DE202015102557U1 - Performance-controlled sports equipment with motor support and extension kit - Google Patents

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Abstract

Leistungsgesteuertes Sportgerät mit Motorunterstützung, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem elektrischen Antrieb (7) 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 (5) aufweist, mit dem eine streckenunabhängige Soll-Leistung vorgebbar ist, dass das Steuergerät mit der Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und dem elektrischen Antrieb (7) gekoppelt ist derart, dass der Antrieb mit einem den Fahrer unterstützenden Moment oder mit einem Gegenmoment arbeitet.Power-controlled sports equipment with motor assistance, wherein the sports equipment is designed in the form of a bicycle with an electric drive (7), characterized in that the sports equipment is combined with a device for force measurement and / or power measurement of the input power and / or input power provided by a driver, and in that the sports equipment has a control unit (5) with which a distance-independent desired power can be predetermined, that the control unit is coupled to the device for measuring force and / or power and the electric drive (7) such that the drive with a the driver supporting moment or working with a counter moment.

Description

Die Erfindung betrifft ein leistungsgesteuertes Sportgerät mit Motorunterstützung und 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. The invention relates to a performance-controlled sports equipment with motor support and an extension kit for a sports equipment and is used in particular for the performance-optimized training in cycling. As a target group of the performance-controlled sports equipment should primarily amateur and professional athletes are addressed with pronounced competition and racing ambitions, in particular those athletes with limited exercise space and people in rehabilitation sport to enjoy the device. The sports equipment is interesting for individual athletes, Olympic training centers and young athletes, as well as for training scientists, rehab sports and technology enthusiasts, as well as performance diagnostic centers.

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. For any athletic training, the question arises about the optimal exercise intensity: On the one hand overuse is to be avoided by training too hard, but also invested training time should not be wasted by a too low training intensity. As part of the training control, a power meter provides reliable information about the performance and delivers results that, unlike heart rate control, are independent of external influences. While training on cardio machines, ergometers, and roller coaches is precisely controllable, on the other hand outdoor training is subject to various environmental factors such as wind, route profile, or traffic density. The traditional training method has established heart rate as a performance indicator. Due to the variable efficiency of the pulse, however, many factors that can cause falsifications. The average pulse gives no qualitative statement about the training effect, especially in cycling, so that this training method is only to be regarded as an indicator of the degree of exertion and stress of the body. With the help of heart rate control, a performance-oriented cycling training can be well modulated, but not precise and control.

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. From the publication DE 20 2005 008 682 U1 a heart rate controlled electric bicycle is known (so called in the prior art), which has an electric bicycle with conventional attachments, an auxiliary electromagnetic motor, an accumulator and an additional control unit. By appropriate control of the auxiliary bicycle engine, the heart rate is kept in predetermined areas via the control unit. This solution is based on the pulse-controlled training, whereby the heart rate presupposes the assistance of the auxiliary engine. It is thus only indirectly responsive to inclines or load, a uniform training with a predetermined performance similar to an ergometer is not possible. In addition, the pulse is also subject to factors such as stress, illness, overtraining or day shape and can thus bring any conclusions about the training performance.

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. In the publication DE 10 2011 082 082 A1 a bicycle is described with at least one auxiliary hub motor and at least one drive wheel. The auxiliary motor of the drive wheel is so mechanically separated from the pedals that the drive is done exclusively by electrical energy. It is also a target torque and / or a target speed compared with an associated actual value and the drive accordingly switched on or off. However, this system is not used arbitrarily in each bike, since the generator in the bottom bracket area requires a dedicated frame with appropriate recording and space.

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. Another electrically assisted bicycle is in the document DE 10 2012 211 719 A1 called. The bicycle has a drive system, a control device and a unit for detecting actual values of the driver. The control unit has a memory with predefined route profiles and thus compensates for the desired power with the actual power and thus determines a differential power over which the drive system is controlled, ie, operates either in motor or generator mode. For the determination of the current route profile, a GPS system is used, which is preferably a smartphone or an external navigation device. This implementation requires a great deal of technical effort, since firstly a route profile must be loaded into the system and, secondly, a navigation system is necessary.

