Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Pedalkraftmessung am Fahrrad


von Tobias (Gast)


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Hallo,

bin am überlegen, ob es eine einfache Möglichkeit gibt, die Pedalkraft 
am Fahrrad zu messen. Auswertung könnte mittels µC erfolgen.

Das Verfahren soll möglichst einfach sein (keine Leisungsmesskurbel)
Ich dachte an eine Platte, unter der z.B. ein Drucksensor sitzt.

Hat jemand diesbezüglich Erfahrungen bzw. sich damit schonmal 
beschäftigt ?

: Verschoben durch User
von Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)


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Möglicherweise erweitern sich die Möglichkeiten, wenn man nicht direkt 
am Pedal messen will.

Theoretisch vorstellbar: Tretlager absägen und mit Kraftsensor 
dazwischen wieder anschrauben/anschweissen. Oder gar am Rahmen oder an 
der hinteren Gabel Biegesensoren (Dehnmessstreifen) anbringen. 
Schließlich gelangen die Pedalkräfte über die Kette auch dorthin ...

Dann benötigt man noch etwas intelligente Software, um andere Einflüsse 
herauszurechnen - aber wozu gibt es Mikrocontroller oder Smartphones?

von Drehmoment (Gast)


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Hallo Tobias


was willst Du messen? Die Kraft alleine nützt wenig, es ist mindestens 
der Winkel dazu nötig um festzustellen welchen Beitrag die Kraft für die 
Fortbewegung liefert. Wenn das Pedal am unteren Punkt ist und ich mit 
maximalem Gewicht drücke bewegt sich das Fahrrad trotzdem keinen 
Millimeter.
Es wird hier kein Drehmoment erzeugt.

Nimm eine Messwelle für das Tretlager, die gibt es relativ günstig und 
du ersparst dir die Probleme der Energieversorgung und Datenübertragung 
von und zur rotierenden Kurbel.

Auswerten musst du das Signal noch selbst, aber da die Messung im Rahmen 
stattfindet sollte Energieversorgung und Datenverarbeitung nicht allzu 
schwierig sein.

Grüße
Manfred

von Pandur S. (jetztnicht)


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Eine Fangfrage ? Dieses Thema ist grad bei den Elektro Fahrraedern 
interessant, denn die muessen die Pedalkraft verstaerken. Wenn man da 
mit einem guenstigen Sensor was machen koennte...
Kann man natuerlich, ist eine Frage der Stueckzahlen. Man kann

- an der Pedale Messen und dann irgendwie auf den Rahmen uebertragen - 
eher unguenstig, wegen der Uebertragung vom drehenden Teil auf den 
festen Teil

- an der Tretnabe messen.

Also an der Tretnabe die Kraft messen. In einer oder zwei Richtungen

: Bearbeitet durch User
von Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)


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Drehmoment schrieb:
> was willst Du messen? Die Kraft alleine nützt wenig, es ist mindestens
> der Winkel dazu nötig um festzustellen welchen Beitrag die Kraft für die
> Fortbewegung liefert. Wenn das Pedal am unteren Punkt ist und ich mit
> maximalem Gewicht drücke bewegt sich das Fahrrad trotzdem keinen
> Millimeter.

In dieser Situation wird aber auch kein Biegemoment in Richtung 
Tretlager über die Kette auf die hintere Gabel erzeugt.

"Kein Mensch braucht eine Bohrmaschine. Was ich brauche, ist ein Loch in 
der Wand". Will sagen, man muss auch mal "Um die Ecke" denken, dann wird 
Vieles einfacher.

von Karl (Gast)


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Drehmoment schrieb:
> Nimm eine Messwelle für das Tretlager, die gibt es relativ günstig und
> du ersparst dir die Probleme der Energieversorgung und Datenübertragung
> von und zur rotierenden Kurbel.

