Dispositivo para la medición y la determinación de la fuerza, de los momentos y de la potencia sobre una manivela, en particular la manivela del pedal de una bicicleta.

Dispositivo para la medición y determinación de la fuerza, de los momentos y de la potencia en una manivela, en particular la de una bicicleta, que está constituido por un aparato de evaluación

(17), en particular un ordenador de bicicleta (FC), y al menos un pedal (16), en el que las magnitudes de la fuerza y la velocidad angular son convertida en señales eléctricas y son alimentada a un aparato de evaluación (17), en particular un ordenador de bicicleta (FC), en el que el pedal (16) está constituido por un cuerpo de pedal (11), un cuerpo de deformación (9) y un eje de pedal (10), caracterizado por que el pedal está constituido, además, por un sensor del ángulo relativo (12), por que el cuerpo de deformación (9) está conectado fijamente con el cuerpo del pedal (11) y está dispuesto de forma giratoria sobre el eje del pedal (10), porque la magnitud de la fuerza se calcula a través de la medición de la deformación del cuerpo de deformación (9) con bandas extensométricas a través de la medición de las dilataciones normales individuales de las bandas extensométricas, en el que cuatro parejas de bandas extensométricas están dispuestas (1 y 2; 2 y 4, 5 y 6; 7 y 8) están dispuestas en diferentes ángulos, con preferencia de +/- 45º, con relación al eje del pedal (10) y por que la conversión de la magnitud de la fuerza es convertida por las bandas extensométricas en señales eléctricas por medio del convertidor digital de tiempo (TDC

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DE2010/000121.

Solicitante: Momes GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Thaddenstr. 14a 69469 Weinheim ALEMANIA.

Inventor/es: ASFOUR,Jean-Michel, BIERMANN,MICHAEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE FUERZAS, TENSIONES, PARES, TRABAJO, POTENCIA... > Medida del par, del trabajo, de la potencia o del... > G01L3/10 (que implican medios eléctricos o magnéticos de indicación)
  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > DEPORTES; JUEGOS; DISTRACCIONES > MATERIAL PARA LA EDUCACION FISICA, GIMNASIA, NATACION,... > A63B24/00 (Controles eléctricos o electrónicos para los aparatos de ejercicio de los grupos A63B 1/00 - A63B 23/00)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > VEHICULOS TERRESTRES QUE SE DESPLAZAN DE OTRO MODO... > PROPULSION POR EL CONDUCTOR DE VEHICULOS DE RUEDAS... > Estructura de manivelas accionadas a mano o a pie > B62M3/08 (Pedales)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE FUERZAS, TENSIONES, PARES, TRABAJO, POTENCIA... > Medida del par, del trabajo, de la potencia o del... > G01L3/24 (Dispositivos para determinar el valor de la potencia, p. ej. midiendo y multiplicando simultáneamente los valores del par por el número de vueltas por unidad de tiempos, multiplicando los valores de la fuerza de tracción o propulsiva por la velocidad)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > VEHICULOS TERRESTRES QUE SE DESPLAZAN DE OTRO MODO... > PROPULSION POR EL CONDUCTOR DE VEHICULOS DE RUEDAS... > Propulsión por el conductor de vehículos de ruedas... > B62M6/50 (caracterizados por detectores o sensores, o su disposición)

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Fragmento de la descripción:

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DESCRIPCIÓN

Dispositivo para la medición y la determinación de la fuerza, de los momentos y de la potencia sobre una manivela, en particular la manivela del pedal de una bicicleta La invención se refiere a un dispositivo para la medición y para la determinación de la fuerza, de los momentos y de la potencia en una manivela, en particular de la manivela del pedal de una bicicleta, que está constituido por un aparato de evaluación, en particular un ordenador de bicicleta, y por al menos un pedal, en el que en un cuerpo de deformación en el pedal están colocadas bandas extensométricas. Pero los resultados más exactos de la medición se pueden conseguir con un pedal izquierdo y un pedal derecho.

