DE10212157B4 - Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie - Google Patents

Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie Download PDF

Info

Publication number
DE10212157B4
DE10212157B4 DE10212157A DE10212157A DE10212157B4 DE 10212157 B4 DE10212157 B4 DE 10212157B4 DE 10212157 A DE10212157 A DE 10212157A DE 10212157 A DE10212157 A DE 10212157A DE 10212157 B4 DE10212157 B4 DE 10212157B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydraulic pump
coupled
drive shaft
pump
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10212157A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10212157A1 (de
Inventor
Sax Prof. Dr. Kreutz
Martin Heusser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bremshey Spiel und Sportgerate Vertriebs GmbH
Original Assignee
Bremshey Spiel und Sportgerate Vertriebs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bremshey Spiel und Sportgerate Vertriebs GmbH filed Critical Bremshey Spiel und Sportgerate Vertriebs GmbH
Priority to DE10212157A priority Critical patent/DE10212157B4/de
Publication of DE10212157A1 publication Critical patent/DE10212157A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10212157B4 publication Critical patent/DE10212157B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/00058Mechanical means for varying the resistance
    • A63B21/00069Setting or adjusting the resistance level; Compensating for a preload prior to use, e.g. changing length of resistance or adjusting a valve
    • A63B21/00072Setting or adjusting the resistance level; Compensating for a preload prior to use, e.g. changing length of resistance or adjusting a valve by changing the length of a lever
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/00058Mechanical means for varying the resistance
    • A63B21/00076Mechanical means for varying the resistance on the fly, i.e. varying the resistance during exercise
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/008Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using hydraulic or pneumatic force-resisters
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/0048Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with cantilevered support elements pivoting about an axis
    • A63B22/0056Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with cantilevered support elements pivoting about an axis the pivoting movement being in a vertical plane, e.g. steppers with a horizontal axis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/0076Rowing machines for conditioning the cardio-vascular system
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/06Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement
    • A63B22/0605Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement performing a circular movement, e.g. ergometers

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

Mit menschlicher Muskelkraft angetriebene Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie in Wärme, aufweisend einen geschlossenen Fluidkreislauf mir einer Hydropumpe (2), in die die mechanische Antriebsenergie als Rotationsenergie durch eine Antriebswelle einzubringen ist, sowie einer Drosseleinrichtung (3), wobei ein Sensormittel (5) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle der Hydropumpe (2) und ein Sensormittel (6) zum Erfassen des Druckes (p) im Fluidkreislauf vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Hydropumpe (2) über die variable Drosseleinrichtung (3) mit einem Fluidbehälter (4) in Verbindung steht und
dass die Sensormittel (5, 6) an den Eingang (E) einer Regeleinrichtung (7) gekoppelt sind, deren Ausgang (A) an die variable Drosseleinrichtung (3) gekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mit menschlicher Muskelkraft angetriebene Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Umwandlung mechanischen Antriebsenergie in Wärme.
  • Derartige Vorrichtungen, bei denen mechanische Energie eingekoppelt wird, um über einen Energieumwandlungsprozeß im wesentlichen vollständig in Wärmeenergie umgewandelt zu werden, dienen entweder dazu, nutzbare Wärme zu erzeugen oder die mechanische Energie zu „vernichten". Im letztgenannten Fall ist der Zweck der Vorrichtung somit nicht die Bereitstellung einer nutzbaren Energieform, sondern es steht vielmehr die Schaffung eines Widerstandes für die mechanische Antriebsbewegung im Vordergrund. Einen solchen Anwendungsfall stellen beispielsweise sogenannte „Hometrainer" dar, also Fitnessgeräte, die in Studios, in medizinischen Rehabilitationseinrichtungen oder auch im häuslichen Bereich für das Training bestimmter Muskelgruppen bzw. für ein Ausdauertraining zum Einsatz kommen.
  • Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines solchen Trainingsgerätes erörtert werden, wobei jedoch klar ist, daß dieser Anwendungsbereich keinesfalls beschränkend ist und daß die mit ihr erzielbaren Vorteile auch in anderen Anwendungsbereichen zur Geltung kommen können.
  • Trainingsgeräte zum gezielten Trainieren einzelner Muskelgruppen sind auf dem Markt in zahlreichen Varianten erhältlich, z.B. in Form von Geräten, auf denen eine Ruderbewegung, eine Steigbewegung, eine Druck- und Zugbewegung oder eine dem Fahrradfah ren nachempfundene Tretbewegung ausgeübt wird. Die vom Benutzer eingespeiste mechanische Energie wird dabei über einen internen Bremsmechanismus in Abwärme umgewandelt. Das Bremsmoment kann dabei auf verschiedene Arten erzeugt werden. Bei den gegenwärtig auf dem Markt erhältlichen Hometrainern wird das Bremsmoment bzw. der Widerstand für die mechanische Antriebsbewegung im allgemeinen durch eine Band- oder Magnetbremse, eine Gasdruckfeder, eine Hydraulik oder, insbesondere im Bereich hochwertigerer Geräte, über eine elektromagnetische Wirbelstrombremse erzeugt.
  • Um ein dynamisches Verhalten des Fitnessgerätes zu simulieren bzw. um Unterschiede in der eingekoppelten Bewegung auszugleichen, wird für gewöhnlich eine Schwungscheibe eingesetzt. Die Masse der Schwungscheibe, die durch die eingekoppelte mechanische Antriebsenergie zur Rotation gebracht wird, sorgt für einen Ausgleich bei unterschiedlicher Kraft- bzw. Drehmomenteinkopplung durch die trainierende Person. Ein Nachteil dieser Schwungräder liegt insbesondere in ihrer großen Masse, die einen hohen Anteil an der Gesamtmasse eines solchen Trainingsgerätes ausmacht und zu einer hohen Belastung der Führungslager führt.
  • In der DE 100 25 139 A1 wird ein Hometrainer offenbart, bei dem die Schwungscheibe durch eine elektronische Regeleinrichtung ersetzt wird. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Gerät wird die Bremswirkung durch eine elektromagnetische Wirbelstrombremse erzielt. Obwohl hier durch die elektronische Regelung auf den Einsatz einer Schwungscheibe verzichtet werden kann, ist das Mitführen einer Bremsscheibe, die Teil der Wirbelstrombremse ist, in der Rotationsbewegung notwendig.
  • Die DE-OS 24 13 082 offenbart ein Fahrrad-Ergometer, bei dem als Bremseinrichtung eine Hydropumpe eingesetzt wird, die in einen Fluidkreislauf eingebunden ist und mit deren Antriebswelle die Pedalkurbeln drehfest verbunden sind. Nahe der Hydropumpe ist im Fluidkreislauf ein Drosselventil angeordnet, mit dem der Strömungswiderstand im Fluidkreislauf verändert werden kann, um die Bremswirkung der Hydropumpe einzustellen. Als Leistungsanzeige wird einerseits der Druck im Fluidkreislauf gemessen und angezeigt, während andererseits die Drehzahl an der Antriebswelle der Hydropumpe erfaßt und angezeigt wird.
  • Aus der DE-OS 24 36 594 ist ein Fahrrad-Ergometer bekannt, bei dem als Bremseinrichtung eine Hydropumpe eingesetzt wird, gegen deren Bremsdrehmoment die trainierende Person trainiert und mit deren Antriebswelle die Pedalkurbeln des Ergometers zur Drehmomentübertragung gekoppelt sind. Die Hydropumpe ist in einen Fluidkreislauf eingebunden, der mit einem Fluidbehälter, einem Manometer sowie einem Drosselventil ausgestattet ist. Durch verändern des Drosselstellung des Drosselventiles kann der Strömungswiderstand im Fluidkreislauf und damit das Bremsdrehmoment in der Hydropumpe eingestellt werden. Um Schwankungen bei dem eingebrachten Drehmoment auszugleichen, ist an der Antriebswelle der Hydropumpe eine mitangetriebene Schwungscheibe vorgesehen.