Die Welle im Tretlager "sieht" nur wenn man auf das linke Pedal tritt. 
Das rechte Pedal ist neben dem Kettenrad. Und wo man "günstig" 
Messwellen bekommt solltest du auch preisgeben. Unter einem 
vierstelligem Bertrag gibt es da kaum was

von Freunde der Wissenschaft (Gast)


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Du kannst eine DMS Brücke für Biegung an die Pedalstange kleben und 
auswerten (z.B. mit Semtech SX8723C)
Wenn du die einmal kalibrierst (z.b. Gewichte ans Pedal hängen) kannst 
du gut auf die eingebrachte Kraft schließen.

Wenn DMS kleben zu aufwändig ist, gibt es auch Dehnungssensoren 
(Dehnungsaufnehmer) die du an die Stange Schrauben kannst, teilweise 
schon mit integrierte Elektronik.

von Henrik V. (henrik_v)


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Was willst Du den messen?
Welche Aussage willst Du treffen?
Die Kraft auf die Pedale?
Die Momente an den Kurbeln?
Oder das Drehmoment am Zahnrad?
Oder die Kraft an der Kette/Riemen?
??

von Der Andere (Gast)


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Oder D. schrieb:
> denn die muessen die Pedalkraft verstaerken.

Nein, da wird das Drehmoment verstärkt. Da misst kein Mensch die 
Pedalkraft, zumal die sich aufteilt in einen Teil der quer und einem der 
längs zum Pedalarm wirkt.
Und der langs zum Pedalarm trägt nichts zum Drehmoment bei. Weiter 
müsste man dann sogar berücksichtigen ob sich die Kräfte am linkenund 
rechten Pedal nicht aufheben (Pedalarme horizontal und stehen auf den 
Pedalen)

Pedalkraft messen ist also für ein Pedelec Unfug.

von MirkoB (Gast)


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Mal so meine Idee:
Der einfachste Weg wird eine Torsionswelle im Tretlager sein.

Konstruktiv so ausgelegt, dass das Moment einseitig eingeleitet wird und 
auf der anderen Seite der Abtrieb (Kettenrad) erfolgt.

Aufgrund der Verdrehung (Torsion) dieser beiden Enden kann das Moment 
berechnet werden. (Inkrementalgeber)


            Kettenrad
               |
       |-------|
Pedal  +##########Pedal
       |-------|
        ^     ^|
        |     |
       Sensor Sensor



Mirko

von Torsten R. (Firma: Torrox.de) (torstenrobitzki)


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würdest Du damit nicht nur den Teil messen, der durch die linke Kurbel 
zum Moment beigetragen wird?

von Georg G. (df2au)


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Der Andere schrieb:
> da wird das Drehmoment verstärkt

Bist du sicher? Ich habe das Pedelec einer Freundin repariert. Da wird 
nur proportional zur Geschwindigkeit der Motor bestromt. Zur 
Fortbewegung genügt es, die Pedale zu bewegen, Kraft ist nicht 
notwendig.

von Christian B. (luckyfu)


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ncht, wenn er das Kettenrad auf einer Hohlwelle montiert welche von der 
Kurbelwelle über die Kraftsensoren angetrieben wird. Ob ein derartiger 
Aufbau jedoch in ein herkömmliches Tretlagergehäuse passt wage ich 
einfach mal zu bezweifeln

von MirkoB (Gast)


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Ich hab es ein bisschen blöde gemalt...

             |
             |
#  ###########
#  #         *
#################
   #         *  #
   ###########  #
   ^        ^|
             |

das # ist massiv, das * ein Kugellager.

Ich hoffe, dass es jetzt etwas klarer ist.

Das Moment wird auf der linken Seite eingeleitet und auf der rechten 
Seite abgeleitet.

Der Mittelteil sollte sehr torsionssteif ausgelegt werden, da er als 
Fehler direkt eingeht. (Torsion zwischen Pedal und Einleitunkt links)


Mirko

von Der Andere (Gast)


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Christian B. schrieb:
> wenn er das Kettenrad auf einer Hohlwelle montiert welche von der
> Kurbelwelle über die Kraftsensoren angetrieben wird.

