DE10025139A1 - Exercise bicycle with electrically-controlled brake, varies braking force in phase with pedal position. - Google Patents
Exercise bicycle with electrically-controlled brake, varies braking force in phase with pedal position.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein mit menschlicher Muskelkraft betriebe nes bzw. angetriebenes Gerät, bei welchem in unterschiedlichen Bewe gungsphasen der Antriebsbewegung die Kraft- bzw. Drehmomentübertra gung unterschiedlich ist, insbesondere ein Trainingsgerät nach Art eines Standfahrrads, wobei die Antriebsbewegung der Pedale durch eine Bremse mit veränderbarer Bremskraft bremsbar ist, insbesondere mittels einer elektrisch ansteuerbaren Bremse.The invention is directed to an operation with human muscle power nes or driven device, in which in different Bewe phases of the drive movement, the force or torque transmission tion is different, in particular a type of training device Stationary bike, the drive movement of the pedals by a brake can be braked with a variable braking force, in particular by means of a electrically controllable brake.
Derartige Geräte weisen herkömmlicherweise eine Schwungscheibe auf. Eine solche Schwungscheibe hat eine Schwungmasse, die so dimensioniert ist, daß die unterschiedliche Kraft- bzw. Drehmomentübertragung in den verschiedenen Antriebsphasen durch die Schwungmasse vergleichmäßigt wird, so daß die übende Person das Gefühl einer homogenen, kontinuierli chen Bewegung gewinnt, auch wenn dies aufgrund der Krafteinleitung zu nächst eigentlich nicht der Fall ist.Devices of this type conventionally have a flywheel. Such a flywheel has a flywheel that is dimensioned in this way is that the different power or torque transmission in the different drive phases equalized by the flywheel is, so that the person practicing feels a homogeneous, continuous Chen movement wins, even if this is due to the application of force next is actually not the case.
Ein erheblicher Nachteil einer solchen Schwungscheibe besteht darin, daß diese das Gesamtgewicht des Geräts dominiert und das Gerät dementspre chend schwer handhabbar macht. Beim Transport resultiert aus dem Ge wicht der Schwungmasse überdies eine Beschädigungsgefahr, da bei einem ruckartigen Abstellen beispielsweise Lager beschädigt werden können. Au ßerdem führt das Gewicht der Schwungscheibe zu hohen Transportkosten selbst bei Transporten im Inland. A major disadvantage of such a flywheel is that this dominates the total weight of the device and the device accordingly making it difficult to handle. During transportation results from the ge importance of the flywheel also a risk of damage, because with one jerky parking, for example, bearings can be damaged. Au In addition, the weight of the flywheel leads to high transport costs even for domestic transportation.
Die Handhabung des Geräts sowohl beim Transport als auch im Verkaufs raum und beim Endverbraucher ist mühsam. Letztlich resultiert aus einer angetriebenen, sich bewegenden Schwungscheibe, wenn kein Freilauf vor gesehen ist, die Gefahr von Verletzungen.The handling of the device both during transport and in sales space and the end consumer is tedious. Ultimately results from one powered, moving flywheel when no freewheeling in front seen the risk of injury.
Geräte der in Betracht stehenden Art können sowohl mit den Armen als auch mit den Beinen über unterschiedliche Antriebsbewegungen angetrie ben werden. Primär steht hier ein Gerät nach Art eines Standfahrrads in Betracht. Solche Geräte werden sowohl für das häusliche Fitness-Training eingesetzt als auch gezielt als Trainingsgerät für sportliche ebenso wie für medizinische Diagnose- und Therapiezwecke.Devices of the type in question can be used with both the arms also driven with the legs via different drive movements be. There is primarily a device like a stationary bike in Consideration. Such devices are used both for home fitness training used as well as targeted as a training device for sporty as well as for medical diagnostic and therapeutic purposes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genann ten Art so auszugestalten, daß die geschilderten Nachteile vermieden und neue Einsatzmöglichkeiten eröffnet werden.The invention has for its object a device of the beginning ten kind so that the disadvantages described avoided and new fields of application are opened.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bremslei stung in Abhängigkeit von der Phasenlage der periodischen Antriebsbewe gung unterschiedlich, insbesondere veränderbar ist.This object is achieved in that the Bremslei depending on the phase position of the periodic drive movement Different, especially changeable.
