DE102006020695A1

DE102006020695A1 - Ergometer

Info

Publication number: DE102006020695A1
Application number: DE200610020695
Authority: DE
Inventors: Albert Mayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2007-11-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ergometer (1) mit einem Antrieb. Dieser umfasst zwei Betätigungselemente, welche von einer Bedienperson gegen die Bremswirkung eines Bremssystems betätigbar sind. Der Antrieb ist über einen Zwischenantrieb (10) an das Bremssystem gekoppelt, wobei dem Zwischenantrieb (10) wenigstens ein Sensor zugeordnet ist. Mittels dieses Sensors werden die von beiden Betätigungselementen auf Komponenten des Zwischenantriebs (10) ausgeübten Kräfte zur Erfassung der von der Bedienperson erbrachten Antriebsleistung gemessen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ergometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Ergometer werden in unterschiedlichen Ausführungsformen zu Trainingszwecken eingesetzt. Spezifisch werden diese Ergometer auch im medizinischen und sportmedizinischen Bereich eingesetzt, um detaillierte Informationen über den Gesundheitszustand des Trainierenden zu erhalten.
Zur Erlangung dieser Informationen wird die von der Bedienperson bei Betätigung des Ergometers erbrachte Antriebsleistung gemessen.
Bekannte Ergometer weisen einen Antrieb auf, der zwei an einer Welle gelagerte Tretkurbeln mit Pedalen aufweist. Die Tretkurbeln sind an den längsseitigen Enden der Welle gelagert. An einem der längsseitigen Enden der Welle ist weiterhin ein Antriebsrad gelagert. Auf diesem Antriebsrad ist ein Antriebsriemen geführt, der den Antrieb mit einem Bremssystem koppelt. Das Bremssystem umfasst ein auf einer Achse gelagertes Schwungrad, welches mit einem Magneten oder dergleichen abgebremst werden kann. Auf der Achse sitzt ein weiteres Antriebsrad auf, auf welchem der Antriebsriemen geführt ist.
Bei Betätigung der Tretkurbeln durch die Bedienperson wird das Schwungrad gegen die Bremswirkung der Magnete gedreht. Entsprechend der wirkenden Bremskraft erbringt die Bedienperson hierbei eine bestimmte Antriebsleistung.
Zur Bestimmung dieser Antriebsleistung wird typischerweise die Torsion der Welle, an welcher die Tretkurbeln angeordnet sind, gemessen. Die Messung erfolgt mit Dehnmessstreifen und dergleichen. Da jedoch an einem längsseiti gen Ende der Welle das Antriebsrad angeordnet ist, an welchem der zum Schwungrad führende Antriebsriemen umläuft, wird bei Betätigen der Tretkurbel an diesem Ende der Welle, die Welle nicht tordiert.
Eine Torsion der Welle erfolgt nur bei Betätigen der gegenüberliegenden Tretkurbel, so dass nur bei Betätigen dieser Tretkurbel eine Kraftmessung möglich ist. Die von der Bedienperson erbrachte Leistung wird deshalb dadurch erfasst, dass die durch Messung der Kräfte an einer Tretkurbel erbrachte Leistung mit dem Faktor zwei multipliziert wird um so zur gesamten erbrachten Antriebsleistung zu gelangen. Diese Methode ist jedoch unpräzise, da die von der Bedienperson durch Betätigen der einen und anderen Tretkurbel erbrachte Leistung unterschiedlich sein kann. Zudem kann die von der Bedienperson erbrachte Antriebsleistung zeitlichen Schwankungen unterworfen sein. Derartige Zeitabhängigkeiten können jedoch durch die Kraftmessung an lediglich einer Tretkurbel nur unzureichend erfasst werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ergometer der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem eine reproduzierbare und genaue Bestimmung der Antriebs-Leistung möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs vorgegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Ergometer weist einen Antrieb mit zwei Betätigungselemente auf, welche von einer Bedienperson gegen die Bremswirkung eines Bremssystems betätigbar sind. Der Antrieb ist über einen Zwischenantrieb an das Bremssystem gekoppelt, wobei dem Zwischenantrieb wenigstens ein Sensor zugeordnet ist. Mittels dieses Sensors werden die von beiden Betätigungselementen auf Komponenten des Zwischenantriebs ausgeübten Kräfte zur Erfassung der von der Bedienperson erbrachten Antriebsleistung gemessen.
Durch die erfindungsgemäße Zwischenschaltung des Zwischenantriebs zwischen dem die Betätigungselemente umfassenden Antrieb und dem Bremssystem können die von der Bedienperson auf beide Betätigungselemente ausgeübten Kräfte genau bestimmt werden, wodurch eine genaue Bestimmung der von der Bedienperson erbrachten Antriebsleistung ermöglicht wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Zwischenantrieb eine Messwelle auf an deren einem Ende eine Ankopplung an den Antrieb mit den beiden Betätigungselementen vorgesehen ist und an deren anderem Ende eine Ankopplung an das Bremssystem vorgesehen ist.
