DE60025461T2

DE60025461T2 - Bremsanlage für ein magnetisches oder elektrisches Ergometer

Info

Publication number: DE60025461T2
Application number: DE60025461T
Authority: DE
Inventors: Mats Manderbacka
Original assignee: Hur Oy AB
Current assignee: Hur Oy AB
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: US6485397B1; FI106431B; JP2000308696A; EP1040852A2; EP1040852B1; DE60025461D1; FI990707L; EP1040852A3; FI990707A0

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanordnung für ein magnetisches oder elektrisches Ergometer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Ergometer können beispielsweise an einem Rad-Ergometer gefertigt sein.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verschiedenste Ergometer und insbesondere Rad-Ergometer stellten über Jahre die beste Möglichkeit zur Messung der Kondition und Sauerstoffaufnahme einer Person dar. Solche Anordnungen umfassen normalerweise einen Rahmen, zwei Pedale, ein Antriebsübertragungssystem, ein Rotationselement und eine Bremsanordnung. Die bei dem Rad-Ergometer enthaltene Bremsanordnung umfasst vorzugsweise ein mechanisches Friktionssystem oder eine magnetische bzw. eine elektrische Wirbelstrom-Bremse.
Bremsanordnungen im Stand der Technik sind dafür vorgesehen, auf das Rotationselement einzuwirken, beispielsweise auf ein Schwungrad, das durch das Antriebsübernagungssystem angetrieben wird. Die Rotation des Schwungrades wird beispielsweise mechanisch durch ein Bremsband abgebremst, das gegen den Außenumfang des Schwungrades platziert ist. Die Bremskraft zwischen dem Schwungrad und dem Bremsband kann durch Anziehen oder Lösen des Bremsbandes bezogen auf den Außenumfang des Schwungrades variiert werden. In diesem Fall variieren die Bremskraft und die zum Antrieb des Antriebsübertragungssystems erforderliche Kraft.
Eine Wirbelstrombremse umfasst gleichermaßen ein Rotationselement, das zumindest teilweise aus einem leitfähigen oder magnetischen Mittel hergestellt bzw. damit beschichtet ist. Andere magnetische Elemente sind beispielsweise in dem Rahmen montiert, wobei deren Abstand zum Rotationselement einstellbar ist. Die in dem Rahmen montierten magnetischen Elemente erzeugen zusammen mit dem Rotationselement Wirbelströme, die die Geschwindigkeit des Rotationselements verringern. Durch Erhöhen oder Vermindern des Abstandes zwischen den in dem Rahmen montierten magnetischen Elementen und dem Rotationselement können die Bremskraft und die zum Antrieb des Antriebsübertragungssystems erforderliche Kraft variiert werden. Andere Lösungen sind beispielsweise in den Veröffentlichungen DE 75 23 938 U , EP 0 215 177 , US 3,831,942 , DE 9405799U oder DE 297 04 398 U aufgezeigt.
Ein zum Testen von Personen verwendetes Rad-Ergometer muss zusätzlich zu der Bremsanordnung mit einer Messvorrichtung versehen sein, die das Ablesen der Bremskraft und der Belastung erleichtert. Die Anordnung muss ferner genau, zuverlässig und leicht zu kalibrieren sein. Nur auf diese Weise lassen sich zuverlässige und vergleichbare Testergebnisse erhalten.
Bei einem Rad-Ergometer, das eine Bremsanordnung vom Friktionstyp aufweist, kann der Widerstand des Bremsbandes beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass es mit einem Gegengewicht vom Pendeltyp versehen ist. Das Gegengewicht ist normalerweise so angeordnet, dass eine Erhöhung der Zugspannung des Bremsbandes bezüglich des Außenumfanges des Schwungrades direkt von der Pendelbewegung des Gegengewichts abgelesen werden kann. Normalerweise hebt eine Erhöhung der Belastung das Pendel von seiner Ruheposition aus an. Diese Lösung ist beispielsweise bei Ergometer-Rädern umgesetzt, die von Monark^® hergestellt sind.
Ein Nachteil bei dieser oben beschriebenen Lösung liegt darin, dass es schwierig ist, den Friktionswiderstand des Schwungrades genau einzustellen. Ferner kann sich der Friktionskoeffizient zwischen dem Schwungrad und dem Bremsrad während des Tests entweder aufgrund der ansteigenden Temperatur des Bremsbandes oder aufgrund der Geschwindigkeit des Schwungrades verändern. Das bedeutet, dass eine mit einer Friktionsbremse und einem Gegengewicht versehene Bremsanordnung kontinuierlich während eines Tests einjustiert werden muss. Eine solche kontinuierliche Justierung hat natürlich einen beträchtlichen Einfluss auf das Testergebnis.
