DE10302076A1

DE10302076A1 - Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgeräts und Ergometer

Info

Publication number: DE10302076A1
Application number: DE2003102076
Authority: DE
Inventors: Martin FRÄNKEL; David Clus; Volker Fiederle
Original assignee: FEO ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: FEO ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-07-29

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgeräts und von einem Ergometer für ein Trainingsgerät mit einer insbesondere in einem Tretlager (4) angeordneten Welle (6, 106), einem Stützelement (18, 107), mindestens zwei zwischen Welle (6, 106) und Stützelement (18, 107) angeordneten Kraftübertragungsgliedern (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78), an denen jeweils mindestens ein Sensorelement (34, 36, 38, 40, 50, 52, 92, 94, 96, 98) zur Erfassung einer von der Welle (6, 106) auf das Stützelement (18, 107) übertragenden Kraft angeordnet ist, und mit einer Auswerteeinheit (102). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78) relativ zueinander beweglich ausgeführt und in Tangentialrichtung zur Welle (6, 106) versetzt angeordnet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgeräts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einem Ergometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Aus der WO 02/47551 A2 ist ein Ergometer für Geräte, insbesondere für Fahrräder, bekannt, mit dem die an eine Welle eines Tretlagers eines Fahrrads aufgebrachten Kräfte ermittelbar sind. Zwischen einem Wellenlager und einem Stützelement sind mit einer Auswerteeinheit verbundene Sensoren angeordnet, mit denen die auf die beiden Enden der Welle aufgebrachten Kräfte jeweils getrennt ermittelbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgeräts und ein Ergometer weiterzuentwickeln, und zwar insbesondere hinsichtlich der Nützlichkeit für ein effektives Training.
Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.
Vorteile der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgeräts vorgeschlagen, bei dem zur Bestimmung der Winkelverteilung einer an eine Welle im Trainingsgerät aufgebrachten Kraftkomponente

a) eine Kraft von der Welle mindestens zwei Sensorelementen zugeführt wird,
b) die Sensorelemente jeweils eine mit der Kraft in Beziehung stehende Größe messen,
c) aus Messwerten der Sensorelemente ein mit der Kraftkomponente in Beziehung stehender Kraftwert bestimmt und einem Wellendrehwinkel zugeordnet wird,
d) der Kraftwert mehrmals während einer Umdrehung der Welle ermittelt und dem jeweiligen Wellendrehwinkel zugeordnet wird.

Mit einem solchen Verfahren ist die Bestimmung der Winkelverteilung der an die Welle aufgebrachten Kraftkomponente, also die Größe der Kraftkomponente in Abhängigkeit vom Wellendrehwinkel bestimmbar. Durch die Ermittlung des Kraftwerts, aus dem die Größe der Kraftkomponente leicht bestimmt werden kann, und der Zuordnung zum Wellendrehwinkel kann z.B. die Gleichmäßigkeit bestimmt werden, mit der die Kraftkomponente im Laufe der Drehung der Welle, also im Laufe der Zeit, auf die Welle aufgebracht wird. Ungleichmäßigkeiten im Tritt auf ein Pedal des Trainingsgeräts können somit erkannt und mit dem Ziel der Verbesserung der Effektivität eines Trainings verringert werden. Das Trainieren eines "runden Tritts", bei dem die Welle möglichst gleichmäßig durch den Bediener des Trainingsgeräts angetrieben wird, ist somit möglich.
Vorteilhafterweise wird die Kraft den Sensorelementen über mindestens zwei in Tangentialrichtung zur Welle versetzt angeordnete und zueinander beweglich gelagerte Kraftübertragungsglieder zugeführt. Die Kraftübertragungsglieder sind hierbei in der Weise zueinander beweglich gelagert, dass sie sich translatorisch bewegen oder zueinander verdrehen können oder verbiegbar sind, ohne einander zu beeinflussen. Eine weitgehend voneinander unabhängige Bewegung wird auch als bewegliche Lagerung zueinander verstanden. Hierdurch kann der Teil der Kraft, der von der Welle auf ein Sensorelement übertragen wird, unabhängig oder zumindest weitgehend unabhängig von einem anderen Teil der Kraft gemessen werden, der auf ein anderes Sensorelement übertragen wird. Die auf die einzelnen Kraftübertragungsglieder aufgebrachten Kräfte sind somit unabhängig oder weitgehend unabhängig voneinander erfassbar. Durch die versetzte Anordnung der Kraftübertragungsglieder in Tangentialrichtung zur Welle sind zwei in unterschiedliche Richtungen gerichtete Kraftanteile der auf die Welle aufgebrachten Kraft unabhängig voneinander messbar. Es kann einem Bediener des Trainingsgeräts somit Aufschluss darüber gegeben werden, wie der Verlauf eines Kraftanteils der Kraftkomponente, beispielsweise die senkrecht nach unten gerichtete Kraft, die nur von einem Pedal auf die Welle aufgebracht wird, ist.
Aus den Richtungen und Größen der Kraftanteile wird zweckmäßigerweise die Kraftrichtung, also die Richtung der auf die Welle aufgebrachten Kraft oder Kraftkomponente, beispielsweise durch vektorielle Addition der beiden Kraftanteile, ermittelt. Durch die Zuordnung einer Kraft mit zugehöriger Kraftrichtung zu einem Wellendrehwinkel, aus dem sich die Stellung eines mit der Welle drehfest verbundenen Pedals ergibt, lässt sich beispielsweise bestimmen, inwieweit die Kraft tangential oder radial zur Welle auf die Welle aufgebracht wird. Aus der Kraftrichtung in Verbindung mit dem zugeordneten Wellendrehwinkel lässt sich somit die Effektivität der aufgebrachten Kraft anzeigen: Je größer der tangentiale Anteil der Kraft ist, desto großer ist das auf die Welle aufgebrachte Drehmoment. Der Bediener des Trainingsgeräts kann somit sehen, mit welcher Bewegung die von ihm auf die Welle aufgebrachte Kraft optimal in Drehmoment umgewandelt wird. Außerdem ist es mit Hilfe der Bestimmung der Kraftrichtung möglich, die durch ein Pedal auf die Welle aufgebrachte Kraft rechnerisch aufzuspalten in zwei Kräfte in jeweils eine kartesische Raumrichtung, beispielsweise vertikal und horizontal zur Erdoberfläche. Die Aufteilung der auf die Welle aufgebrachten Kraft in zwei Kraftanteile erlaubt einen Rückschluss darauf, welcher Anteil der auf die Welle aufgebrachten Kraft z.B. aus der Gewichtskraft des Fahrers und welcher Anteil aus speziellen Muskelbewegungen resultiert. Die Kenntnis dieser Kraftverteilung kann zur Verbesserung eines Trainingsergebnisses herangezogen werden.
Es können verschiedene auf die Welle aufgebrachte Kraftkomponenten ermittelt werden. Zweckmäßigerweise wird als Kraftkomponente mindestens eine Kraft aus der Gruppe