Bei einem Trainingsgerät nach Art eines Standfahrrads ist insoweit vorge sehen, daß die Bremsleistung im Bereich des oberen undlunteren Totpunk tes der Pedale minimiert und im Bereich der dazwischen liegenden hori zontalen Stellung der Pedale maximiert ist.In a training device like a stationary bike is so far see that the braking power in the area of the top and bottom dead center tes of the pedals minimized and in the area between the hori central position of the pedals is maximized.
Es kann auf diese Weise der Effekt einer scheinbar gleichmäßigen und ho mogenen Antriebsbewegung simuliert werden, wie dies bei Verwendung einer Schwungscheibe der Fall ist, wobei die Schwungscheibe aber entfal len kann. Dementsprechend läßt sich eine wesentliche Gewichtsreduzie rung erreichen und alle anderen aus einer Schwungscheibe resultierenden Probleme, wie z. B. die Notwendigkeit aufwendiger Getriebe, spezieller Lagerungen der Schwungscheibe und Sicherungsmaßnahmen der Lager gegen die Belastung durch die Schwungscheibe können eingespart werden.It can have the effect of seemingly even and ho homogeneous drive movement can be simulated, such as when using a flywheel is the case, but the flywheel is omitted len. Accordingly, there is a substantial weight reduction reach and all others resulting from a flywheel Problems such as B. the need for complex gears, more specifically Flywheel bearings and bearing safety measures against the stress caused by the flywheel can be saved.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bremslei stung einen sinusförmigen Verlauf aufweist, wobei der Nulldurchgang je weils dem oberen oder unteren Totpunkt der Pedale entspricht.In a further embodiment of the invention it is provided that the Bremslei Stung has a sinusoidal course, the zero crossing each because corresponds to the top or bottom dead center of the pedals.
Günstigerweise ist die Phasenabhängigkeit der Bremsleistungsveränderung einstellbar. Dies eröffnet die Möglichkeit, ganz gezielt Therapie- und Trai ningsmaßnahmen zu entwickeln, indem beispielsweise bei einer solchen bestimmten Phasenlage eine besonders starke Bremswirkung eingestellt wird, in der ein speziell zu trainierender Muskel sich in einer spezifischen Position befindet oder eben auch ein erkrankter oder geschwächter Muskel. Das gleiche gilt für Knochen, deren Aufbau gefördert werden soll.The phase dependence of the change in braking power is favorable adjustable. This opens up the possibility of very targeted therapy and trai to develop measures, for example with such a certain phase position set a particularly strong braking effect is, in which a muscle to be trained specifically in a specific Position or even a diseased or weakened muscle. The same applies to bones whose build-up is to be promoted.
In diesem Zusammenhang kann die Bremsleistungsveränderung für den linken und rechten Fuß bzw. linken und rechten Arm individuell einstellbar sein, um insoweit für diese Körperteile gezielt Programme durchziehen zu können.In this context, the change in braking power for the left and right foot or left and right arm individually adjustable to run specific programs for these parts of the body can.
Die Einstellung erfolgt vorzugsweise programmgesteuert, wobei es möglich ist, verschiedene Trainingsprogramme in einem Speicher abzulegen und dann einfach abzurufen. The setting is preferably program-controlled, it being possible is to save various training programs in a memory and then simply retrieve it.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der Rahmen bzw. das Gestell in Leichtbauweise erstellt sind, also z. B. aus Aluminium oder Kunststoff- Faser-Technik. Solche Leichtbauweisen sind bei herkömmlichen Geräten mit Schwungscheiben nicht besonders interessant, weil aufgrund des domi nierenden Gewichts der Schwungscheibe die Gewichtsersparnis im Ver gleich zu dem höheren Kostenaufwand keine wesentliche Rolle spielt. Wenn es aber im Rahmen der Erfindung möglich ist, die Schwungscheibe und damit deren Gewicht entfallen zu lassen, wird durch eine erfindungs gemäß vorgesehene Leichtbauweise der ohnehin schon vorhandene drasti sche Gewichtsabbau noch weiter optimiert.According to the invention it can be provided that the frame or the frame are created in lightweight construction, e.g. B. made of aluminum or plastic Fiber technology. Such lightweight designs are common in conventional devices with flywheels not particularly interesting because of the domi weight of the flywheel in the ver does not play a significant role in the higher cost. But if it is possible within the scope of the invention, the flywheel and thus to lose their weight is a fiction the already existing drasti according to the proposed lightweight construction weight reduction even further optimized.
