DE4338819A1 - Leistungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung der mittels eines angetriebenen Zuggliedes übertragenen Leistung, insbesondere zur Leistungsmessung während des Radfahrens.

Durch die DE-C1 37 22 728 ist ein Leistungsmesser dieser Art für Fahrräder bekannt. Hierbei werden die an der Tretkurbel des Fahrrades auftretenden mechanischen Größen in elektrische Signale umgewandelt und einem Auswert­ gerät zugeführt, in dem die an der Kurbel angreifende Kraft über ein gesondertes als Biegeelement ausgebildetes Verformungselement auf die Antriebsscheibe übertragen und die Verformung des Verformungselementes in elektrische Signale umgewandelt wird. Außerdem wird die Winkelge­ schwindigkeit der Kurbel gemessen.

Abgesehen davon, daß der Kurbeltrieb in besonderer Weise zu gestalten ist und zusätzliche Bauteile erforderlich sind, ist des weiteren von Nachteil, daß Verformungen an bewegten Teilen des Fahrrades gemessen werden. Die Meß­ werte müssen somit drahtlos übertragen werden, dies führt jedoch oftmals zu Übertragungsfehlern. Und da beim Einbau dieser Vorrichtung am Fahrrad erhebliche Veränderungen im Bereich des Tretlagers vorzunehmen sind, ist der Fertigungsaufwand erheblich und eine Montage kann nur durch Fachpersonal vorgenommen werden. Eine vielseitige Verwendbarkeit ist daher, auch bedingt durch den hohen Investitionsaufwand, nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Leistungs­ messer der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der nicht nur einfach in der konstruktiven Ausgestaltung und damit wirtschaftlich herzustellen ist, sondern der auch leicht insbesondere an einem Fahrrad montiert werden kann, ohne daß dazu besondere Umbauten vorzunehmen und/ oder Fachkenntnisse notwendig sind. Vor allem aber soll erreicht werden, daß die Meßdaten ausnahmslos über Lei­ tungen weitergeleitet werden können, so daß bei deren Übertragung keine Störungen und sonstige Schwierigkeiten in Kauf zu nehmen sind, eine hohe Zuverlässigkeit sowie eine vielseitige Verwendbarkeit soll somit gewährleistet sein.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Vorrichtung der vorgenannten Art dadurch erreicht, daß dem Zugglied mindestens ein durch dieses verspannbares Stützglied zugeordnet ist, das einen Meßwertaufnehmer zur Messung der elastischen Verformung des Stützgliedes aufweist, daß das Zugglied mit einem weiteren in Abhängigkeit von dessen Verstellgeschwindigkeit betätigbaren Signal­ geber zusammenwirkt, und daß der Meßwertaufnehmer sowie der Signalgeber an eine Recheneinheit angeschlossen sind, mittels der die Signale des Meßwertaufnehmers und des Signalgebers in einen Leistungswert umwandelbar sind.

Als Meßwertaufnehmer können ein oder mehrere Dehnungs­ meßstreifen, Piezoelemente oder dgl., vorgesehen werden, der Signalgeber kann als auf dem Zugglied abgestützte mitlaufende Rolle, als Lichtschranke oder dgl. ausgebildet sein, wobei es bei einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Zugglied angebracht ist, als Signalgeber einen Näherungsschalter, einen Reedkontakt oder dgl. vorzusehen.

Vorteilhaft ist es des weiteren, dem Meßwertaufnehmer und/oder dem Signalgeber eine vorzugsweise gemeinsame Einrichtung zur Aufbereitung der Meßwerte zuzuordnen.

Nach einer Weiterbildung sollten dem Zugglied mindestens zwei durch dieses gegeneinander verstellbare und mit Laufrollen versehene Stützglieder zugeordnet sein, von denen mindestens eines einen Meßwertaufnehmer aufweist.