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. Another method for controlling an auxiliary motor of a bicycle is in citation DE 10 2011 082 084 called. Here, too, a comparison of setpoint and actual values is made, whereby the pulse frequency also applies here as the measured value for the control.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein leistungsgesteuertes Sportgerät mit Motorunterstützung, und ein 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 Schutzanspruchs gelöst. The object of the invention is to develop a performance-controlled sports equipment with motor support, and an expansion kit, which allows a simple structural design, a high training benefits and a variety of compatibility with bicycle frame designs. Furthermore, a retrofit to commercially available bicycles should be possible. This object is achieved with the characterizing features of the first protection claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Es wird ein leistungsgesteuertes Sportgerät mit Motorunterstützung und ein Erweiterungs- bzw. Anbaukit beschrieben, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem elektrischen Antrieb ausgeführt ist. Mittels eines Steuergerätes wird die 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 den elektrischen Antrieb 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 der Elektroantrieb unterstützend oder mit einem Gegenmoment. Dies geschieht in Abhängigkeit vom Verhältnis der Ist-Leistung zur Soll-Leistung, d.h. ist die Ist-Leistung größer als die Soll-Leistung unterstützt der Antrieb den Fahrer, liegt die Ist-Leistung unter der Soll-Leistung, beispielsweise bei einer Bergabfahrt wirkt durch den Elektromotor ein Gegenmoment, welches der Fahrer überwinden muss. 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. Vorzugsweise im Reha-Sport kann so ein gezielter Aufbau der Muskulatur mit der Möglichkeit des Draussen Trainierens verknüpft werden. Für eine Erhöhung der Reichweite des Sportgeräts wird Energie beim Erzeugen eines Gegenmomentes zurückgewonnen. Der Antrieb arbeitet dann rekuperativ. Der Akku wird dann wieder aufgeladen und die freiwerdende Energie wird genutzt. 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. It describes a power-controlled sports equipment with motor support and an expansion or mounting kit, the sports equipment in Form of a bicycle is designed with an electric drive. By means of a control unit, the input variable in the form of a determined via a power meter and / or force meter actual power (and / or the resulting force) is adjusted with a time-dependent desired power and converted into an associated output which controls the electric drive. Preferably, the power meter is designed in the form of a Wattmeters. As a further input variable, the speed can be measured and transmitted to the control unit. On the basis of the output size, the electric drive thus operates in a supportive manner or with a counter-torque. This happens as a function of the ratio of the actual power to the target power, ie if the actual power is greater than the desired power, the drive supports the driver, the actual power is below the target power, for example, a downhill acts through the electric motor a counter-torque, which the driver has to overcome. As a result, a constant power or a predetermined power curve can be driven regardless of the geographical track conditions. Thus, an optimal load range for a targeted performance-optimized training can be created, which is necessary for both competitive athletes and rehabilitation athletes. Preferably in rehab sport, a targeted build-up of the musculature can be linked with the possibility of exercising outside. To increase the range of the sports equipment energy is recovered in generating a counter-moment. The drive then works recuperatively. The battery is then recharged and the energy released is used. The required for the adjustment target services are preferably transmitted before departure to the controller. The nominal powers are distance-independent constant powers or time-dependent power curves. This is preferably done via a computer and can be transmitted wirelessly or by cable connection. Particularly suitable here is a transmission via radio, such as WLAN or ANT +. Also, a manual input to the control unit is possible, thus saving the way through a computer. If, due to exhaustion or other reasons, the target power can no longer be achieved, the control unit can be used to manually adjust the power values while driving.

