DD294673A5 - PEDAL FOR MEASURING THE TRETKRAFT EXERCISES DURING THE CYCLIC TRACK MOVEMENT IN CYCLING - Google Patents

PEDAL FOR MEASURING THE TRETKRAFT EXERCISES DURING THE CYCLIC TRACK MOVEMENT IN CYCLING Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pedal zur mesztechnischen Erfassung der Tretkraftverlaeufe waehrend der zyklischen Tretbewegung im Radsport. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Pedalkraefte getrennt in eine vertikale und eine horizontale Komponente und die Winkelstellung des Pedals im Tretzyklus als Impulsgroesze jedem Einzelzyklus genau zuordenbar zu messen. Dies wird erfinungsgemaesz dadurch erreicht, dasz zwischen der Pedalachse und der Trittplatte ein oder mehrere Kraftsensoren, ein inkrementaler Drehwinkelgeber sowie ein opto-elektronischer Signalgeber, bestehend aus dem mit der Trittplatte verbundenem Lichtdiodentraeger und mit der Pedalachse verbundener Schlitzscheibe, angeordnet sind.{Radsport; Meszpedal; Tretkraft; Trittplatte; Pedalachse; Pedallager; Kraftsensoren; Einkomponenten; Zweikomponenten; Geber; Zwischenstueck; Dehnungsmeszstreifen; Lichtdiodentraeger; Schlitzscheibe; Leiterplatten}The invention relates to a pedal for mesztechnische detection of pedaling during the cyclic pedaling in cycling. The invention has for its object to measure the pedal forces separated into a vertical and a horizontal component and the angular position of the pedal during the cycle cycle as Impulsgroesze each individual cycle accurately assigned. This is erfinungsgemaesz achieved by the fact that between the pedal axle and the tread plate one or more force sensors, an incremental rotary encoder and an opto-electronic signal transmitter consisting of the associated with the tread plate light diode carrier and connected to the pedal axis slit disc are arranged {Radsport; Meszpedal; pedaling; Footboard; Pedal axle; Pedal bearing; Force sensors; component; Two components; Giver; INTERMEDIATE; Dehnungsmeszstreifen; Lichtdiodentraeger; Slotted disc; PCB}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Pedal zur meßtechnischen Erfassung der Tretkraft-Verläufe während der zyklischen Tretbewegung im Radsport.The invention relates to a pedal for metrological detection of treadmill gradients during cyclic pedaling in cycling.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die zielgerichtete Beeinflussung der Trettechnik stellt in den Radsportdisziplinen e!ne wichtige Leisturgsreserve dar, um das im Training physisch erworbene Kraftpotential effektiv in vortriebswirksame Leistung umzusetzen.The goal-oriented influence of the technology of traction in the cycling disciplines e ! ne important Leisturgsreserve to implement the physically acquired in training power potential effectively in propulsive power.

Dazu ist das Erfassen der Tretkraft, differenziert in die auf das Pedal in vertikaler und horizontaler Richtung aufgebrachten Kraftkomponenten, sowie deren zyklische Zuordnung zur jeweiligen Kurbelstellung erforderlich. Bekannt sind bisher Kraftmomentmessungen an der Tretkurbel zur Ermittlung eier Antriebsleistung. Bekannt ist auch eine Einkomponenten-Kraftmeßeinrichtung für das Fahrradpedal zur Ermittlung von Maximalkraftwerten für Dimensionierungsaufgaben (Forschungsergebnis TU Dresden).For this purpose, the detection of the treading force, differentiated in the applied to the pedal in the vertical and horizontal direction force components, and their cyclical assignment to the respective crank position is required. So far, momentum measurements on the pedal crank are known to determine the drive power. Also known is a one-component force measuring device for the bicycle pedal for determining maximum force values for dimensioning tasks (research result TU Dresden).