Beim Einsatz der Vorrichtung zur Leistungsmessung während des Radfahrens ist es zweckmäßig, das Stützglied des Zuggliedes durch einen dreiarmigen, vorzugsweise dreieck­ förmig gestalteten Halter zu bilden, dessen Arme mit in der Höhe gegeneinander versetzt angeordneten Laufrollen versehen sind, über die das Zugglied unter Vorspannung geführt ist, wobei das Zugglied S-förmig über jeweils zwei einander benachbarte Laufrollen des Halters geführt werden und der Meßwertaufnehmer und/oder der Signalgeber an einem der Arme des Halters, vorzugsweise an dessen mittleren Arm, angebracht sein sollte.

Angezeigt ist es des weiteren, den Halter mittels eines Kugel- oder Kardangelenkes verstellbar abzustützen.

Zum Anbau der Vorrichtung an einem Fahrrad ist es ferner angebracht, das vorzugsweise als dreiarmiger Halter ausgebildete Stützglied am Rahmen eines Fahrrades kar­ danisch aufzuhängen und dessen Kette als Zugglied vor­ zusehen, derart, daß der Halter zur Anpassung an Aus­ lenkbewegungen der Kette kardanisch an einem Ende eines Schwinghebels aufgehängt ist, der mit dem anderen Ende kardanisch an dem Rahmen des Fahrrades abgestützt ist. Außerdem sollte dem Schwinghebel eine dessen Gewichtskraft entgegenwirkende Stützfeder zugeordnet sein.

Wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der mittels eines angetriebenen Zuggliedes übertragenen Leistung, insbe­ sondere zur Leistungsmessung während des Radfahrens, gemäß der Erfindung ausgebildet, in dem die von dem Zugglied in dem Stützglied hervorgerufenen elastischen Verformungen unmittelbar in diesem ermittelt und des weiteren der Verstellweg des Zuggliedes zeitabhängig bestimmt werden, so ist es möglich, eine Leistungsmessung vorzunehmen, ohne daß z. B. an einem Fahrrad bauliche Veränderungen vorzu­ nehmen und ohne daß Meßdaten induktiv zu übertragen sind. Das Zugglied ist nämlich lediglich über ein Stütz­ glied, das bei Verwendung der Vorrichtung zur Leistungs­ messung während des Radfahrens als dreiarmiger Halter ausgebildet sein kann, zu führen und dieses ist durch das Zugglied zu verspannen, so daß Verformungen auftreten, die in entsprechender Weise zusammen mit den wegabhängigen Daten ausgewertet werden können.

Der Meßwertaufnehmer sowie der Signalgeber können somit unmittelbar ortsfest an Bauteilen angebracht werden, so daß die abgegebenen Signale ausschließlich über Signal­ leitungen der Recheneinheit zuzuführen sind. Auch erfor­ dert die Herstellung des Halters und dessen Anbringung am Rahmen eines Fahrrades keinen großen Investitions- und Montageaufwand, die vorschlagsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann vielmehr nahezu von jedermann an einem Fahrradrahmen montiert werden. Eine vielseitige Verwend­ barkeit bei hoher Betriebssicherheit ist demnach gegeben.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zur Er­ mittlung der mittels eines angetriebenen Zuggliedes übertragenen Leistung, insbesondere zur Leistungsmessung während des Radfahrens,dargestellt, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Leistungsmessung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine an einem Fahrrad angebaute Vorrichtung zur Messung der während des Radfahrens erbrachten Leistung,

Fig. 3 das Stützglied der Vorrichtung nach Fig. 2, in vergrößerter Wiedergabe,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Stützglied nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine Ausführungsvariante des Stützgliedes nach Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Vor­ richtung dient zur Ermittlung der mittels eines in Form eines Bandes, eines Riemens oder einer Kette ausgebildeten Zuggliedes 2 übertragenen Leistung und besteht im wesent­ lichen aus einem Stützglied 3, über das das Zugglied 2 geführt ist, sowie einem dem Stützglied 3 zugeordneten Meßwertaufnehmer 8 und einem mit dem Zugglied 2 zusammen­ wirkenden Signalgeber 10, mittels dem die Verstellge­ schwindigkeit des Zuggliedes 2 bestimmbar ist. Der Meß­ wertaufnehmer 8 sowie der Signalgeber 10 sind über Lei­ tungen 9 bzw. 11 an einer Recheneinheit 12 angeschlos­ sen, in die deren Signale in einen Leistungswert umge­ wandelt werden.