  • Aus der DE 40 31 481 A1 ist eine hydraulische Trainingseinrichtung bekannt, bei der ein Kolben in einem Zylinder zum Krafttraining in eine Richtung zu bewegen ist und dabei Fluid im Zylinder durch einen Kolbendurchlaß von einem Zylinderkompartment in ein zu diesem vom Kolben im Zylinder abgegrenztes zweites Zylinderkompartment verschiebt. Der Kolbendurchlaß ist in seinem Strömungsquerschnitt elektronisch gesteuert einstellbar. Mit Hilfe einer Regelungseinrichtung kann die Strömungsquerschnitt des Kolbendurchlasses entsprechend einem vorgegebenen Bewegungsablauf sowie der von einem Geschwindigkeitssensor gemessenen Geschwindigkeit des Kolbens und der von einem Kraftsensor gemessenen, am Zylinder wirkenden Kraft nachgestellt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit menschlicher Muskelkraft angetriebene Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Rotationsenergie in Wärme, insbesondere ein Trainingsgerät, anzugeben, die für eine elektronische Regelung geeignet ist, wobei auf eine mitgeführte Schwungmasse verzichtet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Antriebsenergie in Wärme nach Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen geschlossenen Fluidkreislauf mit einer Hydropumpe auf, welche über eine variable Drosseleinrichtung mit einem Fluidbehälter in Verbindung steht, wobei ein Sensormittel zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle der Pumpe und ein Sensormittel zum Erfassen des Druckes im Fluidkreislauf vorhanden sind, wobei die Sensormittel an den Eingang E einer Regeleinrichtung gekoppelt sind, deren Ausgang an die variable Drosseleinrichtung gekoppelt ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die mechanische Antriebsenergie über die Antriebswelle der Hydropumpe eingekoppelt. Die mechanische Antriebsenergie wird in hydraulische Energie umgewandelt, welche am Druckstutzen der Pumpe abgegeben wird. Die Hydropumpe saugt Fluid aus einem in den Kreislauf integrierten Vorratsbehälter an. Am druckseitigen Ausgang der Pumpe wird das Fluid der Drosseleinrichtung zugeführt und über diese zurück in den Vorratsbehälter geleitet. Die Drosseleinrichtung bildet den hydraulischen Widerstand, mittels dessen die hydraulische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Der durch die Drosseleinrichtung hindurch strömende Volumenstrom ist neben dem Durchflussquerschnitt von der Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsseite abhängig, wobei die Abführung der auftretenden Wärme durch ein Lüfterrad auf der Welle und/oder durch eine geeignete Ausbildung der Hydrauliktanks abgeführt werden kann.
  • Bei der variablen Drosseleinrichtung kann es sich insbesondere um ein elektrisch betätigbares Ventil handeln, welches mittels Steuerelektronik direkt angesteuert werden kann. Über den elektrischen Stellantrieb kann der Durchflussquerschnitt eines solchen Drosselventils stetig verstellt werden, wodurch der Bremswiderstand der erfindungsgemäßen Vorrichtung einstellbar ist.
  • Für die Regelung des Widerstandes sind mindestens zwei Sensormittel vorhanden, nämlich eines für die Erfassung des Druckes im System und eines für die Erfassung der Drehzahl, mit der die mechanische Rotationsenergie in die Antriebswelle der Pumpe eingekoppelt wird. Diese beiden Sensormittel sind bei Verwendung einer Pumpe, bei der der geförderte Volumenstrom weitestgehend unabhängig von der Druckdifferenz ist, für eine Regelung der Bremsleistung bzw. des Bremswiderstandes ausreichend. Zusätzlich können mittels Senso ren noch weitere Variablen (wie z.B. Temperatur, Winkelstellung der Antriebselemente) für die Regelung erfasst werden.