Mit diesen Meßeinrichtungen ist es nicht möglich, die zur Ermittlung des Tretkraftvektors (Größe und Lage) erforderlichen Meßdaten zu liefern, damit ist es auch nicht möglich, die vortriebwirksamen und Verlustanteile der eingesetzten Tretkraft nachzuweisen.With these measuring devices, it is not possible to provide the measurement data required for determining the pedaling force vector (size and position), so that it is also not possible to prove the propulsion-effective and loss components of the pedaling force used.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es(eine Meßeinrichtung zu schaffen, mit welcher die Tretkraft des Sportlers hinsichtlich der Effektivität des Krafteinsatzes meßtechnisch analysiert werden kann, um ihm zielgerichtet eine effektive Trettechnik anzutrainieren.The aim of the invention is ( to provide a measuring device with which the treadle force of the athlete can be analyzed by measurement with respect to the effectiveness of the use of force in order to train him effectively an effective technique.

Daiiogung des Wesens der ErfindungAccuracy of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Tretkraft auf das Pedal getrennt in die vertikale und horizontale Komponente und die Winkelstellung des Pedals im Tretzyklus als Impulsfolge jedem Einzelzyklus genau zuordenbar zu messen. Dias wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen Pedaltrittplatte und Pedalachse ein oder mehrere Kraftsensoren, ein· inkrementaler Drehwinkelgeber sowie ein optoelektronischer Signalgeber, bestehend aus dem mit der Trittplatte verbundenen Lichtdiodenträger und mit der Pedalachse verbundener dcniinscheibe, angeordnet sind. Bei Einsatz eines Zweikomponenten-Kr1. sensors stützt sich dieser über die Pedallager auf der Pedalachse ab und nimmt die Pedaltrittplatte auf.The invention has for its object to measure the pedaling force on the pedal separately in the vertical and horizontal component and the angular position of the pedal in the cycle cycle as a pulse train each individual cycle accurately assigned. According to the invention, slides are achieved by arranging one or more force sensors, an incremental rotation angle sensor and an optoelectronic signal generator, consisting of the light diode carrier connected to the tread plate and disc plate connected to the pedal axle, between pedal tread plate and pedal axle. When using a two-component Kr 1 . The sensor is supported by the pedal bearings on the pedal axle and receives the pedal plate.

Ee ist möglich eine Kombination aus mehreren Einzelsensoren einzusetzen, wobei den beiden Kraftkomponenten zugeordnete Kraftaufnehmerzu einem System gekoppelt sind und sich so ebenfalls einerseits auf die Pedalachse abstützen und andererseits die Pedaltrittplatte aufnehmen.Ee is possible to use a combination of several individual sensors, wherein the two force components associated force sensors are coupled to a system and so also supported on the one hand on the pedal axle and on the other hand record the pedal kick plate.

Der inkrementale Geber dient zur Messung der Drehbewegung zwischen Pedaltrittplatte und Pedalachse. Zur Erfassung der Nullstellung für jeden Drehzyklus ist der optoelektronische Signalgeber angeordnet. Damit ist es möglich, jedem Winkelimpuls die entsprechenden Kraftwerte eindeutig zuzuordnen. Die Winkelmeßeinrichtung wird noch durch eine in das Pedal eingebaute Leiterplatte komplettiert, die der Erfassung und Formung der Wegsignale dient.The incremental encoder is used to measure the rotational movement between pedal plate and pedal axle. For detecting the zero position for each rotation cycle of the optoelectronic signal generator is arranged. This makes it possible to unambiguously assign the corresponding force values to each angular momentum. The angle measuring device is completed by a built-in pedal circuit board, which serves to capture and shaping the path signals.