Des Weiteren wird ein leistungsgesteuertes Sportgerät mit Motorunterstützung beschrieben, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem elektrischen 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 elektrischen Antrieb derart gekoppelt, dass der Antrieb mit einem den Fahrer unterstützenden Moment oder mit einem Gegenmoment arbeitet, wobei dies abhängig vom Verhältnis der Ist-Leistung zur Soll-Leistung ist. Die Leistungsmessung erfolgt vorzugsweise über ein Wattmeter, welches vorteilhafter Weise am Pedal, an der Kurbel oder am Hinterrad die erbrachte Leistung abgreift. Die Stromversorgung der Bedieneinheit, des Steuergeräts und des Antriebs erfolgt über einen Akkumulator. Jedoch ist auch der Einsatz von herkömmlichen Batterien denkbar. Der Antrieb besitzt wenigstens eine Unterstützungsstufe und eine den Akkumulator aufladende Rekuperationsstufe. Vorteilhafter Weise weist der Motor Unterstützungsstufen und Rekuperationsstufen auf, welche einen breiteren Einsatz ermöglichen. Die Kommunikation zwischen Steuergerät und Antrieb erfolgt kabelgebunden oder kabellos über gängige Funkstandards wie ANT+ wobei zum einen proprietäre Protokolle vom Steuergerät an den Antrieb übertragbar sind und andererseits der Antrieb 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. Furthermore, a power-controlled sports device with motor support is described, wherein the sports device is designed in the form of a bicycle with an electric drive. The sports equipment has a device for force measurement and / or power measurement of the input power and / or input power provided by a driver. This input power is wirelessly transmitted by radio, preferably ANT +, or by cable to a control unit, which adjusts the input power (actual power) with a distance-independent, preferably set before driving target power. The control unit is coupled to the electric drive such that the drive operates with a driver-assisting torque or with a counter-torque, this being dependent on the ratio of the actual power to the desired power. The power is measured preferably via a wattmeter, which advantageously picks up the power provided on the pedal, on the crank or on the rear wheel. The power supply of the operating unit, the control unit and the drive via an accumulator. However, the use of conventional batteries is conceivable. The drive has at least one support stage and a battery recuperation stage. Advantageously, the motor has support levels and recuperation levels, which allow a wider use. The communication between control unit and drive is wired or wireless via common radio standards such as ANT + where on the one hand proprietary protocols from the controller to the drive can be transferred and on the other hand, the drive transmits the currently driven speed back to the controller. To minimize the devices, the control unit can simultaneously have the operating unit, which outputs the necessary information by means of integrated displays and transmits commands via buttons or a touchscreen to the control unit. This control unit is preferably located on the handlebar for easy use.

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. The present invention is also directed to athletes or bicycle enthusiasts who already own a bicycle without electrical assistance and do not want to buy another. Here, an extension kit or mounting kit is used, wherein the extension kit is formed depending on the initial equipment level of the bicycle. Here are preferably three levels of equipment to distinguish.

Als erste Variante dient ein Sportgerätes mit einem elektrischen Antrieb 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. Die zweite Variante umfasst als Ausgangs-Ausstattung ein Sportgerät mit einem elektrischen Antrieb ohne Leistungsmessung. Das Erweiterungskit umfasst in diesem Fall eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und ein Steuergerät welches wie bei Variante 1 arbeitet. 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 einen elektrischen Antrieb mit zugehörigem Akkumulator/Batterie, eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und ein Steuergerät gemäß aufweist. 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. The first variant is a sports equipment with an electric drive and a device for force measurement and / or power measurement of the applied by the driver actual power and / or actual power. Here, the expansion kit comprises at least one control unit with which a distance-independent nominal power is predetermined and with which an actual force and / or actual power is comparable, wherein the control unit is coupled to the electric drive such that the drive with a the Driver assisting torque works when the target power is exceeded or works with a counter-torque when the target power is exceeded. The second variant includes as a starting equipment sports equipment with an electric drive without power measurement. The expansion kit in this case comprises a device for force measurement and / or power measurement and a control unit which as in variant 1 works. Variant 3 describes as the initial equipment level a sports equipment without an electric drive and without power measurement. It relates to a commercially available bicycle, which has an expansion kit comprising an electric drive with associated battery / accumulator, a device for measuring force and / or power and a control device according to. Advantageously, the components of the extension kit are compatible with the standards of the bicycle and can be assembled by replacing individual components. Another variant of the extension kit is the use of a black box as a control unit, which records all entered and / or all recorded actual values of the power measurement and / or force measurement and / or the speed traveled. Furthermore, the black box can display a control unit without display, in which case the black box is controlled via an external input device. Here we recommend the use of a smartphone with app or a navigation device with compatible radio standard or cable connection. Both the navigation device and the smartphone can read data here and transfer entered data to the black box.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment and associated drawings.