Da über diese Ankopplung der Antrieb mit beiden Betätigungselementen asymmetrisch an ein Ende der Messwelle gekoppelt ist, ist gewährleistet, dass bei Betätigen beider Betätigungselemente jeweils eine Torsion der Messwelle erfolgt, die messtechnisch mit dem Sensor erfasst werden kann. Durch die asymmetrische Ankopplung des Antriebs an Messwelle wird somit mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Anordnung geschaffen, die es gestattet, die durch Betätigen beider Betätigungselemente ausgeübten Kräfte exakt und reproduzierbar zu bestimmen, so dass hiermit eine hochgenaue Bestimmung der von der Bedienperson erbrachten Antriebsleistung ermöglicht wird.
Die Messwelle ist bevorzugt in einem Wellengehäuse gelagert, welches auf einem Lagerbock als stationärem Bestandteil des Ergometers aufsitzt. Bei einer derartigen Anordnung können anstelle der Messung der Torsion der Messwelle auch die auf das Wellengehäuse und/oder den Lagerbock ausgeübten Kräfte als Maß für die Antriebsleistung bestimmt werden.
Die zur Bestimmung der Antriebsleistung erforderlichen Messungen können mit unterschiedlichen Sensoren durchgeführt werden, wie zum Beispiel optischen Sensoren oder Drucksensoren. Besonders vorteilhaft werden Sensoren mit Dehnmessstreifen verwendet, welche bei Verformung elektrische Signale generieren.
Der erfindungsgemäße Zwischenantrieb kann in Ergometern unterschiedlicher Ausprägung, beispielsweise in Fahrrad-Ergometern, Crosstrainern oder auch in Rekumbent-Bikes eingesetzt werden.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Schematische Darstellung eines Ergometers.
2: Querschnitt durch das Ergometer gemäß 1.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Ergometers 1. Das Ergometer 1 weist ein stationäres Gestell 2 auf, an welchem ein Sitz 3 und ein Haltegriff in Form eines Lenkers 4 vorgesehen ist.
Das Gestell 2 weist weiterhin Fußteile 2a auf, mit welchen das Ergometer 1 auf einer Unterlage wie einem Boden steht.
Das Ergometer 1 umfasst einen Antrieb, der eine Welle 5 aufweist, an deren längsseitigen Enden als Betätigungselemente jeweils eine Tretkurbel 6, 6' mit einem Pedal 7, 7' angeordnet sind. An einem Ende der Welle 5 ist als weiterer Bestandteil des Antriebs ein Antriebsrad 8 vorgesehen, auf welchem ein Antriebsriemen 9 umläuft. Anstelle des Antriebsriemens 9 kann auch eine Kette vorgesehen sein. In diesem Fall ist anstelle eines Antriebsrads 8 ein Zahnkranz vorzusehen.
Der Antriebsriemen 9 bildet eine Ankopplung zu einem Zwischenantrieb 10. Der Zwischenantrieb 10 umfasst eine Messwelle 11, die in einem Wellengehäuse 12 gelagert ist. Das Wellengehäuse 12 sitzt auf einem Lagerbock 13 auf, der auf dem Gestellt gelagert ist.
An einem Ende der Messwelle 11 ist ein erstes Antriebsrad 14 angeordnet, auf welchem der Antriebsriemen 9 geführt ist, welcher zum Antrieb führt. An dem zweiten Ende der Messwelle 11 ist ein weiteres Antriebsrad 15 gelagert. Auf diesem Antriebsrad 15 ist ein weiterer Antriebsriemen 16 geführt, der zu dem Bremssystem des Ergometers 1 führt.
Das Bremssystem des Ergometers 1 umfasst ein auf einer Welle 17 drehbar gelagertes Schwungrad 18. Auf der Achse ist weiterhin ein Antriebsrad 19 gelagert, auf welchem der Antriebsriemen 16 geführt ist. Das Schwungrad 18 kann mit einer nicht dargestellten Bremse wie zum Beispiel einer Magnetbremse abgebremst werden. Die Bremskraft kann über eine ebenfalls nicht dargestellte Steuereinheit vorgegeben werden.
Zur Durchführung eines Trainings oder einer Übung sitzt eine Bedienperson auf dem Sitz des Ergometers 1 und betätigt mit den Beinen die von den Tretkurbeln 6, 6' mit den Pedalen 7, 7' gebildeten Betätigungselemente. Dadurch wird das Antriebsrad 8 angetrieben. Diese Drehbewegung wird über den Zwischenantrieb 10 auf das Bremssystem übertragen, so dass das Schwungrad 18 gegen die Bremskraft der Bremse gedreht wird.
Zur aktuellen und fortlaufenden Bestimmung der dabei von der Bedienperson erbrachten Antriebsleistung erfolgt in dem Zwischenantrieb 10 eine Kraftmessung. Zur Durchführung dieser Kraftmessung ist im Zwischenantrieb 10 ein Sensor vorgesehen. Im vorliegenden Fall umfasst der Sensor auf die Messwelle 11 aufgebrachte Dehnmessstreifen 20, welche bei Verformung elektrische Signale generieren. Mit diesem Sensor können Torsionen der Messwelle 11 erfasst werden. Bei einer Torsion der Messwelle 11 werden die Dehnmessstreifen 20 gedehnt, was zu einer Widerstandsänderung dieser Dehnmessstreifen 20 führt, die in einem Stromkreis detektiert wird.
Da die Betätigungselemente des Antriebs in gleicher Weise über den Antriebsriemen 16 an ein Ende der Messwelle 11 angekoppelt sind, führen die bei der Betätigung beider Betätigungselemente generierten Kräfte gleichermaßen zu einer Torsion der Messwelle 11, welche mit den Dehnmessstreifen 20 detektiert wird. Die so durchgeführte Kraftmessung wird in der Steuereinheit zur Berechnung und Ausgabe der von der Bedienperson erbrachten Antriebsleistung genutzt.
Alternativ zur Bestimmung der Torsion der Messwelle 11 können mit geeigneten Sensoren auch die Kräfte auf das Wellengehäuse 12 und/oder den Lagerbock 13, die durch die Betätigung der Betätigungselemente generiert werden, gemessen werden. Die hierfür vorgesehenen Sensoren können als optische Sensoren oder Drucksensoren ausgebildet sein. Weiterhin können die hierfür eingesetzten Sensoren wiederum Dehnmessstreifen aufweisen.