Ein weiterer Nachteil einer auf der Friktion basierenden Bremsanordnung bezieht sich auf die Anwenderfreundlichkeit des Rad-Ergometers. Bremsanordnungen dieser Art sind relativ laut, was sowohl die zu testende Person als auch das den Test ausführende Personal irritiert. Darüber hinaus ist die Funktion eines mit einer auf der Friktion basierenden Bremsanordnung versehenen Rad-Ergometers ungleichmäßig und abrupt.
Im eigentlichen ist die auf der Friktion basierende Bremsanordnung bei Radtrainern vor langer Zeit durch magnetische und elektrische Bremssysteme ersetzt worden. Die oben beschriebenen Räder vom Friktionstyp sind jedoch nach wie vor als Testvorrichtungen verwendet worden, weil sie relativ einfach zu kalibrieren sind und weil die Belastung mit ausreichender Genauigkeit von der Position des Gegengewichts abgelesen werden kann.
Verglichen mit der Anordnung eines Bremsbandes funktioniert die Bremsanordnung vom Wirbelstromtyp sehr ruhig und leise. Ein Nachteil dieser Anordnung ist jedoch, dass es schwierig ist, die Belastung der Antriebsübertragung genau genug einzustellen. Die Eigenschaften eines elektrischen und magnetischen Widerstandes, der in einer solchen Anordnung verwendet wird, können sich auch im Verlauf der Zeit verändern. Da Bremsanordnungen dieses Typs normalerweise im Rahmen des Ergometer-Rades eingebaut sind, kann die Anordnung nur mit speziellen Werkzeugen kalibriert werden, die zu diesem Zweck speziell ausgestaltet sind.
Aufgrund dieser Probleme und der mit der Kalibrierung verbundenen Kosten wird diese normalerweise nur einmal im Jahr durchgeführt. Wenn ein Kalibrier-Fehler während des Kalibrierungs-Verfahrens aufgefunden wird, ist es unmöglich zu erfahren, wann der Fehler aufgetaucht ist. Im schlimmsten Fall sind alle Testergebnisse seit der vorhergehenden Kalibrierung komplett unbrauchbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung reduziert in beträchtlichem Maße die Probleme, die mit den Lösungen im Stand der Technik einhergehen, d.h. Anwenderfreundlichkeit, Genauigkeit eines Ablesens der Belastungskraft und der Kalibrierung von elektrischen oder magnetischen Bremseinrichtungen in Ergometern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kalibrierung des Ergometers jeden Tag gleichermaßen zu kontrollieren. Die vorliegende Erfindung schafft einen Ergometer, das der Anwenderfreundlichkeit eines elektrischen und magnetischen Bremssystems entspricht, wobei die Kalibrierung der Bremseinrichtung so einfach ist, wie die Kalibrierung einer auf der Friktion basierenden Bremsanordnung.
Die Lösung der oben beschriebenen Probleme wurde mittels der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale erhalten, wie sie in den Ansprüchen aufgezeigt sind. Eine Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 charakterisiert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt.
In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung bedeutet ein Ergometer ein System zum Messen und Evaluieren der Kondition einer zu testenden Person. Ein Ergometer kann an einem Fahrrad, an einem manuell bedienbaren Handrad, einer Rudermaschine oder einem Stepper-Fitnessgerät angebracht sein.
Verglichen mit dem Stand der Technik schafft diese Anordnung mehrere beträchtliche Vorteile. Die Belastungskraft des Ergometers kann deutlich genauer mit einer Anordnung gemäß der Erfindung abgelesen werden. Bei einem Ergometer mit einer elektrischen Bremseinrichtung wird die Belastungskraft oft direkt mit einem Kraftsensor gemessen, der zum Ablesen einen Verstärker erfordert. Bei der Bremsanordnung gemäß der Erfindung kann ein hohes Auslenkungsmaß mit dem Pendel der Anordnung selbst bei geringfügigen Veränderungen in dem Betrag der Kraft erhalten werden.
Wenn ein Kraftsensor zum Messen der Belastungskraft verwendet wird, wird das Messsignal in Millivolt ausgegeben. Somit ist der Schwellenwert für eine Interferenz sehr gering. Z.B. kann die Verwendung eines Mobiltelefons nahe des Kraftsensors eine Interferenz verursachen, die ausreicht, um das Messergebnis zu beeinflussen, was zu einer unnötigen Wiederholung des ausgeführten Tests führt. Bei einer Bremsanordnung mit einem Pendelsystem können die Veränderungen im Winkel des Pendels beispielsweise mit einem gewöhnlichen Potentiometer gemessen werden, in welchem Fall das Messsignal immer in Volt ausgegeben wird, wodurch das System gegen externe Interferenzen praktisch immun wird.