Estado de la técnica Ya se conoce a partir del documento DE 37 22 728 C1 un dispositivo que convierte las fuerzas de pedaleo en el cojinete de pedaleo por medio de la deformación de un elemento de flexión adecuado, sobre el que se colocan bandas extensométricas, en una señal eléctrica y es procesada junto con la velocidad angular de la manivela en un microordenador, en particular un ordenador de la bicicleta, para calcular a partir de ello la potencia. Las bandas extensométricas con conectadas, además, a un puente de Wheatstone. En este caso, en virtud de medidas constructiva solamente se detecta la porción tangencial de la fuerza, es decir, el momento de giro en la manivela. Una componente de fuerza en otra dirección, por ejemplo en dirección radial no es detectada por medio del elemento de deformación que lleva las bandas extensométricas y, por lo tanto, no se puede medir. La zona del cojinete de pedaleo sirve aquí como lugar de suma para los momentos de giro de la manivela izquierda y derecha de pedaleo. Solamente desde este lugar se conduce la fuerza a través de las bandas extensométricas hacia la hoja de pedaleo. Con la frecuencia de paso medida por separado se puede calcular la potencia. Un inconveniente de esta solución es que siempre se mide la fuerza de las dos piernas. Por lo tanto, no existe ninguna posibilidad de optimizar el ciclo de pedaleo en el sentido de la homogeneización del importe de las piernas individuales. La exactitud se reduce porque los momentos conducidos a través de las bandas extensométricas contienen las porciones de fricción de los pedales y el cojinete de pedaleo. Son necesarias manivelas de medición especiales, que deben ser compatibles con el restante equipamiento de la bicicleta.

Se conocen a partir del documento US 2007/0170688 A1 un dispositivo y un sistema para la supervisión, análisis y representación de la fuerza aplicada por el ciclista durante la marcha sobre los pedales. A tal fin, está previsto un cubo de medición en la rueda trasera, en el que el momento que se produce en la corona dentada es derivado a partir de la fuerza de tracción de la cadena a través de un casquillo en el interior del cuerpo del cubo ya sobre el otro lado del cubo. El momento de torsión transmitido deforma el casquillo y es evaluado por bandas extensométricas. Con el momento obtenido de esta manera se puede calcular la potencia junto con la velocidad angular medida por separado. Un inconveniente de esta solución es igualmente que por esta vía se mide la suma de las fuerzas de las piernas y no es posible una evaluación exacta de las contribuciones individuales de las piernas. La exactitud de la potencia introducida se reduce en las magnitudes del grado de actuación de la cadena así como de la fricción del pedal de la fricción el cojinete de pedaleo. Por lo tanto, la potencia verdadera alimentada es mayor que la potencia medida. Además, debe insertarse un cubo de medición en los radios de la rueda trasera o debe emplearse una rueda completa correspondiente en la rueda. La sustitución entre diferentes bicicletas es tan sencilla con la conversión de la rueda. Los costes de adquisición son relativamente altos debido al radiador al menos necesario.