Passt nicht zur Anfrage des TOs:

Tobias schrieb:
> ob es eine einfache Möglichkeit gibt

von Drehmoment (Gast)


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Karl schrieb:

> Und wo man "günstig"
> Messwellen bekommt solltest du auch preisgeben. Unter einem
> vierstelligem Bertrag gibt es da kaum was

Einfach mal nach Thun X-Cell R oder X-Cell RT googeln

z.B. hier bekommt man sowas:
http://www.fahrrad-krause.de/Innenlager_Thun_X-Cell_R_Einbau_123-128mm_999999-832240.html

für kleines Geld (<100€)

Damit hat man alles was man braucht, Drehmoment und 
Winkelgeschwindigkeit.

Für das Geld baust du das nicht selbst.

von Michael B. (laberkopp)


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Tobias schrieb:
> bin am überlegen, ob es eine einfache Möglichkeit gibt, die Pedalkraft
> am Fahrrad zu messen. Auswertung könnte mittels µC erfolgen.

So:
Beitrag "berührungslos Drehmoment an Tretkurbel messen, US Patent"
Als Privatnutzer interessiert dich ein Patent nicht.

von Drehmoment (Gast)


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Kleiner Fehler:

Das X-Cell R ist ohne Drehmoment, nur das X-Cell RT hat die 
Momentenmessung und kostet etwas mehr, ~170€ was aber immer noch 
<<vierstellig ist.

Die Messung geht übrigens davon aus dass man links und rechts mit 
gleicher Kraft tritt, man misst also nur das halben Drehmoment.

Und bevor wieder jemand reklamiert, ja es funktioniert nicht für 
einbeinige Fahrradfahrer.

von Teo D. (teoderix)


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KA was Du vorhast.
Am einfachsten wäre es die Kettenspannung zu messen. Braucht dann halt a 
bisserl Kalibrierarbeit :)

von PittyJ (Gast)


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Im neuesten 'tour' Magazin (Fachzeitschrift für Rennradfahrer) wurden 
ein paar kommerzielle System mit unterschiedlichen Techniken 
vorgestellt.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Tobias schrieb:
> bin am überlegen, ob es eine einfache Möglichkeit gibt, die Pedalkraft
> am Fahrrad zu messen. Auswertung könnte mittels µC erfolgen.
>
> Das Verfahren soll möglichst einfach sein (keine Leisungsmesskurbel)
> Ich dachte an eine Platte, unter der z.B. ein Drucksensor sitzt.

Nun, offensichtlich sind pedalbasierte Leistungsmeßgeräte wie Garmin 
Vector genau so aufgebaut. "Einfach" ist da allerdings gar nichts.

Das geht schon damit los, daß man ja keine Kabel legen kann. Man muß 
also Akkus/Batterien verwenden und die Daten drahtlos übertragen. Wenn 
man das auch außer Haus verwenden will (und nur da ergibt das IMHO Sinn, 
indoor kann man die Leistung auch anderweitig messen) dann muß es auch 
eine gewisse Robustheit mitbringen. Damit fallen Schleifkontakte und 
ähnliches schon mal raus. Allzu groß und schwer sollte es auch nicht 
werden. Und Akkulaufzeiten unter 10h sind indiskutabel.

Aber schon die Mechanik/Sensorik alleine ist nicht einfach. Aus bio- 
mechanischen Gründen sollte der Fuß möglichst nahe an der Pedalachse 
sitzen. Pedale im Profibereich stoßen da in Bereiche unter 10mm vor.
Man hat also nicht viel Platz um die Sensorik unterzubringen. Erst recht 
nicht, wenn man ein fertiges Pedal nehmen muß und den Sensor da drauf 
baut. Hat schon seinen Grund, warum Garmin und Look spezielle Pedale mit 
direkt integriertem Sensor bauen.

von Peter II (Gast)


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Drehmoment schrieb:
> z.B. hier bekommt man sowas:
> 
http://www.fahrrad-krause.de/Innenlager_Thun_X-Cell_R_Einbau_123-128mm_999999-832240.html
>
> für kleines Geld (<100€)
>
> Damit hat man alles was man braucht, Drehmoment und
> Winkelgeschwindigkeit.

leider nicht. das ist nur die R Ausführung die hat kein Drehmoment.