Eine Bremsanordnung gemäß der Erfindung ist ebenso kosteneinsparend in der Produktion, weil die Auslenkung des Pendels direkt mit einer einfachen mechanischen Messvorrichtung gemessen werden kann, beispielweise einem einfachen Potentiometer oder mit einem Beschleunigungssensor, die deutlich billiger sind als Kraftsensoren, wie sie in anderen elektrischen Bremseinrichtungen von Nöten sind.
Die Kalibrierung des erfindungsgemäßen Ergometers kann auf einfache Weise praktisch ohne Kostenaufwand – selbst mehrmals am Tag gesteuert werden. Die Kalibrierung des Ergometers erfordert keine spezielle Kalibrier-Einrichtung. Es ist ausreichend, das Pendel der Bremsanordnung mit einem Gewicht bekannter Größe zu versehen, so dass die Auslenkung des Pendels beobachtet werden kann.
Das Ergometer der vorliegenden Erfindung verbessert auch die Anwenderfreundlichkeit der Vorrichtung bei Verwendung in verschiedenen Tests. Das Ergometer ist bei einer Anbringung an einem Fahrrad aufgrund seiner Laufruhe ebenso leise und mit der Pedalbewegung auf komfortable Weise verträglich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung in größerem Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen
1 schematisch die wichtigsten Teile eines Rad-Ergometers im Stand der Technik,
2 schematisch die wichtigsten Teile einer Bremse und Kalibrieranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 eine Querschnittsansicht einer Bremse und einer Kalibrieranordnung gemäß 2, und
4 eine Brems- und Kalibrieranordnung gemäß 1 im Betrieb und mit einem Messinstrument versehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ergometer gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung eines Rad-Ergometers als Beispiel beschrieben. 1 zeigt schematisch die wesentlichen Teile eines an sich bekannten Ergometer-Rades, wobei die Anordnung einen Rahmen umfasst, der mit zwei Pedalen 1 versehen ist. Ein Rotationselement 3, wie beispielsweise ein Schwungrad, ist zur Rotation bezüglich des Rahmens mit Hilfe eines Antriebsübertragungssystems 2 vorgesehen.
Das Schwungrad ist mit einer Bremsanordnung 4 zum Einwirken auf das Schwungrad ausgerüstet. Die Rotation des Schwungrades wird mit einem Bremsband 5 mechanisch verringert, das gegen den Außenumfang 6 des Schwungrades angeordnet ist.
Im Vergleich umfasst das vorliegende Ergometer eine Bremsanordnung 4 – vorzugsweise mit einer magnetischen oder elektrischen Wirbelstrombremse gemäß den 2 – 4 ausgerüstet. Die Wirbelstrombremse umfasst ein Rotationselement, d.h. ein Schwungrad 3, das zumindest teilweise aus einem leitfähigen Material oder damit beschichtet oder einer magnetischen Einrichtung 7 versehen ist. Das Schwungrad kann ebenso mit Aluminium oder Kupfer beschichtet oder mit Permanentmagneten versehen sein, die denen in magnetischen Ergometern gleichen. Um Einfluss auf die Bewegung des Rotationselements zu nehmen, ist zumindest ein magnetisches Bremselement 8 in einer einstellbaren Distanz vom Rotationselement positioniert. Durch Vergrößern oder Verringern des Abstandes zwischen dem magnetischen Bremselement und dem Rotationselement können die Bremskraft und die zum Antrieb des Antriebsübertragungssystems erforderliche Kraft eingestellt werden.
Das magnetische Bremselement 8 hat ein bekanntes Gewicht und ist gemäß den in den 2 – 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an einem Pendel 9 befestigt, das ebenso ein bekanntes Gewicht aufweist. Ein derartiges Pendel kann in einer Vertikalebene im Wesentlichen parallel zur Querschnittsebene des Rotationselements, d.h. des Schwungrades 3, frei rotieren. Das Bremselement 8 kann somit entlang des Pendels in einer Richtung bewegt werden, die im Wesentlichen dem Radius des Schwungrades überlagert ist, so dass das Bremselement entweder näher zu oder weiter weg von dem Schwungrad entlang einer Welle bewegt wird, die sich im Wesentlichen durch eine zentrale Achse 10 erstreckt, auf der das Rotationselement montiert ist. In dem Beispiel wird das Pendel konzentrisch auf dem Schwungrad drehbar gelagert, so dass die Rotationsachse des Pendels vorzugsweise mit der Mittelachse des Schwungrades koinzidiert.