Im Rahmen der Erfindung können auch die Absolutwerte und/oder Abso lutwertdifferenzen der Bremsleistung einstellbar sein, um auf diese Weise eine Schwungscheibe mit größerer oder kleinerer Masse zu simulieren, da je nach Einsatzzweck des Geräts auch herkömmlicherweise Schwungschei ben mit unterschiedlicher Masse verwendet werden.Within the scope of the invention, the absolute values and / or abso Differences in the braking power can be adjusted in this way to simulate a flywheel with larger or smaller mass, because Depending on the application of the device, conventional flywheels be used with different masses.
Letztlich wird mit besonderem Vorteil auch noch das Freilaufverhalten elektronisch simuliert. Es wird dabei die Drehzahl bzw. Drehzahlverände rung erfaßt und gleichzeitig gemessen, ob ein Antrieb, z. B. ein Treten der Pedale, im Sinne einer Beschleunigung stattfindet.Ultimately, the freewheeling behavior also has a particular advantage electronically simulated. It will change the speed or speed tion detected and measured at the same time whether a drive, for. B. kicking the Pedals, in the sense of acceleration takes place.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine blockschaltbildartige Darstellung der wesentlichen Teile eines erfindungs gemäßen Geräts. The invention is described below on the basis of a preferred embodiment example explained in connection with the drawing. This shows one Block diagram-like representation of the essential parts of an invention appropriate device.
Eine in der Zeichnung dargestellte Anordnung umfaßt eine Welle 1, an welcher Pedale 2 über Pedal-Arme 3 gelagert sind, wobei die Pedal-Arme 3 sich in entgegengesetzter Richtung von der Welle 1 weg erstrecken.An arrangement shown in the drawing comprises a shaft 1 , on which pedals 2 are mounted via pedal arms 3 , the pedal arms 3 extending in the opposite direction away from the shaft 1 .
Die Welle 1 ist in einer Lagerbuchse 4 gelagert, die mit einer Bremsscheibe 5 einer Wirbelstrom-Bremse drehfest verbunden ist.The shaft 1 is mounted in a bearing bush 4 , which is connected in a rotationally fixed manner to a brake disc 5 of an eddy current brake.
Von der Welle 1 erstreckt sich ein L-förmiger Schlepparm 6 weg, der über einen Mitnehmerstift 12, der fest mit der Bremsscheibe 5 verbunden ist, die Bremsscheibe 5 gegen die Bremskraft antreibt, die durch einen Elektroma gneten 7 erzeugt wird.From the shaft 1 an L-shaped trailing arm 6 extends away, which drives the brake disc 5 against the braking force generated by an electroma magnet 7 via a driver pin 12 which is firmly connected to the brake disc 5 .
Ein Drehzahlsensor 8 erfaßt die Drehzahl der Bremsscheibe 5 und speist in sie eine Mikroprozessor-Steuerung 9 ein, welcher eine Anzeigeeinheit 10 nachgeordnet und eine Eingabeeinheit 11 vorgeordnet ist.A speed sensor 8 detects the speed of the brake disc 5 and feeds it into a microprocessor control 9 , which is followed by a display unit 10 and an input unit 11 .
Im Betrieb, wenn also die Pedale 2 getreten werden, wird über den 3- Kanal-Sensor 8 und entsprechenden Markierungen auf der Bremsscheibe 5 die Drehzahl der Bremsscheibe S. deren Drehrichtung und damit die Win kelstellung entsprechend der Phasenlage der Pedal-Arme 3 abgetastet und an die Mikroprozessor-Steuerung 9 geleitet. Einmal pro Pedalumdrehung wird durch eine besondere Markierung, z. B. mit doppelter Breite oder mit einem Doppelimpuls, der Mikroprozessor-Steuerung eine definierte Peda larmstellung gemeldet und somit ein Nullungsvorgang durchgeführt.In operation, when the pedals 2 are depressed, the 3-channel sensor 8 and corresponding markings on the brake disc 5 are used to sense the speed of the brake disc S, its direction of rotation and thus the position of the win according to the phase position of the pedal arms 3 passed to the microprocessor controller 9 . Once per pedal revolution, a special marking, e.g. B. with double width or with a double pulse, the microprocessor control a defined Peda larmstellung reported and thus performed a zeroing process.
