DE3330525A1

DE3330525A1 - Vorrichtung zum ermitteln der auf einem fahrrad tatsaechlich geleisteten arbeit im physikalischen sinn

Info

Publication number: DE3330525A1
Application number: DE19833330525
Authority: DE
Inventors: Hans 4750 Unna Rump
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1983-08-24
Publication date: 1985-03-14

Description

Vorrichtung zum Ermitteln der auf einem Fahrrad tat-
sachlich geleisteten Arbeit im physikalischen Sinne.
Es ist seit langem üblich, insbesondere an Fahrrädern über Tachometern die Geschwindigkeit zu ermitteln und die gefahrene Wegstrecke zu ermitteln. Im Sport ist es üblich, die Leistung eines Sportlers zu bewerten, indem man die Zeiten vergleicht, die jemand benötigt hat, eiy bestimmte Wegstrecke zu durcheilen.
Es leuchtet ein, daß eine Leistung "d.h. die Bewertung der geleisteten Arbeit über die Zeit" bei gleichen Zeiten und gleicher Wegstrecke höchst unterschiedlich sein kann. Beispielsweise wird gängigerweise nicht erfaßt, ob beispielsweise ein Sportler auf seiner Strecke Gegenwind gehabt hat. Ebenfalls geht normalerweise in die Bewertung nicht ein, welchen Rollwiderstand die Reifen haben, welche Art der Straßenbelag war, und ob es mehrheitlich bergauf oder bergab geht.
Bei stationären sogenannten Fahrradergometern, die vielfach im Bereich des Trainings und der medizinischen Rehabilitation eingesetzt werden, sind die Meßmethoden verbessert. So wird vielfach die Bremskraft, z.B.
eine Wirbelstrombremse, mit der Zeit und der vorgegebenen Drehzahl herangezogen, das Trainingsziel eines Probanden eindeutig zu definieren.
Allerdings leuchtet ein, daß auch hier, abhängig von Randparametern, bei scheinbar gleichen Voraussetzungen eine höchst unterschiedliche Anstrengung, also Arbeit und Leistung, geleistet worden sein kann.
In der Physik wird Arbeit und Leistung eindeutig definiert und hat als solche Eingang in alle Bereiche des täglichen Lebens gefunden, beispielsweise in die Strompreisabrechnung. Es ist hier Gang und Gebe und auch richtig, daß nur die verbrauchte Leistung, d.h. kwh abgerechnet und bezahlt werden.
Physikalisch gesehen, ist Arbeit das Produkt aus aufgewendeter Kraft und zurückgelegtem Weg.
Damit ist freilich noch keine Aussage möglich, über die tatsächliche Leistung, da selbstverständlich die Leistung höher ist, wenn sie in einer kürzeren Zeit erbracht wurde. Pysikalisch wird daher die Leistung definiert als Leistung dividiert durch die Zeit.
Ziel der Erfindung ist, eine eindeutige Anzeige zu erhalten, die bei einem mit Kette o.ä. angetriebenen Fahrradergometer und auch bei üblichen Fahrrädern jederzeit die aktuell die jeweils gerade geleistete Arbeit anzeigt, und unter Berücksichtigung der Zeit die Leistung bewertet, die in der Zeit der übung abgegeben wurde. Als Grundlage dienen dabei die eingangs vorgestellten physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Kernstück der Erfindung ist der Meßwertaufnehmer, der die Kraft mißt, die vom Übenden auf die Pedale abgegeben wird. Diese Kraft steht in einem direkten Zusammenhang mit dem Zug an der Kette. Zu diesem Zweck wurde die Kette über drei Umlenkrollen geführt. (Skizze 1) Bei entsprechender Zugbelastung der Kette wird die mittlere Rolle im rechten Winkel zur Kettenrichtung ausgelenkt. Dabei tritt eine verformende Kraft am Kastengestell auf, das die drei Rollen trägt. Überdehnungsmeß-Streifen kann diese Verformung gemessen werden und man erhält auf diese Art und Weise einen Maßstab der Kraft, die auf die Pedale wirkt. Dieser Meßwert wird einem Mikrocomputer zugeführt. (Skizze ?, Schemazeichnung) In diesem Computer, vorzugsweise einem Mikrorechner mit Batteriebetrieb, wird das Signal mit einem Wert multipliziert, der ein Maß für die Geschwindigkeit ist. Zu diesem Zweck wird an einer Speiche des Vorder-oder Hinterrads ein kleiner Magnet befestigt. An einer Strebe in gleicher Höhe dieses Magneten befindet sich ein Reedkontakt.
Bei jeder Umdrehung löst dieser Kontakt einen Impuls aus, daß der Strecke entspricht, die sich aus Durchmesser mal Pi des Rades errechnet. Eben bereits erwähnten Mikrocomputer wird dieser Weg errechnet und mit der Mittelwert der gemessenen Kraft multipliziert. Das Resultat entspricht der geleisteten Arbeit in Kilopondmetern. Wahlweise kann dieser Wert angezeigt werden, gleichzeitig wird er akkumulativ in einen Speicher geladen.
Der Mikrocomputer verfügt über eine interne Uhr. Die Werte dieser Uhr werden regelmäßig (etwa im Abstand weniger Sekunden) herangezogen um die jeweilige Leistung zu errechnen.
Dazu wird das akkumulative Ergebnis der Arbeit (KPM) durch die Zeit dividiert. Die Zeit hat den Maßstab "Stunde". Somit ist das rechnerische Ergebnis der Operation Kilopondmeter/Stunde. Der Mikrocomputer kann, ausgelöst durch einen Vorwahisteller, wahlweise die Geschwindigkeit, die zurückgelegte kJegstrecke, die akkumulativ aufgelaufene Arbeit, die momentan geleistete Arbeit, und die insgesamt eingesetzte Leistung, anzeigen. Das geschieht in vorteilhafter Weise durch eine sogenannte LCD-Anzeige.
Das Computer-Gerät kann in mannigfaltiger Ausführung vorgestellt werden, in der bevorzugten Ausführung als ergonomisch richtig gestaltetes Gerät das in einer Halterung auf dem Lenker des Fahrrads eingerastet wird. Damit ist es mit wenigen Handgriffen möglich, das relativvertige Gerät beim Abstellen des Fahrrades zu demonltieren und mitzunehmen. In einer weiteren Ausgestaltung ist das Gerät in den Fahrradscheinwerfer i-te##i#rt und fet eingebaut.
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Claims