Wenn das magnetische Bremselement 8 näher an das Schwungrad 3 bewegt wird, erhöht sich die Belastungskraft des Ergometers, d.h. die das Schwungrad beeinflussende Bremskraft steigt an, wobei die Belastungskraft des Ergometers abnimmt, wenn das Bremselement weiter weg von dem Schwungrad bewegt wird. Da das Bremselement an dem Pendel 9 anstelle des Rahmens des Ergometers befestigt ist, wird auch der Gesamtbetrag der das Schwungrad beeinflussenden Kraft die gesamte Bremsanordnung 4 beeinflussen, d.h. das Pendel und das daran befestigte Bremselement 8. Demzufolge bewegt sich das Pendel aus seiner ursprünglichen Position in der Drehrichtung des Schwungrades gemäß 4, wenn das Schwungrad in Bewegung gesetzt wird.
Wenn das Schwungrad rotiert, ist die Position des Pendels relativ zu dessen Ruheposition immer direkt proportional zur Bremskraft des Schwungrades und des Bremselementes 8. Indem das Pendel mit einem Zeiger 11 und der Ergometer-Rahmen mit einer Kraft-Skala 12 versehen ist, kann die Belastungskraft der Bremsenanordnung abgelesen werden. Die Position des Pendels relativ zu seiner Ruheposition kann ebenso mit einer Impulsmessvorrichtung, beispielsweise einem Potentiometer oder einem Beschleunigungsmessgerät, abgelesen werden. Das bedeutet, dass die Anordnung zum Abbremsen des Schwungrades gemäß der vorliegenden Erfindung sehr genau ist und gleichzeitig die Kalibrierung des magnetischen oder elektrischen Ergometers einfach ist und jederzeit kontrolliert werden kann.
Die Kalibrierung der Bremsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert keine speziellen Messvorrichtungen. Es ist ausreichend, das Pendel mit einem Kalibriergewicht von an sich bekanntem Gewicht zu versehen und zu prüfen, dass die sich ändernde Auslenkung des Pendels dem berechneten Wert des Pendels unter Verwendung seines neuen Gesamtgewichts entspricht. Wenn die Auslenkung einer Korrektur bedarf, muss lediglich die Position des Bremselementes 8 auf dem Pendel mit wenigen einfachen Schritten eingestellt werden.
Die Beschreibung und die beigefügten Figuren sollen die vorliegende Erfindung lediglich beschreiben. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebene Ausführungsform oder die in den beigefügten Ansprüchen wiedergegebenen Ausführungsformen beschränkt, da die Erfindung innerhalb des Umfangs seines Erfindungskonzeptes, wie es in den beigefügten Ansprüchen beschreiben ist, variieren kann.

Claims

Bremsanordnung (4) für ein magnetisches oder ein elektrisches Ergometer, aufweisend einen Rahmen, ein Antriebsübertragungssystem (2), ein vom Antriebsübertragungssystem angetriebenes Rotationselement (3), das um eine Zentralachse (10) des Rahmens angeordnet ist, wobei das Rotationselement zumindest teilweise aus einem leitfähigen Material gefertigt oder damit beschichtet ist, bzw. magnetische Mittel hat, und wobei die Bremsanordnung zumindest ein magnetisches Bremselement (8) aufweist, das in einem einstellbaren Abstand zu einem zu bremsenden Rotationselement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Bremselement (8) auf einer Längsachse angeordnet ist, die sich in Richtung zur Zentralachse (10) erstreckt, dass das magnetische Bremselement eine feststehende Masse hat, die in einer im Wesentlichen vertikalen Querschnittsebene des Rotationselements (3) oder einer Ebene parallel zu ihm in einer Parallelrichtung zum Radius des Rotationselements in Richtung zu dem und weg von dem Außenumfang des Rotationselements wie auch konzentrisch um die Zentralachse entlang des Außenumfangs (6) des Rotationselements bewegbar ist.
Bremsanordnung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanordnung einen Zeiger (11) aufweist, der mit einer Belastungsskala (12) zusammenarbeitet, die an dem Rahmen befestigt ist, wobei der Zeiger und die Lastskala vorgesehen sind, zusammen die Bremswirkung des Rotationselements (3) vorzusehen.
Bremsanordnung (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationselement (3) und das Bremselement (8) konzentrisch angeordnet sind.
Bremsanordnung (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längswelle drehbar an der Zentralachse (10) des Rotationselement (3) angebracht ist.
Bremselement (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längswelle, die sich gegen die Zentralachse (10) des Rotationselements (3) erstreckt, ein Pendel (9) mit einer vorbestimmten Masse aufweist, wobei das Bremselement (8) für eine Bewegung entlang des Pendels angeordnet ist.