Ausführungsbeispielembodiment

Anhand zweier Ausführungsbeispiele soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen für Beispiel 1Based on two embodiments, the invention will be explained in more detail below. This show for Example 1

Fig. 1: das Meßpedal im Axialschnitt zur Darstellung der PedallagerungFig. 1: the measuring pedal in axial section to illustrate the pedal mounting Fig. 2: das Meßpedal in der Seitenschnittdarstellung zur Kennzeichnung der KraftsensoranordnungFig. 2: the measuring pedal in the side sectional view for identification of the force sensor arrangement Fig. 3: das Meßpedal in der Draufsicht zur Darstellung der optoelektronischen SignalgeberFig. 3: the measuring pedal in plan view to illustrate the optoelectronic signal generator

für Beispiel 2for example 2

Fig.4: das Meßpedal in der Seitenschnittdarstellung4: the measuring pedal in the side sectional view Fig.5: das Meßpedal in der Draufsicht.Fig.5: the measuring pedal in plan view. Beispiel 1example 1 Das Meßpedal besteht aus der Trittplatte 1, unter welcher der Kraftsensor 2 mit den Dehnmeßstreifen 3 angeordnet ist. An derThe measuring pedal consists of the tread plate 1, under which the force sensor 2 is arranged with the strain gauges 3. At the Trittplatte 1 ist der Pedalbügel 4 befestigt. Die Trittplatte 1 weist Arretierstege 5 und die Pedalriemenführung 14 auf.Tread plate 1, the pedal bracket 4 is attached. The tread plate 1 has locking webs 5 and the pedal belt guide 14. Der Kraftsensor 2 umschließ! die Pedalachse 6, aufweicher die Pedallager 7 mit der Pedallagernabe 8 angeordnet sind. Am EndeThe force sensor 2 encloses! the pedal axle 6, on which the pedal bearings 7 are arranged with the pedal bearing hub 8. At the end

der Pedalachso 6 ist der inkrementale Geber 10 befestigt. Auf der Pedalachse 6 ist die Schlitzscheibe 11 angeordnet, die in einenthe Pedalachso 6, the incremental encoder 10 is attached. On the pedal axle 6, the slotted disk 11 is arranged in a

Lichtdiodenträger 12 eingreift. Am Lichtdiodenträger 12 ist die Leiterplatte 13 angeordnet.Light diode support 12 engages. At the light diode support 12, the circuit board 13 is arranged. Die Meßeinrichtung wird von einer Schutzkappe 9 umschlossen. Der Kraftsensor 2 setzt sich aus zwei Meßbügeln zusammen, anThe measuring device is enclosed by a protective cap 9. The force sensor 2 is composed of two Meßbügeln, to

denen die Dehnmeßstreifen 3 so appliziert und verschaltet sind, daß damit eine Zweikomponenten-Kraftmessung möglich ist.where the strain gauges 3 are applied and connected so that a two-component force measurement is possible.

Der Kraftsensor 2 ist geometrisch so ausgebildet, daß er die Pedallagernabe 8 mit den Pedallagern 7 aufnimmt und sich auf dieThe force sensor 2 is geometrically designed so that it receives the Pedallagernabe 8 with the pedal bearings 7 and on the Pedalachse 6 abstützt. Zur Messung der Drehbewegung zwischen Trittplatte 1 und Pedalachse 6 ist ein tnkrementaler Geber 10Pedal axis 6 is supported. To measure the rotational movement between tread plate 1 and pedal axle 6 is a tnkrementaler encoder 10th

so angeordnet, daß sein Gehäuse über die Pedallagernabe 8 mit der Trittplatte 1 verbunden und die Geberantriebswelle mit derarranged so that its housing connected via the Pedallagernabe 8 with the tread plate 1 and the encoder drive shaft with the

Pedalachse 6 gekoppelt ist.Pedal axis 6 is coupled. Die Nullstellung zwischen Pe. 'altrittplatte 1 und Pedalachse 6 wird nach jeder vollen Umdrehung optoelektronisch signalisiert.The zero position between Pe. 'Altrittplatte 1 and pedal shaft 6 is signaled optoelectronically after each full revolution. Hierzu besitzt die Pedalachse 6 bine mit ihr fest verbundene Schlitzscheibe 11, die in den Lichtdiodenträger 12 eingreift, weitherFor this purpose, the pedal axle 6 has bine with her firmly connected slotted disk 11, which engages in the light-emitting diode 12, far

mit der Trittplatte 1 fest verbunden ist.is firmly connected to the tread plate 1.