  • Die von den Sensormitteln aufgenommenen Meßwerte werden der Regeleinrichtung zugeleitet, wo ein Ist-/Sollwertvergleich erfolgt und ein Ausgangssignal erzeugt wird, mit dem die elektrische Einstellung der Drosseleinrichtung erfolgt.
  • Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung umgesetzte Leistung ist direkt proportional zur Drehzahl n der Antriebswelle, zur Druckdifferenz über der Drossel, welche gleich dem statischen Druck p auf der Druckseite ist, und zum Volumenstrom V . Es besteht somit die Möglichkeit, über die Regeleinrichtung bei sich ändernder Drehzahl n der Antriebswelle der Pumpe, d.h. bei sich ändernder Geschwindigkeit der eingekoppelten mechanischen Antriebsbewegung, den Durchflussquerschnitt der Drosseleinrichtung so zu variieren, daß die Leistung konstant bleibt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich somit auch die eingespeiste Leistung exakt reproduzieren. Sie erfüllt damit eine der wichtigsten Anforderungen, die gegenwärtig an Ergometer gestellt werden.
  • Die erfindungsgemäße Art der Erzeugung einer Bremswirkung hat gegenüber denjenigen des Standes der Technik zahlreiche Vorteile: Zum einen sind keine Schwungscheiben zur Harmonisierung der Bewegung notwendig, da diese über die Regeleinrichtung erfolgt. Hierdurch ist eine beträchtliche Gewichtsersparnis gegenüber den bekannten auf dem Markt erhältlichen Geräten zu erzielen. Aufgrund des geringeren Gewichts ist eine leichtere Handhabung der Vorrichtung, beispielsweise beim Aufstellen, möglich. Daneben läßt sich beim Transport der Vorrichtung eine erhebliche Kostenersparnis erzielen. Auch wird das Risiko des Auftretens von Transportschäden verringert.
  • Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kein Schwungrad zum Einsatz kommt, wird eine kompakte Bauweise ermöglicht, weswegen keine großvolumige Abdeckungen benötigt werden. Hierdurch läßt sich ein geringerer Materialeinsatz bei der Verpackung und Abdeckung (Gehäuse) erreichen. Schließlich entfällt auch der bei den Geräten des Standes der Technik, welche unter Verwendung von Schwungscheiben arbeiten, der unvermeidliche Freilauf im Betrieb.
  • Gegenüber dem in der DE 100 25 139 A1 offenbarten Trainingsgerät, bei dem eine Wirbelstrombremse zum Einsatz kommt, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf eine Bremsscheibe verzichtet werden, wobei sich analoge Vorteile ergeben, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit den Schwungscheiben geschildert wurden. Zudem besteht keine Gefahr des Auftretens von Störeinflüssen auf Herzschrittmacher oder auch Armbanduhren, die beim Einsatz elektromagnetischer Wirbelstrombremsen auftreten können.
  • Da es sich bei dem Fluidkreislauf um ein geschlossenes System handelt, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach vormontierbar, was das Aufstellen und die Inbetriebnahme durch den Benutzer erleichtert. Das System ist wartungsarm und zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer, geringe Störanfälligkeit sowie geringe Geräuschanfälligkeit aus. Dies stellt insbesondere einen Vorteil gegenüber Trainingsgeräten mit mechanischen Bremsen dar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Hydropumpe um eine Radialkolbenpumpe. Bei dieser Pumpe ist der geförderte Volumenstrom nahezu unabhängig vom Druck, so daß für die Erfassung der Leistung ein Druck- und ein Drehzalsensor ausreichend sind.