1: Ergometer
2: Gestell
2a: Fußteil
3: Sitz
4: Lenker
5: Welle
6, 6': Tretkurbel
7, 7': Pedal
8: Antriebsrad
9: Antriebsriemen
10: Zwischenantrieb
11: Messwelle
12: Wellengehäuse
13: Lagerbock
14: Antriebsrad
15: Antriebsrad
16: Antriebsriemen
17: Welle
18: Schwungrad
19: Antriebsrad
20: Dehnmessstreifen

Claims

Ergometer mit einem Antrieb umfassend zwei Betätigungselemente, welche von einer Bedienperson gegen die Bremswirkung eines Bremssystems betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb über einen Zwischenantrieb (10) an das Bremssystem gekoppelt ist, wobei dem Zwischenantrieb (10) wenigstens ein Sensor zugeordnet ist, mittels dessen die von beiden Betätigungselementen auf Komponenten des Zwischenantriebs (10) ausgeübten Kräfte zur Erfassung der von der Bedienperson erbrachten Antriebsleistung gemessen werden.
Ergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenantrieb (10) eine Messwelle (11) aufweist, an deren einem Ende eine Ankopplung an den Antrieb und an deren anderem Ende eine Ankopplung an das Bremssystem vorgesehen ist.
Ergometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ankopplungen Antriebsriemen (9, 16) vorgesehen sind, welche auf Antriebsrädern (14, 15) an den Enden der Messwelle (11) geführt sind.
Ergometer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensor die Torsion der Messwelle (11) erfasst wird.
Ergometer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwelle (11) in einem Wellengehäuse (12) integriert ist, welches auf einem Lagerbock (13) aufsitzt.
Ergometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensor die auf das Wellengehäuse (12) oder den Lagerbock (13) wirkenden Kräfte erfasst werden.
Ergometer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor Dehnmessstreifen (20) aufweist, welche bei Verformung elektrische Signale generieren.
Ergometer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als optischer Sensor ausgebildet ist.
Ergometer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Drucksensor ausgebildet ist.
Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als Betätigungselemente zwei an den Enden einer Welle (5) gelagerte Tretkurbeln (6, 6') aufweist.
Ergometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Welle (5) ein Antriebsrad (8) vorgesehen ist, über welches der die Ankopplung zum Zwischenantrieb (10) bildende Antriebsriemen (9) geführt ist.
Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem ein auf einer Welle (17) gelagertes Schwungrad (18) aufweist.
Ergometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle (17) des Schwungrads (18) ein Antriebsrad (19) vorgesehen ist, über welches der die Ankopplung zum Zwischenantrieb (10) bildende Antriebsriemen (9) geführt ist.
Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Fahrrad-Ergometer ausgebildet ist.
Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Crosstrainer ausgebildet ist.
Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Rekumbent-Bike ausgebildet ist.