in Form von Tonhinweisen oder Piepsern, die optional vom Radfahrer aktiviert werden können. Dabei ertönt ein Warnsignal, wenn diese Funktion ein negatives Drehmoment an einem der Beine des Radfahrers feststellt, das sogar für jedes Bein anders sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0024590 [0007]
- FR 2878328 A1 [0007]
- WO 2011030215 [0009]