  • Ein weiterer Vorteil beim Einsatz einer Radialkolbenpumpe liegt darin, daß diese drehrichtungsunabhängig arbeitet. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die mechanische Antriebsenergie nicht in Form einer Rotationsbewegung eingekoppelt wird, sondern in Form einer Druck- bzw. Schubbewegung, wie sie beispielsweise bei einem als Rudergerät oder als sogenannter „Stepper" ausgebildeten Trainingsgerät erzeugt wird. In diesem Fall findet während eines Bewegungsablaufes eine Änderung der Bewegungsrichtung statt, die in eine Änderung der Rotationsrichtung der Antriebswelle der Hydropumpe umgesetzt wird.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann beispielsweise auch eine Zahnradpumpe eingesetz werden. Da diese im Gegensatz zur Radialkolbenpumpe nicht drehrichtungsunabhängig arbeitet, ist sie eher für Anwendungen geeignet, bei denen die mechanische Antrieb senergie direkt in Form einer Rotationsbewegung eingekoppelt wird und im Bewegungsablauf keine Änderung der Rotationsrichtung erfolgt.
  • Ein bevorzugter Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt der Einsatz als Trainingsfahrrad, als sogenanntes Ergometer, dar. Solche Trainingsfahrräder gehören zu den am stärksten verbreiteten und beliebtesten Hometrainern. Sie werden sowohl im Rehabilitationsbereich für das gezielte Training der Beinmuskulatur als auch in Fitnesstudios oder beim Heimtraining zur Förderung der Ausdauer und Kondition eingesetzt. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung als Trainingsfahrrad eingesetzt, so wird die Antriebswelle der Hydropumpe mit einer Drehlagerwelle eines Pedalantriebes gekoppelt. Der Pedalantrieb kann beispielsweise auch unmittelbar auf die Antriebswelle der Pumpe gesetzt sein. Er kann allgemein überall dort zum Einsatz kommen, wo die mechanische Antriebsbewegung in Form einer Rotationsbewegung der Pumpe eingekoppelt wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, wie bereits erwähnt, auch dann eingesetzt werden, wenn die mechanische Antriebsenergie in Form einer Translationsbewegung eingekoppelt wird. In diesem Fall muß eine Umsetzung der Translations – in eine Rotationsbewegung erfolgen. In der Praxis ist somit die Antriebswelle der Hydropumpe über eine Getriebeeinrichtung mit einer Einrichtung zur Einkoppelung einer translatorischen Antriebsbewegung verbunden. Die Getriebeeinrichtung dient dazu, die Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung umzusetzen. Geeignete Getriebe sind dem Fachmann auf dem Gebiet des Maschinenbaus bekannt und sollen deshalb hier nicht näher erläutert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit für eine Vielzahl von Trainingsgeräten einsetzbar, insbesondere beispielsweise als Stepper, Walker, Rudergerät oder Trainingsstation.
  • Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als Trainingsgerät verwendet werden soll, so umfaßt die Regeleinrichtung vorzugsweise eine Eingabeeinrichtung für die manuelle oder elektronische Eingabe eines Sollwertes für die Regelung der Bremswirkung. Diese kann beispielsweise als Folientastatur oder als berührungssensitiver Bildschirm ausgebildet sein. Vorzugsweise sind über die Eingabeeinrichtung auch verschiedene Programme für die Regelung abrufbar. Als ein Beispiel sei hier angeführt, daß der Benutzer einen Sollwert für den durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu bewirkenden Bremswiderstand eingibt. Die Regelung arbeitet dann so, daß der Bremswiderstand und damit das vom Benutzer mittels Muskelkraft zu überwindende Drehmoment konstant bleibt, und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl n, mit der die Antriebswelle der Pumpe angetrieben wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein vorgegebenes oder selbst erstelltes Programm auszuwählen, nach dem eine zeitliche Variation des Widerstandes erfolgt. Die Variation des Widerstandes mit der Zeit oder gemäß biomechanischen Vorgabewerten bzw. Kurven ist speziell dann wichtig, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung im Rehabilitationsbereich eingesetzt werden soll.