Diese Nullung könnte auch durch einen dritten Kanal des Sensors 8, wel cher auf einem anderem Bremsscheibendurchmesser sitzt und pro Brems scheibenumdrehung nur eine Markierung erkennt, sicher durchgeführt wer den.This zeroing could also be carried out safely by a third channel of the sensor 8 , which is located on a different brake disc diameter and recognizes only one marking per brake disc revolution.
Alle weiteren Pedalarm-Winkelpositionen können dann von der Mikropro zessor-Steuerung 9 über das Mitzählen von Impulsen errechnet werden. In der Mikroprozessor-Steuerung 9 sind das Trägheitsmoment einer fiktiven Schwungscheibe und die Reibungsverluste eines entsprechenden realen Antriebs gespeichert. Außerdem werden dieser Mikroprozessor-Steuerung die vom Benutzer über die Eingabeeinheit 11 vorgegebenen Bremslei stungswerte zugeführt. Sie ermittelt hieraus die Drehzahl der fiktiven Schwungscheibe. Sobald die durch den Benutzer getretene Drehzahl der Bremsscheibe 5 kleiner wird als die von der Mikroprozessor-Steuerung 9 ermittelte Drehzahl der fiktiven Schwungscheibe schaltet diese die Brem seinrichtung 7 ab bzw. auf einen gewünschten Wert herunter.All other pedal arm angular positions can then be calculated by the microprocessor controller 9 by counting pulses. The moment of inertia of a fictitious flywheel and the friction losses of a corresponding real drive are stored in the microprocessor control 9 . In addition, this microprocessor control is supplied with the braking power values specified by the user via the input unit 11 . From this, it determines the speed of the fictitious flywheel. As soon as the speed of the brake disk 5 entered by the user becomes lower than the speed of the fictitious flywheel determined by the microprocessor controller 9, the flywheel switches the brake device 7 off or down to a desired value.
Die Mikroprozessor-Steuerung 9 berechnet aber trotzdem auch weiterhin die Drehzahl der fiktiven Schwungscheibe, welche durch die fiktiven Rei bungsverluste, das fiktive Trägheitsmoment und die fiktiv auf die Schwungscheibe einwirkende, vom Benutzer vorgegebene Bremsleistung bestimmt wird.The microprocessor controller 9 still calculates the speed of the fictitious flywheel, which is determined by the fictional friction losses, the fictitious moment of inertia and the fictitious acting on the flywheel, the user-specified braking power.
Sobald die vom Benutzer eingebrachte Drehzahl die durch die Mikropro zessor-Steuerung 9 berechnete Drehzahl der fiktiven Schwungscheibe wie der erreicht, wird die Bremseinrichtung zugeschaltet und auf diese Weise ein Freilaufeffekt erreicht. As soon as the speed introduced by the user reaches the speed of the fictitious flywheel calculated by the microprocessor controller 9 , the braking device is switched on and in this way a freewheeling effect is achieved.
Die Bremskraft der Bremseinrichtung 7 wird von der Mikroprozessor-Steu erung 9 in Abhängigkeit von der Pedalarmstellung pro halber Pedalarmum drehung sinusförmig auf und abgebaut.The braking force of the braking device 7 is generated by the microprocessor control 9 depending on the pedal arm position per half of the pedal arm rotation sinusoidally.
Dem Benutzer kann die Möglichkeit gegeben werden, über die Eingabeein heit 11 die Kurvenform des Bremskraftauf- und -abbaus pro halbe Pedalar mumdrehung in die Mikroprozessor-Steuerung 9 einzugeben. Dies eröffnet beispielsweise die Möglichkeit, das linke Bein mit anderen Laufeigen schaften zu belasten als das rechte Bein. Auch das Antrainieren eines defi nierten Kraftaufwandes in Abhängigkeit von der Pedalarmwinkelstellung wäre beispielsweise nach Beinverletzungen oder auch im Radrennsport mit Vorteil möglich.The user can be given the opportunity to enter the curve shape of the braking force build-up and reduction per half pedal arm revolution in the microprocessor controller 9 via the input unit 11 . This opens up the possibility, for example, of loading the left leg with different walking shafts than the right leg. Training a defi ned effort depending on the pedal arm angle position would be possible for example after leg injuries or in cycling.
Über die Anzeigeeinheit 10 werden die vom Benutzer eingegebenen Daten und die erreichen Trainingsergebnisse angezeigt.The data entered by the user and the training results achieved are displayed on the display unit 10 .
Claims (8)
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