Das Zugglied 2 wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch einen Motor 4 angetrieben und ist derart über eine Umlenkrolle 5 geführt, daß das ebenfalls mit einer Umlenkrolle 6 versehene Stützlager 7 des Stütz­ gliedes 3 elastisch verformt wird. Die Verformung des Stützlagers 7 wird mittels des Meßwertaufnehmers 8 in elektrische Signale umgewandelt, aus denen zusammen mit den in Abhängigkeit von der Verstellgeschwindigkeit des Zuggliedes 2 von dem Signalgeber 10 erzeugten Signale die von dem Zugglied 2 jeweils übertragenen Leistung bestimmbar ist.

Gemäß Fig. 2 ist ein Fahrrad 21 mit einer Vorrichtung 31 zur Bestimmung der während des Radfahrens erbrachten Leistung ausgestattet. Hierbei ist am Rahmen 22 des Fahrrades 21, wie dies insbesondere auch der Fig. 3 zu entnehmen ist, mittels eines Schwinghebels 40 ein Stützglied 32 kardanisch aufgehängt, das durch die das Zugglied bildenden Kette 26 des Fahrrades 21 elastisch verformbar ist. Das Stützglied 32 ist dazu als Halter 33 ausgebildet, der drei etwa dreieckförmig abstehende Arme 34, 35 und 36 aufweist, in deren Endbereichen Um­ lenkrollen 37, 38 und 39 zur Führung der Kette 26 ange­ bracht sind. Die Umlenkrollen 37, 38 und 39 sind hierbei derart angeordnet, daß jeweils zwei benachbarte Umlenk­ rollen 38 und 37 bzw. 37 und 39 S-förmig von der Kette 26 umschlungen sind. Auf diese Weise werden die Arme 34, 35 und 36 elastisch verformt und deren Verformung ist zur Bestimmung der mittels der Kette 26, die über Zahnräder 24 und 25 geführt ist, übertragenen und über Pedale 23 in diese eingeleiteten Leistung nutzbar.

Zur Bestimmung der Verformung des mittleren Armes 34 des Halters 33 ist an diesem ein Meßwertaufnehmer 41 angebracht, außerdem trägt der Arm 34 einen Signalgeber 43, die über Leitungen 42 bzw. 44 an eine Einrichtung 45 angeschlossen sind, in der die Meßwerte des Meßwert­ aufnehmers 41 und/oder des Signalgebers 43 aufbereitet werden. Über eine gemeinsame Signalleitung 46 werden die in entsprechender Weise aufbereiteten Meßwerte der an der Lenkstange 27 des Fahrrades 21 befestigten Rechenein­ heit 50 zugeführt, in der eine Umwandlung in einen Lei­ stungswert vorgenommen und dieser angezeigt wird.