Dafür bräuchte man schon die X-CELL RT und das ist man bei über 200€.

von Drehmoment (Gast)


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Peter II schrieb:

>
> Dafür bräuchte man schon die X-CELL RT und das ist man bei über 200€.

Ich habe den Fehler schon bemerkt, und hier gibt es das Teil für 170€
http://www.linergy-shop.de/product_info.php?info=p876_thun-x-cell-rt-4-kant-tretlager-136l-136mm-digital.html

was auch < 200€ ist

von Peter II (Gast)


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Drehmoment schrieb:
>> Dafür bräuchte man schon die X-CELL RT und das ist man bei über 200€.
>
> Ich habe den Fehler schon bemerkt, und hier gibt es das Teil für 170€
> 
http://www.linergy-shop.de/product_info.php?info=p876_thun-x-cell-rt-4-kant-tretlager-136l-136mm-digital.html
>
> was auch < 200€ ist

Nur aus Neugier:

hast du dafür mal ein PDF gefunden, wo ein paar technische Infos stehen 
(Genauigkeit, Messbereich usw?)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Peter II schrieb:
> hast du dafür mal ein PDF gefunden, wo ein paar technische Infos stehen
> (Genauigkeit, Messbereich usw?)

Google hilft. Meßbereich +/- 200Nm. Genauigkeit wird nicht berauschend 
sein, ist für die geplante Anwendung (Pedelec) aber sicher ausreichend. 
Für Leistungsdiagnostik wird es wohl nicht reichen - sonst gäbe es 
sicher schon längst Anbieter. Im Profibereich kann man damit sehr gut 
Geld verdienen. Unter €500,- kommt man da kaum weg, ein Tretlager für 
€200,- wäre also ein Schnäppchen wenn es genau genug messen könnte.

Die Meßverfahren für diagnostische Technik basieren im wesentlichen auf 
einem der folgenden 3 Ansätze:

1. Messung der Kraft auf das Pedal
2. Drehmomentmessung an der Kurbel (zwischen Kurbelstern und Zahnkranz)
3. Biegemomentmessung am Pedalarm

von 1. nach 3. werden die Verfahren ungenauer (weniger detaillierte 
Daten) aber auch preiswerter. 1. und 3. kann man einseitig oder 
beidseitig machen. Alle 3 Verfahren erfassen zusätzlich noch die 
Pedalstellung, aber das ist im Vergleich zur Kraft/Momentmessung dann 
Pillepalle.

: Bearbeitet durch User
von Drehmoment (Gast)


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Peter II schrieb:

> Nur aus Neugier:
>
> hast du dafür mal ein PDF gefunden, wo ein paar technische Infos stehen
> (Genauigkeit, Messbereich usw?)

Komischerweise findet man auf der Seite von Thun kein PDF, erst Google 
bringt es zutage:

http://www.thun.de/fileadmin/user_upload/images/product/Velo_Elements_Innenlager.pdf

Steht alles drin von Signalspezifikation bis Genauigkeit.

von Teo D. (teoderix)


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Wenn Ihr so weiter macht, kommt Er mit dem Ding noch bis zum Mond :)

von ich (Gast)


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Hallo,
ohne alles zu lesen,
müsse die Kettenspannung auf dem Zugtrum nicht mit dem Drehmoment am 
Zahnrad in Beziehung stehen?