  • Gegebenenfalls kann die Regeleinrichtung auch mit einem Programm ausgestattet sein, das die Auswahl eines leistungsabhängigen Widerstandes ermöglicht. In diesem Fall wird über die Eingabeeinrichtung ein Wert eingegeben, der einer bestimmten Stellung der Drosseleinrichtung, mithin einem bestimmten Durchflußquerschnitt derselben entspricht. Die diese Stellung der Drosseleinrichtung wird dann über die gesamte Zeitdauer des Programmes konstant gehalten, so daß sich ein leistungsabhängiger Widerstand einstellt. In diesem Fall nimmt der durch die Vorrichtung erzeugte Widerstand mit der Rotationsgeschwindigkeit der eingekoppelten Antriebsbewegung zu.
  • Die Regeleinrichtung kann darüber hinaus auch mit einer Schnittstelle ausgestattet sein, über die die Trainingsdaten an ein externes Gerät weiterleitbar sind. Bei dem externen Gerät kann es sich beispielsweise um eine Anzeigeeinrichtung handeln, mit der die eingekoppelte Leistung und/oder die Drehzahl n und/oder eine daraus abgeleitete Größe darstellbar ist. Der Benutzer kann somit stets die getätigten Einstellungen und seine Leistung abrufen. Unter „abgeleiteter Größe" ist beispielsweise die Gesamtenergie zu verstehen, die der Benutzer seit Trainingsbeginn an dem Gerät aufgewendet hat.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann es sich bei dem externen Gerät auch um einen PC handeln. Auf diese Weise sind die Daten speicherbar und einer gezielten Auswertung zugänglich. Auf der Basis der ermittelten Daten können anschließend individuelle Programme und Trainingspläne erstellt werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend detaillierter anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist in 1 schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und in 2 ein Hydraulikschaltplan einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
  • Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird über eine Einrichtung zur Einkoppelung einer Antriebsbewegung, beispielsweise über einen Pedalantrieb 1, mechanische Energie in die Vorrichtung eingekoppelt. Der Pedalantrieb 1 ist hierfür mittelbar oder unmittelbar mit der Antriebswelle einer Hydropumpe 2, vorzugsweise einer Radialkolbenpumpe, verbunden. Die Drehung der Pedale bewirkt, daß von der Pumpe 2 aus einem Fluidbehälter 4 ein Volumenstrom V eines Fluides, beispielsweise eines Hydrauliköls, angesaugt wird. Der Volumenstrom durchfließt anschließend eine Drosseleinrichtung 3 mit variablem Durchflussquerschnitt, wodurch ein vom Benutzer zu überwindendes Drehmoment erzeugt wird. Nach dem Durchtritt durch die Drosseleinrichtung 3 strömt das Fluid zurück in den Vorratsbehälter 4, so daß der Fluidkreislauf geschlossen ist.
  • Um die Stellung der einstellbaren Drosseleinrichtung regeln zu können sind ein Sensormittel 5 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle, beispielsweise ein Induktivgeber, welcher preiswert erhältlich ist, und ein Sensormittel 6 zum Erfassen des Druckes p im Fluidkreislauf vorhanden. Die Sensormittel wandeln die gemessenen Größen in ein elektronisches Signal um, das mittelbar oder unmittelbar an den Eingang E einer Regeleinrichtung 7 geleitet wird. Über eine Eingabeeinrichtung 8 kann ein Sollwert für die Regelung eingegeben werden oder ein vorgegebenes Programm für die Regelung abgerufen werden. An ihrem Ausgang A ist die Regeleinrichtung mit der variablen Drosseleinrichtung 3 gekoppelt.
  • Die Regelung kann nach verschiedenen Gesichtspunkten erfolgen: Zum einen ist es möglich, das dem Druck p proportionale Drehmoment konstant zu halten. Der Benutzer spürt somit unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der er tritt, einen gleichbleibenden Widerstand. Zum anderen kann der Widerstand nach einem Programm in zeitabhängig variiert werden. Schließlich ist es auch möglich, den Strömungsquerschnitt der Drosseleinrichtung konstant zu halten, unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle der Pumpe 2. Weiterhin können medizinisch relevante Messgrößen, wie z.B. Puls und Blutdruck, mit berücksichtigt werden.