Es zeigen: Show it:

1 zeigt die schematische Montage an einem Fahrrad, 1 shows the schematic mounting on a bicycle,

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, Ritzel und Kurbel 3, Lenker 4 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 5.1, Wattmeter 6, einem elektrischen Antrieb 7 und einem Akkumulator 8 besteht. 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 elektrischen Antrieb die gewöhnliche Kurbel 3 durch ein Wattmeter 6 ergänzt und das Hinterrad 2.1 durch ein Laufrad mit elektrischem Antrieb getauscht. Der Antrieb kann in einer weiteren Variante im Tretlager durch einen Mittelmotor oder am Vorderrad plaziert werden oder eine Kombination zwischen Laufrad und elektrischen Antriebskomponenten im Rahmen sein. Die Leistung und/oder Kraft kann direkt am Pedal, Kurbel, Nabe oder Hinterrad zu messen. Alternativ können Dehnungsmessstreifen je nach Hinterradnaben an den Pedalen oder der Kurbel montiert sein. Des Weiteren wird für die Stromversorgung ein Akkumulator 8 vorzugsweise an am Rahmen 1 befindlichen Flaschenhalterschrauben befestigt, wobei auch eine Montage an anderweitigen Stellen am oder im Fahrrad erfolgen kann. Die Bedienung erfolgt über das Steuergerät 5 welches vorteilhafterweise am Lenker 4 montiert ist, wobei das Steuergerät 5 eine integrierte Bedieneinheit 5.1 aufweist. Vorteilhafter Weise ist die Bedieneinheit 5.1 in Form eines Displays mit intuitiver Bedienanzeige ausgeführt und besitzt ein wettergeschütztes Outdoorgehäuse. Die Stromversorgung erfolgt über den Akkumulator 8 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. 2 shows a schematic representation of the control of the individual components bicycles are available in many different embodiments and for many different applications. However, the basic components are the same for bicycles, ie each bike has a frame 1 , Wheels 2 , a drive with a chain, pinion and crank 3 , Handlebars 4 and saddle. In 1 is a bicycle with driver shown, which has the usual components. The bike has a frame 1 to which the system for power measurement is attached, this system consisting of a control unit 5 with integrated operating unit 5.1 , Wattmeter 6 , an electric drive 7 and an accumulator 8th consists. Since the power measurement system is designed as a mounting kit or extension kit, it is possible to integrate the system in each bike by replacing individual components. Consequently, in a bicycle without electric drive, the ordinary crank 3 through a wattmeter 6 added and the rear wheel 2.1 exchanged by an impeller with electric drive. The drive can be placed in a further variant in the bottom bracket by a center motor or on the front wheel or be a combination between impeller and electric drive components in the frame. The power and / or power can be measured directly on the pedal, crank, hub or rear wheel. Alternatively, strain gauges may be mounted on the pedals or the crank, depending on the rear hub. Furthermore, for the power supply is an accumulator 8th preferably on the frame 1 attached bottle cage screws attached, which also can be done on other locations on or in the bike. Operation is via the control unit 5 which advantageously on the handlebar 4 is mounted, the control unit 5 an integrated control unit 5.1 having. Advantageously, the operating unit 5.1 designed in the form of a display with an intuitive control display and has a weatherproof outdoor housing. The power supply is via the accumulator 8th or by means of a battery integrated in the control unit. Alternatively, it is possible to use a smartphone for the operation, which is equipped with a suitable app.