Mit freundlichen grußen
ich

von Pandur S. (jetztnicht)


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>So: Beitrag "berührungslos Drehmoment an Tretkurbel messen, US Patent"
Als Privatnutzer interessiert dich ein Patent nicht.

Dieses Patent ist ein Witz. Die verwenden einen Lock-in, ohne auf den 
effektiven Sensor einzugehen. Ein sogenanntes Troll Patent. Die nehmen 
an, ein Anwender muesse einen Lock-in verwenden und wollen so abgreifen. 
Dabei ist das Gewusst-Wie nicht im Lock-in, sondern im Sensor.

von Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)


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Was soll auf der Kurbelwelle gemessen werden? Auf der Seite mit dem 
Zahnkranz ist doch der Kraftfluss fast direkt aus dem Kurbelarm in das 
Kettenblatt. Was bekommt die Kurbelwelle davon mit?

von MT (Gast)


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"ich" schrieb:
> ohne alles zu lesen,

Ein gern begangener Fehler.


"ich" schrieb:
> müsse die Kettenspannung auf dem Zugtrum nicht mit dem Drehmoment am
> Zahnrad in Beziehung stehen?

Richtig, die Leistung (Drehzahl x Drehmoment) kann am Fahrrad an zwei 
Stellen* gemessen werden, an der Kurbelwelle oder am Pedalarm (siehe 
Punkte 1., 2. und 3. von Axel Schwenke)
(zwischen Pedalarm und Zahnkranz, Uwe), zur Not halt zweimal,
und an der Kette (Zugspanner oder Trumm oder wie das Ding heisst).
Letzteres ist am einfachsten.

Das war (zu meiner Zeit) eine beliebte Prüfungsfrage am EMK Institut 
(elektromechanische Konstruktion), zu der Zeit noch TH Darmstadt.

*die notwendige Drehzahl messen ist ja easy.

von Tobias (. (Gast)


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Hat jemand von euch so ein System im Einsatz?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Tech N. schrieb:
> Hat jemand von euch so ein System im Einsatz?

Es wird zwar immer behauptet, es gäbe keine dummen Fragen. Aber deine 
Frage kann ich auch beim besten Willen nicht anders nennen.

Da kommst du nach 2 Jahren in einen Thread, in dem eine Vielzahl von 
Meßverfahren diskutiert wurden und fragst dann nach Anwendern "des" 
Verfahrens. Wäre dir ein Zacken aus der Krone gebrochen, wenn du "das" 
Verfahren wenigstens mal benannt hättest? Vielleicht mit einem Zitat?

von Sebastian L. (sebastian_l72)


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Leistungsmesskurbeln für Rennräder gibt es einige.
Das kaufen sich viele 50+ RTF-Radler und ist Lagerware beim Händler.
Guck doch mal wie die anderen das glöst haben, dann machst du dein 
eigenes Design oder kaufst...

von ichbin (Gast)


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Moin Moin

Hat noch keiner Stoppis Projekt gefunden, das er vorletztes Jahr im 
Mosfetkillerforum präsentiert hat?
http://forum.mosfetkiller.de/viewtopic.php?f=6&t=62957&hilit=pedal

von Tobias (. (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Da kommst du nach 2 Jahren in einen Thread, in dem eine Vielzahl von
> Meßverfahren diskutiert wurden

Es ging mir um die Frage, ob jemand das persönlich im Einsatz hat und 
was dazu sagen kann.

von Praka (Gast)


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ichbin schrieb:
> Moin Moin
>
> Hat noch keiner Stopps Projekt gefunden, das er vorletztes Jahr im
> Mosfetkillerforum präsentiert hat?
> http://forum.mosfetkiller.de/viewtopic.php?f=6&t=62957&hilit=pedal

Wo ist denn das Projekt? Wo läuft es denn?

von Christoph E. (stoppi)


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Hallo!
Ist mein Projekt... Habe es mit dehnungsmessstreifen in einer 
wheatstone-Brücke umgesetzt. Liefert recht plausible Werte.

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