Zur Erfassung und Formung der Drehbewegungssignale ist eine elektronische Leiterplatte 13 am Lichtdiodenträger 12For detecting and shaping the rotational movement signals is an electronic circuit board 13 on the light-emitting diode 12th

angeordnet. Alle Teile der meßtechnischen Ausrüstung und die Pedallagerung sind durch die Schutzkappe 9 abgedeckt.arranged. All parts of the metrological equipment and the pedal storage are covered by the cap 9.

Der Pedalbügel 4, die Arretierstege 5 für den Sportschuh und die Pedalriemenführung 14 komplettieren die Meßpsdale undThe pedal bracket 4, the locking webs 5 for the sports shoe and the pedal belt guide 14 complete the Meßpsdale and

gewährleisten eine bestmögliche sportarttypische Nutzung.ensure the best possible sport-typical use.

Beispiel 2Example 2 Das Meßpedal bestehtaus der Trittplatte 1,anwelcherdie4 Biegestege 15 befestigt sind. An den Biegestegen 15 sind die beidenThe measuring pedal consists of the tread plate 1, to which the 4 bending webs 15 are attached. At the bending points 15 are the two Doppel-Biegebalken 16 befestigt. Die Doppel-Biegebalken 16 besitzen je einen zentrischen Flansch 17, welche die Pedallager 7Double bending beam 16 attached. The double bending beam 16 each have a central flange 17, which the pedal bearings. 7

aufnehmen, die sich auf die Pedalachse 6 abctützen.record, which abctützen on the pedal axle 6.

Zwischen den beiden Flanschen 17 ist zur Distanzhaltung die Lagernabe 8 angeordnet.Between the two flanges 17, the bearing hub 8 is arranged for distance keeping. An den Biegestegen 15 und an den Doppel-Biegebalken 16 sind Dehnmeßstreifen 3 appliziert und zu elektronischen MeßbrückenAt the bending webs 15 and the double bending beam 16 strain gauges 3 are applied and to electronic measuring bridges

verschaltet.connected.

Die einwirkende vertikale Tretkraftkomponente erzeugt dabei an den Doppel-Biegebalken 16 und die liorizontaleThe acting vertical tread force component generates at the double bending beam 16 and the liorizontale Tretkraftkomponente an den Biegestegen 15 eine Biegung, die durch die Dehnmeßstreifen 3 in ein elektrisches MeßsignalTretkraftkomponente to the bending webs 15 a bend, by the strain gauges 3 in an electrical measurement signal

umgewandelt wird. So ist es möglich, die auf die Pedale wirkende Tretkraft getrennt in die vertikale und horizontaleis converted. So it is possible, the treading force acting on the pedals separated into the vertical and horizontal

Kraftkomponente, unabhängig voneinander, meßtechnisch zu erfassen.Force component, independently of each other, to record by measurement. Die Drehbewegung zwischen Trittplatte 1 und Pedalachse 6 sowie die Signalisierung der jeweiligen Nullstellung dieserThe rotational movement between tread plate 1 and pedal axle 6 and the signaling of the respective zero position of this Drehbewegung erfolgt mit der Geberanordnung analog zu Beispiel 1.Rotary movement takes place with the encoder arrangement analogous to Example 1. Das gleiche betrifft die Anordnung der Schutzkappe 9 und die Komplettierungsteile 4,5,14.The same applies to the arrangement of the protective cap 9 and the completion parts 4,5,14. Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

- Ermittlung des Tretkraftvektors in den Koordinaten der Fahrtrichtungsebene ist möglich.- Determining the pedal force vector in the coordinates of the direction of travel plane is possible.

- Meßtechnische Trennung der Tretkraft in vörtriebwirksame - und Verlustanteile.- Measuring separation of treading force in vörtriebwirksame - and loss shares.

- Kraftmessung erfolgt unabhängig vom Kraftansatzpunkt auf dem Pedal.- Force measurement is independent of the force application point on the pedal.