  • Aufgrund der Bremsung durch ein hydraulisches System wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere ein gleichmäßiger Lauf und eine ruckfreie Betätigung ermöglich. Aus diesem Grund ist das Training mit dieser Vorrichtung physiologisch gut verträglich, weswegen sie insbesondere für den Einsatz im Rehabilitationsbereich geeignet ist. Durch die einstellbare Drosseleinrichtung läßt sich eine besonders schnell ansprechende und somit leistungsfähige Regelung erzielen.
  • In 2 ist ein Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in dieser Figur identische Merkmale wie in 1. Der Pedalantrieb 1 ist über die Antriebswelle 2a mit der Hydropumpe 2 gekoppelt. Bei der Pumpe 2 handelt es sich beispielsweise um eine Drehkolbenpumpe des Typs R1.35H. Ausgangsseitig wird der Druck über ein Sensormittel 6 abgenommen, beispielsweise des Typs DT1-250. Die Hydraulikflüssigkeit wird über die variable Drosseleinrichtung 3 im Kreis geführt, welche mit einem Rückschlagventil 3a verbunden ist, wobei die Drosseleinrichtung 3 über einen Elektromagneten und ein Vorsteuerwegeventil 3b, beispielsweise des Typs EMP21S10G24, angesteuert wird. Der Drosseleinrichtung 3 parallel geschaltet ist ein Druckreduzierventil 10, beispielsweise des Typs MV42C-200. Die Messwerte der Sensoreinrichtungen 5 und 6 werden in eine elektronische Steuerung 7a, beispielsweise des Typs PLVC4, eingespeist, die Teil der Regeleinrichtung 7 ist. Der Ausgang in dieser Steuereinrichtung 7a ist mit einem Elektronikwandler 7b, beispielsweise des Typs EV1G1-12/24, verknüpft, welche wiederum an den Elektromagneten und das Vorsteuerwegeventil 3b gekoppelt ist.

Claims (9)

  1. Mit menschlicher Muskelkraft angetriebene Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie in Wärme, aufweisend einen geschlossenen Fluidkreislauf mir einer Hydropumpe (2), in die die mechanische Antriebsenergie als Rotationsenergie durch eine Antriebswelle einzubringen ist, sowie einer Drosseleinrichtung (3), wobei ein Sensormittel (5) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle der Hydropumpe (2) und ein Sensormittel (6) zum Erfassen des Druckes (p) im Fluidkreislauf vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (2) über die variable Drosseleinrichtung (3) mit einem Fluidbehälter (4) in Verbindung steht und dass die Sensormittel (5, 6) an den Eingang (E) einer Regeleinrichtung (7) gekoppelt sind, deren Ausgang (A) an die variable Drosseleinrichtung (3) gekoppelt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (2) eine Exzenter-Kolbenpumpe ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (2) eine Zahnradpumpe ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle der Hydropumpe (2) mit einer Drehlagerwelle eines Pedalantriebs (1) gekoppelt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle der Hydropumpe (2) über eine Getriebeeinrichtung mit einer Einrichtung zur Einkoppelung einer translatorischen Antriebsbewegung gekoppelt ist.
  6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung eine Eingabeeinrichtung für die manuelle oder elektronische Eingabe eines Sollwertes für die Regelung aufweist.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der eingekoppelten Leistung und/oder der Drehzahl und/oder einer daraus abgeleiteten Größe aufweist.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfterrad (9) zur Ableitung der erzeugten Wärme vorhanden ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad auf der Antriebswelle der Pumpe angeordnet ist.