Ansprüche 1. Apparat zum Ermitteln und Anzeigen der an Trainingsgeräten und/oder Fahrrädern aufgebrachten Leistung bzw. Arbeit, jeweils in physikalisch richtiger Weise, dadurch gekennzeichnet, daß ein geeigneter Meßwertaufnehmer die aufgebrachte Pedalkraft mißt, ein geeigneter Meßwertaufnehmer die zurückgelegte Wegstrecke mißt, ein Mikrocomputer mit LCD-Anzeige diese Daten miteinander verknüpft, eine Auswahlschaltung die gewünschte Anzeige lesbar macht.
2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer für die Pedalkraft diese aus der Zugkraft der Kette ableitet, indem ausgenutzt wird, daß diese Zugkraft bei einer Zwangsumlenkung der Kette mit Hilfe von drei Rollen, den diese drei Rollen tragenden Tasten so verformt, aaís aie resultierenden Biegekräfte meßtechnisch erfaßt werden können.
3. Apparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer für den zurückgelegten Weg aus einem Reedkontakt besteht, der durch einen Miniaturmagneten ausgelöst wird, der an der außenliegenden Speiche eines Rades befestigt wird.
4. Apparat nach Anspruch 1, 2 u. 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit bzw. der zurückgelegte Weg auch über eine mechanische Abtastung ermittelt werden kann.
5. Apparat nach 1, 2, 3 u. 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Computerbaustein eine eingebaute Uhr enthält.
6. Apparat nach 1, 2, 3, 4 u. 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechenwerk des Computers gemäß der physikalischen Formel Weg, Kraft, und Zeit miteinander korefiert werden, so daß ergebnismäßig die physikalische Arbeit bzw. die physikalische Leistung ermittelt werden kann, und angezeigt werden kann.
7. Gerät nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß es batteriebetrieben ist.
8. Gerät nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem ansprechend gestalteten Gehäuse untergebracht ist, daß so ausgebildet ist, daß es in einem Klemm- bzw. Steckvorrichtung auf den Lenker des Fahrrades aufgesteckt werden kann und leicht zum Zwecke der Diebstahlsicherung entfernt werden kann.