Die Steuerung des Antriebs wird in 2 als Prinzipdarstellung gezeigt. Zentrales Element ist der Akkumulator 8, der das Steuergerät, die Bedieneinheit und den elektrischen Antrieb mit Strom versorgt. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das Fahrrad eine Kurbel 3 mit Wattmeter 6, welcher über eine separate Batterie mit Strom versorgt wird. Der Wattmeter 6 überträgt die erfasste Ist-Leistung mit dem ANT+ Standard per Funk an das Steuergerät 5, d.h. die Leistung in Watt wird zyklisch übertragen. Neben der Leistung kann das Steuergerät 5 eine weitere Eingangsgrößen in Form von der aktuellen Geschwindigkeit welche mittels Kabelverbindung oder per Funk vom elektrischen Antrieb 7 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 5 eine Ausgangsgröße ermittelt, welche an den elektrischen Antrieb 7 weitergegeben wird erfolgen. Dies kann zusätzlich durch den Abgleich mit der Geschwindigkeit erfolgen. Liegt die Ist-Leistung oberhalb der Soll-Leistung so wirkt der elektrische Antrieb unterstützend. Liegt die Ist-Leistung unterhalb der Soll-Leistung, erzeugt der elektrische Antrieb 7 ein Gegenmoment um auf den gewünschten Leistungswert zu kommen. In diesem Modus wird Energie zurückgewonnen und in den Akkumulator 8 zurückgespeist. Hier stehen Stufen der Rekuperation zur Verfügung. Die Informationen zur aktuellen Unterstützung bzw. Rekuperation können dem Bediener über die Bedieneinheit optisch dargestellt werden. Des Weiteren kann der Fahrer die Information über die aktuell gefahrene Geschwindigkeit, welche vom Antrieb 7 auf die Bedieneinheit 5.1 übermittelt wird erhalten. Vorteilhafterweise lässt sich über die Bedieneinheit der elektrische Antrieb 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. Das leistungsgesteuerte Sportgerät mit Motorunterstützung 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. The control of the drive is in 2 shown as a schematic diagram. The central element is the accumulator 8th , which supplies power to the control unit, the operating unit and the electric drive. Im in 1 illustrated embodiment, the bicycle has a crank 3 with wattmeter 6 which is powered by a separate battery. The wattmeter 6 transmits the detected actual power with the ANT + standard by radio to the control unit 5 ie the power in watts is transmitted cyclically. In addition to the power, the control unit 5 another input variables in the form of the current speed which by cable connection or by radio from the electric drive 7 or any other source. By comparing with the set target power values before driving, a comparison between currently applied actual power and time-dependent or constant desired power, resulting from the control unit 5 an output determined, which to the electric drive 7 is passed on. This can be done additionally by the adjustment with the speed. If the actual power is above the setpoint power, the electric drive is supportive. If the actual power lies below the desired power, the electric drive generates 7 a counter-torque to get to the desired power value. In this mode energy is recovered and into the accumulator 8th fed back. Here are steps of recuperation available. The information about the current support or recuperation can be visually displayed to the operator via the operating unit. Furthermore, the driver can the information about the currently driven speed, which from the drive 7 on the control unit 5.1 received is received. Advantageously, the electrical drive can also be controlled directly via the operating unit if readjustment of the power values is necessary. Even a preset speed can be kept permanently with the help of the device. The performance-controlled sports equipment allows for an optimal training effect, which is otherwise only possible stationary eg on an ergometer and combines this advantage with the possibility to move in nature. The performance to be applied by the driver is thus not influenced by the route profile. In addition, the training is only on performance and not as usual on physiological parameters such as pulse or blood pressure. The power-controlled sports equipment with motor support can be used as a complete wheel, as well as a mounting or extension kit for existing bicycles, while it is compatible with any type of bicycles.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Rahmen frame
2 2
Laufräder impellers
2.1 2.1
Hinterrad rear wheel
3 3
Kurbel crank
4 4
Lenker handlebars
5 5
Steuergerät control unit
5.1 5.1
Bedieneinheit operating unit
6 6
Wattmeter Watt meter
7 7
Elektrischer Antrieb Electric drive
8 8th
Akkumulator accumulator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (13)