DE10212157A 2002-03-19 2002-03-19 Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie Expired - Fee Related DE10212157B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10212157A DE10212157B4 (de) 2002-03-19 2002-03-19 Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10212157A DE10212157B4 (de) 2002-03-19 2002-03-19 Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10212157A1 DE10212157A1 (de) 2003-10-09
DE10212157B4 true DE10212157B4 (de) 2004-01-22

Family

ID=27815776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10212157A Expired - Fee Related DE10212157B4 (de) 2002-03-19 2002-03-19 Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10212157B4 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2003981C2 (nl) * 2009-12-18 2011-06-21 Standing Strong B V Belastinginrichting voor een fitnessapparaat.

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2413082A1 (de) * 1974-03-19 1975-10-09 Schickedanz Kg G Heimtrainer
DE2436594A1 (de) * 1974-07-30 1976-02-12 Fritz Wolff Fahrrad-ergometer
DE4031481A1 (de) * 1990-10-05 1992-04-09 Schreiber Hans Verfahren und vorrichtung zum gezielten muskeltraining
DE10025139A1 (de) * 2000-05-20 2001-11-22 Wilhelm Daum Mit Muskelkraft angetriebenes Gerät, insbesondere Trainingsgerät nach Art eines Standfahrrades

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2413082A1 (de) * 1974-03-19 1975-10-09 Schickedanz Kg G Heimtrainer
DE2436594A1 (de) * 1974-07-30 1976-02-12 Fritz Wolff Fahrrad-ergometer
DE4031481A1 (de) * 1990-10-05 1992-04-09 Schreiber Hans Verfahren und vorrichtung zum gezielten muskeltraining
DE10025139A1 (de) * 2000-05-20 2001-11-22 Wilhelm Daum Mit Muskelkraft angetriebenes Gerät, insbesondere Trainingsgerät nach Art eines Standfahrrades

Also Published As

Publication number Publication date
DE10212157A1 (de) 2003-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016118920B4 (de) Trainingsgerät
DE69838994T3 (de) Elektronisches Aufhängungssystem für ein Radfahrzeug
WO2016156544A1 (de) Dämpfer zur dämpfung einer schwenkbewegung
DE10308974A1 (de) Batteriebetriebenes Fitnessgerät
DE102007046587A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen eines Bio-Feedback bei einem Muskeltrainingsgerät
EP2216242A1 (de) Antriebseinrichtung
DE102004020006B4 (de) Trainingsgerät für eine Person mit fortlaufend rotatorisch bewegbaren Betätigungselementen
EP3322492A1 (de) Verfahren zur verarbeitung von trainingsdaten in einem ruderergometer und ruderergometer zur durchführung des verfahrens
AT4425U1 (de) Ergometer
DE102015107843A1 (de) Leistungsgesteuertes Sportgerät,Verfahren zum Betreiben eines derartigen Sportgeräts und Erweiterungskit
DE10212157B4 (de) Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Antriebsenergie
DE10221775B4 (de) Trainingsgerät
DE102008028377A1 (de) Vorrichtung für ein Ergometer sowie Ergometer
WO2011113668A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum verarbeiten von messsignalen an einem trainingsgerät
AT507465A1 (de) Getriebe mit stufenlos veränderbarer übersetzung zwischen einer eingangswelle und einer ausgangswelle ii
DE10308210A1 (de) Trainingsgerät sowie Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgerätes
DE3635528A1 (de) Geraet fuer koerpertraining
DE202004000287U1 (de) Trainingsgerät, insbesondere Ergometer, mit Mess- und Antriebseinheit und Verfahren zu dessen Regelung
DE2534149C3 (de) Heimtrainingsgerät
DE102021119179A1 (de) Trainingsgerät zur verbesserten Trainingssteuerung
DD271842A1 (de) Ergometer
DE3205295A1 (de) Vorrichtung zum abbremsen von gegenstaenden
EP1273266A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Trainingsgerätes nach Art eines Standfahrzeuges
DE102005032539A1 (de) Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad
DE202005021067U1 (de) Ergometer

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee