DD301324A7

DD301324A7 - POWER RESISTANCE GENERATOR FOR TRAINING DEVICES AND ERGOMETERS

Info

Publication number: DD301324A7
Application number: DD33558189A
Authority: DD
Inventors: Andree Dr. Med. Et. Dr. Rer. Nat. De Niklas; Ralf De Hottowitz; Peter De Fuhrmann
Original assignee: Sportaerztliche Hauptberatungsstelle Magdeburg,De
Priority date: 1989-12-13
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 1992-12-03

Abstract

Kraft-Widerstandsanzeiger für Trainingsgeräte oder Ergometer sind bekannt. Allen bekannten Geräten liegt als gemeinsamer Nachteil zugrunde, daß deren Massenträgheits-Leistungsverhältnisse für sportmedizinische Zwecke deren Einsatz unzweckmäßig erscheinen läßt. Nach der Erfindung ist eine Simulation aller Kraft-Zeitverläufe sportlicher Bewegungen in Abhängigkeit von der originalen sportlichen Bewegung trägheits- und massearm möglich. Die Erfindung nutzt die Eigenschaft eines Ferrofluids bei Beeinflussung durch ein Magnetfeld seine Konsistenz in Abhängigkeit von der am Magnetfeld angelegten Spannung stufenlos beliebig zu verändern. Fig. 1Force-resistance indicators for exercise equipment or ergometers are known. All known devices is based on the common disadvantage that their inertia performance ratios for sports medicine purposes make their use seem inappropriate. According to the invention, a simulation of all force-time courses of athletic movements as a function of the original sporting movement inertia and massearm possible. The invention uses the property of a ferrofluid influenced by a magnetic field to change its consistency as a function of the voltage applied to the magnetic field infinitely variable. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Die Erfindung betrifft einen Kraft-Widerstandsanzeiger für Trainingsgeräte und Ergometer mit einem durch einen Drehhebel angetriebenen Wellenzapfen, der mit 6iner Bremseinrichtung verbunden ist, durch die das Drehmoment der Welle aufgenommen wird, wobei mit der Bremseinrichtung das Meß- und Wirkelement derart gekoppelt ist, daß die Bremseinrichtung drehmomentabhängig mit einer Kraft beaufschlagt wird.The invention relates to a force-resistance indicator for exercise equipment and ergometers with a driven by a rotary lever shaft journal which is connected to 6iner braking device, through which the torque of the shaft is received, wherein the braking device, the measuring and active element is coupled such that the Braking device is torque-dependent applied with a force.

Die Erfindung findet Anwendung in Betrieben des Maschinenbaus bei der Herstellung von Sport- und Trainingsgeräten, aber auch in Einrichtungen der Arbeit!·- und Sportmedizin sowie in Trainingsstätten und sportwissenschaftlichen Einrichtungen.The invention finds application in companies of mechanical engineering in the production of sports and training equipment, but also in institutions of the work and sports medicine as well as in training centers and sports science institutions.

In der Sportmedizin und Sportwissenschaft ist es bekannt, Traininysgeräte einzusetzen, die bestimmte, für die jeweilige Sportart wichtige Muskelgruppen belasten, um sie besonders leistungsfähig auszubilden. Je nach zu lösender Fragestellung enthalten solche Trainingsgeräte bzw. Ergometer als Kernstück einen Kraft-Widerstandsgeber. Diese Kraft-Widerstandsgeber arbeiten nach unterschiedlichen Wirkprinzipien. So sind einfache Zugfedern bekannt oder Gegengewichte, die über Umlenkrollen und Seilzüge den Kraftwiderstand bewirken sollen. Aber auch Hydrauliksysteme sind bekannt. So beschreibt die EP 22085 (A 63 B 69/06) einen Apparat für das Rudertraining, der auf hydraulischer Basis die Armbewegung des Probanden derjenigen eines Ruderers im Boot anzunähern gestattet. Eine Dolle zur Simulation biomechanischer Verhältnisse beim Ruderer beschreibt die DD-PS 254331 (A 63 B 69/06). Der Kraft-Widerstandsgeber wird durch ein Schneckengetriebe realisiert.In sports medicine and sports science, it is known to use training devices that burden certain important for each sport muscle groups in order to train them particularly powerful. Depending on the question to be solved such training devices or ergometers as the core piece of a force-resistance transmitter. These force-resistance sensors work according to different principles of action. So simple tension springs are known or counterweights that should cause the force resistance via pulleys and cables. But also hydraulic systems are known. For example, EP 22085 (A 63 B 69/06) describes an apparatus for rowing training which, on a hydraulic basis, makes it possible to approximate the arm movement of the subject to that of a rower in the boat. A Dolle for the simulation of biomechanical conditions in the rower describes the DD-PS 254331 (A 63 B 69/06). The force-resistance encoder is realized by a worm gear.

Beide Varianten erlauben keine hinreichende Simulation der Kraft-Zeitverläufe komplizierter physiologischer Bewegungsabläufe aufgrund zu großer systembedingter Trägheit.Both variants do not allow a sufficient simulation of the force-time courses of complicated physiological movements due to excessive system-induced inertia.

Das verbesserte Ansprechverhalten nach der DD-PS 254331 wird durch den hohen technischen Aufwand, verbunden mit dem Verschleiß aller bewegten Teile relativiert.The improved response to the DD-PS 254331 is relativized by the high technical complexity associated with the wear of all moving parts.

Seit etwa 1960 sind anisotrope Flüssigkeiten bekannt, die ihre physikochemischen Eigenschaften durch die Wirkung eines äußeren elektrischen oder magnetischen Feldes verändern können (Schuhmann, H.: Physikalische Chemie für NichtChemiker, Teil 2, S.38ff.. Technische Hochschule „Otto von Guericke" Magdeburg, 1968).Anisotropic fluids have been known since about 1960, which can change their physicochemical properties by the action of an external electric or magnetic field (Schuhmann, H .: Physical Chemistry for non-chemists, Part 2, p.38ff. Technical University "Otto von Guericke" Magdeburg , 1968).

Ebenfalls beschreibt die DD-PS 231101 (F16 D 37/02) eine Ferrofluidkupplung, deren Übertragungsverhalten mittels eines magnetischen Feldes über einem Ferrofluid verändert werden kann. Entsprechend der konstruktiven Gestaltung wird die Simulation hoher frequenter Bewegungsanteile aus Gründen zu großer Massenträgheit nicht möglich.Also, DD-PS 231101 (F16 D 37/02) describes a ferrofluid coupling whose transmission behavior can be changed by means of a magnetic field over a ferrofluid. According to the structural design, the simulation of high frequency motion components for reasons of high inertia is not possible.

Kraft-Widerstandsgeber, die auf der Basis anisotroper oder ferromagnetischer Flüssigkeiten so trägheitsarm arbeiten, daß sie zur Simulation oder Messung biomechanischer Kraft-Zeit-Verläufe geeignet wären, sind nicht bekannt. Die Fachwelt hat, trotz des anstehenden Bedü. !nisses, nahezu 30 Jahre von dieser Möglichkeit keinen Gebrauch gemacht. Der Einsatz der bekannten Vorrichtungen, wie sie eingangs beschrieben wurden und durch weitere Beispiele ergänzt werden könnten, als Widerstandserzeuger in Traingingsgeräten oder Ergometern, würde u.a. aufgrund desTrägheits-Leistungsverhältnisses nicht in Betracht kommen.Force-resistance sensors that operate on the basis of anisotropic or ferromagnetic fluids so low in inertia that they would be suitable for simulating or measuring biomechanical force-time courses are not known. The professional world has, in spite of the upcoming Bedü. ! nisses, nearly 30 years have not made use of this possibility. The use of the known devices, as described above and could be supplemented by other examples, as resistance generators in training devices or ergometers, u.a. due to the inertial power ratio are not eligible.

Es ist Ziel der Erfindung, mit einem geringen technischen Aufwand einen Kraft-Widerstandserzeuger für Trainingsgeräte und Ergometer zur Verfügung zu stellen, der zuverlässig arbeitet, gleichsam platzsparend und leicht zu installieren und für eine Vielzahl sportlicher Bewegungsabläufe verwendbar ist und deren Feinstruktur zu simulieren gestattet.It is an object of the invention to provide a force-resistance generator for exercise equipment and ergometers available with a low technical effort, which works reliably, as space-saving and easy to install and usable for a variety of sporting movements and their fine structure allows to simulate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraft-Widerstandserzeuger für Trainingsgeräte und vorzugsweise für sportartspezifische Ergometer zur Verfügung zu stellen, der eine Simulation der Feinstruktur aller Kraft-Zeitverläufe sportlicher Bewegungen in Abhängigkeit von gewünschten dynamischen und kinematischen Parametern der originalen sportlichen Bewegungen trägheitsarm ermöglicht.The invention has for its object to provide a force-resistance generator for exercise equipment and preferably for sports-specific ergometer available that allows a low-inertia simulation of the fine structure of all force-time courses sporting movements depending on desired dynamic and kinematic parameters of the original sporting movements.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem die Bremseinrichtung aus einem mit einer an sich bekannten ferromagnetischen Flüssigkeit gefüllten Behälter besteht, der mit einem Deckel verschlossen ist, daß in dem Behälter ein rotationssymmetrischer Spulenträger kleineren Durchmessers mit einer Spule angeordnet ist, der in den Lagerungen drehbeweglich befestigt ist und dessen Wellenzapfen der Deckel nach außen durchdringt, und daß in dem durch eine Trennwand geschlossenen Ringraum vor der mit einer Steuerleitung verbundenen Spule ein Widerstandselement, beispielsweise eine Blende, am Spulenträger befestigt ist.According to the invention, this object is achieved by the braking device consists of a container filled with a known ferromagnetic fluid container, which is closed with a lid, that in the container, a rotationally symmetrical coil carrier of smaller diameter is arranged with a coil which rotatably mounted in the bearings is and the shaft journal of the lid penetrates to the outside, and that in the closed by a partition annulus in front of the coil connected to a control line, a resistance element, such as a diaphragm, is attached to the bobbin.

Weiterhin gehört zur Erfindung, daß die Steuerleitung für die Spule durch der. Zapfen des Spulenträgers geht, an dem der Hebel für den Kraftangriff befestigt ist.Furthermore, part of the invention that the control line for the coil by the. Spigot of the bobbin goes, on which the lever for the force attack is attached.

Austührungsbelsplel

Die Erfindung soll beispielhaft für die Sportat t Rudern anhand beiliegender Zeichnungen erläutert werden, fc ι zeigenThe invention will be explained by way of example for the Sportat t rowing with reference to the accompanying drawings, fc ι show

Fig. 1: DraufsichtFig. 1: top view

Fig.2: Schnitt in derEbeneA-1.Fig.2: section in plane A-1.

Mit 1 ist der zylindrische Behälter bezeichnet, der mit dem Deckel 2 verschlossen ist. Der Spulenträger 3 ist im Durchmesser wesentlich kleiner als der Behälter 1 und besitzt oben einen Zapfen 4 für den Hebelarm 18. Der Spuler.'-,a_a:^r 3 is', im Lager 5-oben am Zapfen 4 und im Lager 5' unten drehbeweglich gelagert. Im Spulenträger 3 ist die Spule 7 angeordnet, die mit einer Steuerleitung 8, die durch den Zapfen 4 geführt ist, verbunden ist. Vor der Spule 7 ist am Spulenträger 3 ein Widerstandselement 9 befestigt. Im Ausführungsbeispiel wurde eine mit einer Öffnung versehene Blende gewählt. Es kann auch jeder andere beliebige Formkörper zum Einsatz gelangen, sofern gewährleistet ist, daß beim Rückholvorgang, d. h. im Leerlauf, der Widerstand strömungstechnisch minimiert wird.With 1, the cylindrical container is referred to, which is closed with the lid 2. The bobbin 3 is substantially smaller in diameter than the container 1 and has a top pin 4 for the lever arm 18. The winder .'-, a _a : ^r 3 is ', in the bearing 5-above the pin 4 and in the bearing 5' rotatably mounted below. In the bobbin 3, the coil 7 is arranged, which is connected to a control line 8 which is guided by the pin 4. Before the coil 7, a resistance element 9 is attached to the bobbin 3. In the embodiment, an aperture provided with an opening was selected. It can also be any other shaped body used, if it is ensured that during the return operation, ie at idle, the resistance is fluidically minimized.

Der zwischen Behälter 1 und Spulenträger 3 vorhandene Ringraum 10 ist mit einem Ferrofluid 11 gefüllt. Die am Behälter 1 fest angebrachte Trennwand 12 verschließt den Ringraum 10 auf der der Spule 7 in Null-Stellung gegenüberliegenden Seite. Die Dichtungen 6 verhindern das Austreten oder Ausweichen der forromagnetischen Flüssigkeit. Die Position 13 bis 17 sind die Elemente der Meß-, Steuer- und Regeltechnik, für die kein eigenständiger Schutz beansprucht wird, die aber für die gesamte Aufgabenstellung als einheitliche Lösung erforderlich sindThe existing between the container 1 and bobbin 3 annulus 10 is filled with a ferrofluid 11. The fixed to the container 1 partition 12 closes the annulus 10 on the coil 7 in the zero position opposite side. The seals 6 prevent the escape or dodging of the forromagnetic fluid. The positions 13 to 17 are the elements of the measurement and control technology, for which no independent protection is claimed, but which are required for the entire task as a uniform solution

Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende: The operation of the invention is as follows:

Über den Hebel für den Kraftangriff (18) wird der Spulenträger (3) und damit der Widerstandskörper (9) in der Flüssigkeit (11) bewegt. Die Bewegung wird mit dem Positionsgeber (Werfaßt und kann, je nach wählbarer Programmstruktur, über den Differenzierer (17) zum Berechnen der Winkelgeschwindigkeit w oder direkt auf den MultipÜTiarer (16) gegeben werden. Es ist auch möglich, beide Größen gleichzeitig im Multiplizierer (16) zu verarbeitenAbout the lever for the force application (18) of the bobbin (3) and thus the resistance body (9) in the liquid (11) is moved. The movement is performed with the position encoder (can and can be given, depending on the program structure that can be selected, via the differentiator (17) for calculating the angular velocity w or directly to the multipurpose generator 16. It is also possible to use both variables simultaneously in the multiplier (16 ) to process

(Md,,,,, = α · K₁ + ω K₂)(Md ,,,,, = α · K ₁ + ω K ₂ )

Nach der Multiplikation gelangen die Größen After multiplication the sizes arrive

α · Ki oder ω · K₂ oder (α · K₁ + ω · K₂) oder α · Kj · ω · K₂ α · Ki or ω · K ₂ or (α · K ₁ + ω · K ₂ ) or α · Kj · ω · K ₂

auf den aus der Additionsstelle und Verstärker (15), dem Drehmomentengeber (13) und der Spule (7) bestehenden Regelkreis. Dabei bildet die Spule (7) einen Elektromagneten, der die als Blende dienende Öffnung im Widerstandselement (9) in Abhängigkeit vom durch die Steuerleitung (8) fließenden Strom magnetisch durchflutet. Beim Bewegen des Hebels (18) erfolgt ein ständiger Vergleich des vom Drehmomentengeber (13) gemessenen (Ist-) Drehmomentes mit der auson the from the addition point and amplifier (15), the torque generator (13) and the coil (7) existing loop. In this case, the coil (7) forms an electromagnet, which magnetically flows through the opening serving as a diaphragm in the resistance element (9) as a function of the current flowing through the control line (8). When moving the lever (18) there is a constant comparison of the (actual) torque measured by the torque transducer (13) with the