Leistungsgesteuertes Sportgerät mit Motorunterstützung, wobei das Sportgerät in Form eines Fahrrades mit einem elektrischen Antrieb (7) 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 (5) aufweist, mit dem eine streckenunabhängige Soll-Leistung vorgebbar ist, dass das Steuergerät mit der Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und dem elektrischen Antrieb (7) gekoppelt ist derart, dass der Antrieb mit einem den Fahrer unterstützenden Moment oder mit einem Gegenmoment arbeitet. Power-controlled sports device with motor support, wherein the sports device in the form of a bicycle with an electric drive ( 7 ), characterized in that the sports device is combined with a device for force measurement and / or power measurement of the input power and / or input power provided by a driver and that the sports device is a control device ( 5 ), with which a distance-independent desired power can be predetermined, that the control unit with the means for force measurement and / or power measurement and the electric drive ( 7 ) is coupled such that the drive operates with a driver assisting torque or with a counter-torque. Sportgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmessgerät (6) in Form eines Wattmeters ausgeführt ist. Sports device according to claim 1, characterized in that the power meter ( 6 ) is designed in the form of a Wattmeters. Sportgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung zur Motorunterstützung an einem beliebigen mit einem elektrischen Antrieb unterstützen Fahrrad als Erweiterungskit nachrüstbar ist. Sports device according to claim 1 and 2, characterized in that the control is supported for motor support on any support with an electric drive bike as an extension kit. Sportgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Batterie oder mindestens ein Akkumulator (8) das System aus Bedieneinheit (5.1), Steuereinheit (5) und Antrieb (7) mit Energie versorgt. Sports device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one battery or at least one accumulator ( 8th ) the system of operating unit ( 5.1 ), Control unit ( 5 ) and drive ( 7 ) supplied with energy. Sportgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (7) mindestens eine Unterstützungsstufe und mindestens eine die Batterie/den Akkumulator (8) wiederaufladbare Rekuperationsstufe besitzt. Sports device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electric drive ( 7 ) at least one support stage and at least one battery / accumulator ( 8th ) has a rechargeable recuperation stage. Sportgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Steuergerät (5) und Antrieb (7) mittels einer Kabelverbindung oder kabellos erfolgt wobei zum einen proprietäre Protokolle vom Steuergerät (5) an den Antrieb (7) übertragbar und zum anderen die aktuell gefahrene Geschwindigkeit vom Steuergerät (5) empfangbar ist. Sports device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connection between the control unit ( 5 ) and drive ( 7 ) by means of a cable connection or wirelessly takes place on the one hand proprietary protocols from the control unit ( 5 ) to the drive ( 7 ) transferable and on the other hand, the currently driven speed from the control unit ( 5 ) is receivable. Sportgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) am Lenker (4) befestigt ist und mittels eines integrierten Displays als Bedieneinheit (5.1) ausgebildet ist. Sports device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control unit ( 5 ) on the handlebar ( 4 ) and by means of an integrated display as a control unit ( 5.1 ) is trained. Sportgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (5) mit verschiedenen Arten von Kraft- und/oder Leistungsmessgeräten (6) kombinierbar ist. Sports device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the control device ( 5 ) with different types of force and / or power meters ( 6 ) can be combined. Sportgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Leitungsmessgerätes / des Wattmeters (6) mit Kabel oder Kabellos mittels Funk, vorzugsweise ANT+, an das Steuergerät (5) übertragbar