- Jedem zyklischen Drehwinkelwert kann ein Kraftwertepaar zugeordnet werden.- Each cyclic rotation angle value can be assigned a force value pair.

- Die geometrische Gestaltung gestattet eine sportarttypische Nutzung.- The geometric design allows a sport typical use.

- Der Meßeinsatz ist auch bei ungünstigen Einsatzbedingungen (Staub, Spritzwasser! möglich.- The measuring insert is also possible under unfavorable conditions of use (dust, splash water!

- Zum Meßeinsatz wird das Meßpedal wie ein übliches Fahrradpsdal in die Tretkurbel geschraubt.- For measuring purposes, the measuring pedal is screwed into the pedal crank like a usual bicycle pedal.

Claims (7)

1. Pedal zur meßtechnischen Erfassung der Tretkraftverläufe während der zyklischen Tretbewegung im Radsport, wobei sich eine Trittplatte über ein Kraftmeßelement, welches die Pedallagernabe und die Pedallager aufnimmt, auf eine Pedalachse abstützt, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der Trittplatte (1) und der Pedalachse (6) ein oder mehrere Kraftsensoren (2), ein mit seinem Gehäuse an der Lagernabe (8) befestigter und mit seiner Welle mit der Pedalachse (6) gekoppelter inkrementaler Geber (10) sowie eine mit der Pedalachse (6) fest verbundene in einen an der Trittplatte befestigten Lichtdiodenträger (12) eingreifende Schlitzscheibe (11), angeordnet sind.1. Pedal for metrological detection of pedaling progress during cyclic pedaling in cycling, with a tread plate via a force measuring element which receives the Pedallagernabe and the pedal bearing, supported on a pedal axle, characterized in that between the tread plate (1) and the pedal axle ( 6) one or more force sensors (2), one with its housing on the bearing hub (8) attached and with its shaft with the pedal axle (6) coupled incremental encoder (10) and one with the pedal shaft (6) fixedly connected in one the tread plate mounted light diode carrier (12) engaging slotted disc (11) are arranged. 2. Pedal nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kraftsensor (2) mit Dehnmeßstreifen (3) bestückt ist und die Pedallagernaben (8) aufnimmt.2. Pedal according to claim 1, characterized in that the force sensor (2) with strain gauges (3) is fitted and the Pedallagernaben (8) receives. 3. Pedal nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Kraftsensor (2) als Zweikomponenten-Kompaktsensor geometrisch so ausgebildet ist, daß er sich auf der Pedalachse (6) abstützen kann.3. Pedal according to claim 1 and 2, characterized in that the force sensor (2) is designed as a two-component compact sensor geometrically so that it can be supported on the pedal axle (6). 4. Pedal nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Kraftsensor (2) als Gebersystem aus mehreren Einkomponentensensoren, die miteinander lösbar verbunden sind, gestaltet ist.4. Pedal according to claim 1 and 2, characterized in that the K r aftsensor (2) as a donor system of a plurality of one-component sensors, which are detachably connected together, designed. 5. Pedal nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß am Lichtdiodenträger (12) eine Leiterplatte (13) angeordnet ist.5. Pedal according to claim 1 and 2, characterized in that the light diode carrier (12) a printed circuit board (13) is arranged. 6. Pedal nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß an der Unterseite der Trittplatte (1)eine die Meßeinrichtung umschließende Schutzkappe (9) angeordnet ist.6. Pedal according to claim 1 to 5, characterized in that on the underside of the tread plate (1) surrounding the measuring device protective cap (9) is arranged. 7. Pedal nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Trittplatte (1) Arretierstege (5) für den Sportschuh und eine Führung für den Pedalriemen (14) aufweist sowie an ihr ein Pedalbügel (4) angeordnet ist.7. pedal according to claim 1, characterized in that the tread plate (1) locking webs (5) for the sports shoe and a guide for the pedal belt (14) and at her a pedal bracket (4) is arranged.
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Legal Events

Date Code Title Description
IF04 In force in the year 2004

Expiry date: 20100522