Se conocen a partir del documento EP 0 909 940 A2 un procedimiento y un dispositivo para la medición de la potencia y para la medición de la fuerza de tracción y de las frecuencias de oscilación de una cadena oscilante, por ejemplo de una cadena de bicicleta. A través del principio de la oscilación de las cuerdas se aprovecha que el ramal superior de una cadena, que está bajo fuerza de tracción, muestra frecuencias de oscilación proporcionales a la fuerza de tracción, que se pueden medir a través de la repercusión de la cadena oscilante sobre un campo magnético de sensor. Cuando se conoce el peso de la cadena por metro y la longitud libre de la cadena se puede determinar o bien recalcular la fuerza de la cadena. Junto con un sensor para la velocidad de la cadena en el mecanismo de cambio de una bicicleta se puede determinar la potencia en la cadena. U inconveniente de esta solución es igualmente que se detecta la suma de fuerzas de las dos piernas y no es posible una evaluación exacta de las contribuciones de las piernas individuales. En el mejor de los casos, a partir de una comparación de la señal de actuación de la fuerza con la señal el ángulo correspondiente se puede identificar si precisamente la pieza izquierda o la pierna derecha están en una fase de contribución predominante a la potencia. No es posible una determinación exacta, puesto que también en la fase de carga máxima respectiva de una de las piernas, la otra pierna tiene una porción (positiva o negativa) en la potencia medida. Se reduce la exactitud en los grados de actuación del pedal, del cojinete de pedaleo y de la cadena. Todavía es un inconveniente que la fórmula del cálculo inverso requiere el conocimiento de los parámetros de la longitud del ramal de la cadena (distancia entre ejes de la hoja de la cadena y la corona dentada) , el peso de la cadena (un múltiplo del peso de los eslabones de la cadena) y la frecuencia de oscilación. Debido a la dependencia de la fuerza de la cadena de las variables de peso de la cadena, longitud de la cadena y frecuencia de oscilación, ésta está afectada, en general, en gran medida con errores, puesto que los importes de los valores erróneos calculados se suman en el caso más desfavorable de acuerdo con la ley de propagación de los errores. Sobre todo se da una influencia decisiva a través del peso de la

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cadena, que oscila en el marco de las hipótesis sobre qué porción de un eslabón de la cadena se añade todavía al cálculo del peso del ramal. Por lo tanto, el sensor del campo magnético debe posicionarse con cuidado, puesto que en otro caso la medición de la frecuencia está muy afectada de errores. En general, es necesario un gasto de ajuste muy alto.

Se conoce a partir del documento EP 0 954 746 B1 un procedimiento para la determinación del momento de giro ejercido sobre un cuerpo de rotación, que puede ser accionado de forma giratoria alrededor de un eje de giro, en particular sobre el árbol del cojinete de pedaleo de una bicicleta. En este caso, se utiliza un cojinete de pedaleo realizado como unidad de medición, en la que a través de la acción de la fuerza de la pierna izquierda, el árbol del cojinete de pedaleo experimenta una deformación de torsión. De acuerdo con ello, el extremo izquierdo el árbol de cojinete de pedaleo adelanta al extremo derecho. El ángulo de torsión y, por lo tanto, el momento de actuación del árbol son detectados optoelectrónicamente por medio de los discos reticulares colocados allí, dispuestos radialmente. Para la determinación de la potencia introducida se determina el número de revoluciones del árbol a través de la secuencia de impulsos de un disco reticular y se calcula con el momento. La unidad está constituida compacta. En... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

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1. Dispositivo para la medición y determinación de la fuerza, de los momentos y de la potencia en una manivela, en particular la de una bicicleta, que está constituido por un aparato de evaluación (17) , en particular un ordenador de bicicleta (FC) , y al menos un pedal (16) , en el que las magnitudes de la fuerza y la velocidad angular son convertida en señales eléctricas y son alimentada a un aparato de evaluación (17) , en particular un ordenador de bicicleta (FC) , en el que el pedal (16) está constituido por un cuerpo de pedal (11) , un cuerpo de deformación (9) y un eje de pedal (10) , caracterizado por que el pedal está constituido, además, por un sensor del ángulo relativo (12) , por que el cuerpo de deformación (9) está conectado fijamente con el cuerpo del pedal (11) y está dispuesto de forma giratoria sobre el eje del pedal (10) , porque la magnitud de la fuerza se calcula a través de la medición de la deformación del cuerpo de deformación (9) con bandas extensométricas a través de la medición de las dilataciones normales individuales de las bandas extensométricas, en el que cuatro parejas de bandas extensométricas están dispuestas (1 y 2; 2 y 4, 5 y 6; 7 y 8) están dispuestas en diferentes ángulos, con preferencia de +/-45º , con relación al eje del pedal (10) y por que la conversión de la magnitud de la fuerza es convertida por las bandas extensométricas en señales eléctricas por medio del convertidor digital de tiempo (TDC) .

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el pedal (16) así como el aparato de evaluación (17) presentan, respectivamente, un sensor del ángulo de inclinación (18) .

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la determinación de la curva de la fuerza del pedal (Fz, Fy, Fx) , es decir, de las fuerzas del pedal en las tres direcciones espaciales (Fz, Fy, Fx) , se realiza como función sobre el ángulo de la manivela (ï?¡) .

4. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que todos los datos de medición se transmiten sin hilos al aparato de evaluación (17) , en particular a un ordenador de la bicicleta (FC) .

5. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que a través del pedal (16) se realiza la determinación de los momentos de torsión (Mx) , por ejemplo de los momentos de pérdida como consecuencia de fricción, en el eje del pedal (10) .

6. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que en el aparato de evaluación (17) con los datos de medición de los componentes de la fuerza en todas las direcciones espaciales (Fz, Fy, Fx) a partir del pedal (16) se pueden identificar estilo de la marcha, por ejemplo, marcha contoneándose, alta velocidad o bajada y se pueden comparar con estilos de la marcha registrados en el aparato de evaluación (17) .

7. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el aparato de evaluación (17) calcula la inclinación de la calzada (ï?³FC) y de esta manera lleva a cabo una nueva calibración de los datos de medición.

8. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el peal (16) presenta una posición de punto cero angular ajustable mecánicamente.

9. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que una ayuda de ajuste (15) es también al mismo tiempo un seguro de transporte.

10. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que se realiza la detección de los datos de medición desde el pedal izquierdo y el pedal derecho (16) de una bicicleta.

11. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que en el aparato de evaluación (17) se realizan por separado la evaluación, comparación y representación de la medición de la potencia desde el pedal izquierdo y el pedal derecho (16) .

12. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 2 a 11, caracterizado por que la determinación del ángulo de la manivela (ï?¡) y de la velocidad angular de la manivela (dï?¡/dt) se realiza a partir de un ángulo relativo (ï?ï?ª) medido con el sensor del ángulo relativo (12) , y a partir de un ángulo de basculamiento (ï?¢) , medido a través del sensor del ángulo de inclinación (18) y a partir de otro sensor del ángulo de inclinación fijo estacionario, por ejemplo integrado en el ordenador de la bicicleta (17) , para el cálculo del gradiente de la calzada ï?³FC como ángulo de corrección.

13. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que la determinación de las fuerzas del pedal en las tres direcciones espaciales (Fz, Fy, Fx) y del momento de torsión (Mx) , en particular del momento de pérdida como consecuencia de la fricción, se realiza a través de un enlace de las dilataciones normales individuales medidas en el cuerpo de deformación (9) .

14. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que la medición de las dilataciones normales se realiza por medio de parejas de bandas extensométricas aplicadas en un ángulo de 45º con relación al eje del pedal (10) en el cuerpo de deformación (9) en dos direcciones que está perpendiculares entre sí.

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15. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que se determina un ángulo relativo (ï?ï?ª) a partir de la señal de tiempo de propagación, que se mide a través de la transición del sensor del ángulo relativo (12) desde al menos un puro de disparo, por ejemplo el punto cero de disparo (21) , sobre un elemento de disparo (14) , de manera que se realiza una medición del ángulo relativo (ï?ï?ª) entre el cuerpo del pedal (11) y el eje del pedal (10) sobre el tiempo de propagación (ï?t) y la velocidad angular (ï?·i-1) de la última media vuelta.

16. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que la determinación de las componentes radial y tangencial (FR, FT) de la fuerza de la manivela y la fuerza resultante (FTR) con el ángulo activo (ï?ªTR) se realiza por medio de la curva de la fuerza del pedal (Fz, Fy, Fx) .

17. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por que la medición de la fuerza axial (Fx)

y del momento de torsión (Mx) , en particular del momento de pérdida como consecuencia de la fricción, se realiza solamente con dos parejas de bandas extensométricas (1 y 1; 3 y 4) en el cuerpo de deformación (9) .