ist. Sports device according to claim 8, characterized in that the power of the line measuring device / Wattmeters ( 6 ) by cable or wireless by radio, preferably ANT +, to the control unit ( 5 ) is transferable. Erweiterungskit zur Schaffung eines ein leistungsgesteuerten Sportgerätes / Fahrrades mit Motorunterstützung, 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 einem elektrischen Antrieb (7) und einer Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung der vom Fahrer aufgebrachten Ist-Kraft und/oder Ist-Leistung: der Erweiterungskit zumindest ein Steuergerät aufweist, mit dem eine streckenunabhängige Soll-Leistung vorgebbar ist und mit der Ist-Kraft und/oder Ist-Leistung vergleichbar ist, wobei das Steuergerät mit dem elektrischen Antrieb (7) 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; – B) bei einem mit einem Ausgangs-Ausstattungsgrades eines Sportgerätes mit einem elektrischen Antrieb (7) ohne Leistungsmessung und/oder Kraftmessung: das Erweiterungskit eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und ein Steuergerät gemäß A) aufweist; – C) bei einem mit einem Ausgangs-Ausstattungsgrades eines Sportgerätes ohne einen elektrischen Antrieb (7) und ohne Leistungs- und/oder Kraftmessung: das Erweiterungskit einen elektrischen Antrieb mit zugehörigem Akkumulator/Batterie (8), eine Einrichtung zur Kraftmessung und/oder Leistungsmessung und ein Steuergerät gemäß A) aufweist. Expansion kit for providing a performance-controlled sports equipment / bicycle with engine assistance, characterized in that the expansion kit is formed depending on the initial equipment level of the bicycle and that - A) at an initial equipment level of a sports equipment with an electric drive ( 7 ) and a device for force measurement and / or power measurement of the actual force and / or actual power applied by the driver: the extension kit has at least one control unit with which a track-independent nominal power can be predetermined and with the actual force and / or actual Performance is comparable, the control unit with the electric drive ( 7 ) is coupled such that the drive operates with a driver assisting torque when the target power is exceeded or operates with a counter-torque when the target power is exceeded; - B) in the case of an initial equipment level of a sports equipment with an electric drive ( 7 ) without power measurement and / or force measurement: the extension kit has a device for force measurement and / or power measurement and a control device according to A); - C) in the case of an initial equipment level of a sports equipment without an electric drive ( 7 ) and without power and / or force measurement: the extension kit an electric drive with associated accumulator / battery ( 8th ), a device for measuring force and / or power and a control device according to A). Erweiterungskit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät eine Black-Box ist alle eingegebenen Werte und/oder alle erfassten Ist-Werte der Leistungsmessung und/oder Kraftmessung und/oder die gefahrene Geschwindigkeit aufzeichnet. Expansion kit according to claim 10, characterized in that the control unit a black box is all entered values and / or all detected actual values of the power measurement and / or force measurement and / or the speed recorded. Erweiterungskit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Black-Box ein Steuergerät (5) ohne Anzeige darstellt. Expansion kit according to claim 11, characterized in that the black box is a control unit ( 5 ) without display. Erweiterungskit nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Black-Box eine Schnittstelle aufweist, mit welcher über eine passende Bedieneinheit (5.1) in Form eines Smartphones mit zugehöriger App oder ein Navigationsgerät Daten auslesbar und eingebbar sind. Expansion kit according to claim 10 to 12, characterized in that the black box has an interface, with which a suitable operating unit ( 5.1 ) in the form of a smartphone with app or a navigation device data can be read and entered.
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