α · Ki bzw. ω · K₂ oder (α · K₁ + ω · K₂) oder α · K₁ · ω · K₂ α · Ki or ω · K ₂ or (α · K ₁ + ω · K ₂ ) or α · K ₁ · ω · K ₂

berechneten Führungsgröße. Die Differenz beider Größen wird verstärkt und steuert den aus der Spule (7) gebildeten Elektromagneten.calculated reference variable. The difference between the two variables is amplified and controls the electromagnet formed from the coil (7).

Dadurch wird erreicht, daß zum Beispiel bei zu geringem Ist-Drehmoment der Strom in der Spule (7) steigt, damit der magnetische Fluß In der Flüssigkeit (11) erhöht wird. Durch die Eigenschaft der Flüssigkeit wird deren Viskosität erhöht und damit die Drosselwirkung (Widerstand) an der im Widerstandsgeber (9) befindlichen Öffnung ansteigt, was zu einer Erhöhung des Ist-Drehmoments führt.This ensures that, for example, if the actual torque is too low, the current in the coil (7) increases, so that the magnetic flux In the liquid (11) is increased. Due to the property of the liquid whose viscosity is increased and thus the throttling action (resistance) at the opening in the resistance sensor (9) opening increases, resulting in an increase of the actual torque.

Documents considered:

EP 235312 (A63B21/00)EP 235312 (A63B21 / 00)

EP 267071 (A63B21/00)EP 267071 (A63B21 / 00)

EP 268740 (G01 L3/22,A63 B21/00)EP 268740 (G01 L3 / 22, A63 B21 / 00)

WO 8900401 (A61 B5/22.G01 L3/24)WO 8900401 (A61 B5 / 22.G01 L3 / 24)

DD23110KF16D37/02)DD23110KF16D37 / 02)

DE 2845777 (G01 L5/02, A61 B5/00)DE 2845777 (G01 L5 / 02, A61 B5 / 00)

DE 2852703 (G01 L5/02)DE 2852703 (G01 L5 / 02)

DE 3139056 (A61 B5/00)DE 3139056 (A61 B5 / 00)

DE 3617072 (Λ61 B5/22) sowieDE 3617072 (Λ61 B5 / 22) as well as

DE 3314946 (G01 L3/22).DE 3314946 (G01 L3 / 22).

DE-B.: H.Mellerowicz: Ergometrie, Urban u. Schwarzenberg 1979,33-34DE-B .: H.Mellerowicz: Ergometry, Urban u. Schwarzenberg 1979, 33-34

Claims

1. force-resistance generator for exercise equipment and ergometers with a driven by a rotary lever shaft journal, which is connected to a braking device, through which the torque of the shaft is received, wherein the braking device, the measuring and active element is coupled such that the braking device dependent on the torque is acted upon by a force, characterized in that the braking device consists of a with a known ferromagnetic liquid (11) filled container (1) which is closed with a lid (2) that in the container (1) has a rotationally symmetrical Coil carrier (3) of smaller diameter with a coil (7) is arranged, which is rotatably mounted in the bearings (5,5 ') and whose shaft journal (4) penetrates the lid (2) to the outside and in that by a partition ( 12) closed annulus (10) front with a control line (8) connected to the coil (7) has a resistance element (9), beispi As an aperture, on the bobbin (3) is attached.

2. force-resistance generator according to claim 1, characterized in that the control line (8) passes through the pin (4) to which the lever (18) is attached for the force application.