Der Halter 33 ist mittels eines Kugelgelenkes 47 kardanisch an dem Schwinghebel 40 aufgehängt, die durch Schaltungen bedingten Auslenkbewegungen der Kette 26, wie dies der Fig. 4 zu entnehmen ist, können somit ohne Schwierig­ keiten ausgeglichen werden. Des weiteren ist der Schwing­ hebel 40 mittels eines Kugelgelenkes 49 und einer Schelle 28 an dem Rahmen 22 befestigt, Höhenverstellungen der Kette 26 sind somit ebenfalls problemlos auszugleichen. Und da dem Schwinghebel 40 eine Stützfeder 49 zugeordnet ist, die dessen Gewichtskraft sowie der Gewichtskraft des Halters 33 entgegenwirkt, wird die Kette 26 durch diese Bauteile nicht belastet.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsvariante ist an jedem der Arme 34, 35 und 36 des Halters 33 jeweils ein Meßwertaufnehmer 41, 41′ und 41′′ sowie ein Signal­ geber 43, 43′ und 43′′, die über Leitungen 42, 42′ und 42′′ bzw. 44, 44′ und 44′′ mit der Einrichtung 45 ver­ bunden sind, angebracht. Das Meßergebnis kann in diesem Fall durch Bildung eines Mittelwertes verbessert werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, nur an einem oder beiden der äußeren Arme 35 und/oder 36 oder an dem mittleren Arm 34 und an einem der äußeren Arme 35 bzw. 36 Meßwertaufnehmer und/oder Signalgeber vorzusehen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der mittels eines ange­ triebenen Zuggliedes übertragenen Leistung, insbe­ sondere zur Leistungsmessung während des Radfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zugglied (2; 26) mindestens ein durch dieses verspannbares Stützglied (3; 32) zugeordnet ist, das einen Meßwertaufnehmer (8; 41) zur Messung der elasti­ schen Verformung des Stützgliedes (3; 32) aufweist, daß das Zugglied (2; 26) mit einem weiteren in Ab­ hängigkeit von dessen Verstellgeschwindigkeit betätig­ baren Signalgeber (10; 43) zusammenwirkt, und daß der Meßwertaufnehmer (8; 41) sowie der Signalgeber (10; 43) an eine Recheneinheit (12; 50) angeschlossen sind, mittels der die Signale des Meßwertaufnehmers (8; 41) und des Signalgebers (10; 43) in einen Leistungswert umwandelbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertaufnehmer (8; 41) ein oder mehrere Dehnungsmeßstreifen, Piezoelemente oder dgl. vor­ gesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (10; 43) als auf dem Zugglied (2; 26) abgestützte mitlaufende Rolle,als Licht­ schranke oder dgl., ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem aus einem metallischen Werkstoff be­ stehenden Zugglied (26) der Signalgeber (43) durch einen Näherungsschalter, einen Reedkontakt oder dgl. gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwertaufnehmer (8; 41) und/oder dem Signal­ geber (10; 43) eine vorzugsweise gemeinsame Einrichtung (45) zur Aufbereitung der Meßwerte zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zugglied mindestens zwei durch dieses gegen­ einander verstellbare und mit Laufrollen versehene Stützglieder zugeordnet sind, von denen mindestens eines einen Meßwertaufnehmer aufweist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (32) des Zuggliedes (Kette 26) durch einen dreiarmigen, vorzugsweise dreieckförmig gestalteten Halter (33) gebildet ist, dessen Arme (34, 35, 36) mit in der Höhe gegeneinander versetzt angeordneten Laufrollen (37, 38, 39) versehen sind, über die das Zugglied (26) unter Vorspannung ge­ führt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (26) S-förmig über jeweils zwei einander benachbarte Laufrollen (38, 39 und 37, 39) des Halters (33) geführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (41) und/oder der Signalgeber (43) an einem der Arme (34, 35, 36) des Halters (31), vorzugsweise an dessen mittleren Arm (34), angebracht sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (31) mittels eines Kugel- oder Kardan­ gelenkes (47) verstellbar abgestützt ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise als dreiarmiger Halter (33) ausgebildete Stützglied (32) am Rahmen (22) eines Fahrrades (21) kardanisch aufgehängt und dessen Kette (26) als Zugglied vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (33) zur Anpassung an Auslenkbewegungen der Kette (26) kardanisch (Kugelgelenk 47) an einem Ende eines Schwinghebels (40) aufgehängt ist, der mit dem anderen Ende kardanisch (Kugelgelenk 48) an dem Rahmen (26) des Fahrrades (21) abgestützt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwinghebel (40) eine dessen Gewichtskraft entgegenwirkende Stützfeder (49) zugeordnet ist.