– an einem Ende der Welle aufgebrachte Kraft in eine Raumrichtung,
– an einem Ende der Welle aufgebrachte Kraft in Tangentialrichtung,
– an einem Ende der Welle aufgebrachte Gesamtkraft,
– gesamte auf die Welle aufgebrachte Kraft,
– Kraft der Welle auf eine Kraftübertragungsvorrichtung bestimmt.

Die beiden Enden der Welle können drehfest mit einer Kurbel mit zugehörigem Pedal verbunden sein. Durch die Ermittlung der an einem Ende der Welle aufgebrachten Kraft wird somit die Kraft ermittelt, die ein Bediener des Trainingsgeräts durch ein einziges Pedal auf die Welle aufbringt. Ein gezieltes Training nur eines Beins wird hierdurch erleichtert.
Ebenso ist es vorteilhaft, als Kraftkomponente die an einem Ende der Welle aufgebrachte Kraft in Tangentialrichtung zu bestimmen. Dem Bediener kann somit die Effektivität der von ihm eingesetzten Kraft angezeigt werden. Mit Hilfe der Bestimmung der an einem Ende der Welle aufgebrachten Gesamtkraft und der Zuordnung zum jeweiligen Wellendrehwinkel kann die Gleichmäßigkeit des Tritts eines Bedieners des Trainingsgeräts für jedes Pedal einzeln aufgezeigt werden. Der Bediener kann sich somit einen Überblick über die Gleichmäßigkeit und Effektivität der Bewegung, beispielsweise eines Beins oder eines Arms, verschaffen. Es kann auch die auf die Welle aufgebrachte gesamte Kraft, beispielsweise zur Verschaffung eines Überblicks, bestimmt werden. Der Kraftfluss von der Welle auf beispielsweise ein Antriebsrad kann untersucht werden, wenn als Kraftkomponente die Kraft der Welle auf eine Kraftübertragungsvorrichtung, beispielsweise eine Kette, bestimmt wird. Durch die Verbindung der Welle mit einer Kraftübertragungsvorrichtung, die wiederum mit beispielsweise einem Antriebsrad oder einer Bremsvorrichtung verbunden ist, übt die Kraftübertragungsvorrichtung bei jedem Aufbringen einer Kraft von einem Bediener auf die Welle eine Gegenkraft auf die Welle aus. Diese Gegenkraft entspricht der auf das Antriebsrad aufgebrachten Kraft und kann ebenfalls als Kriterium für die Effektivität der auf die Welle aufgebrachten Kraft zur Erzielung eines besonderen effektiven Trainings herangezogen werden.
Jeder einzelne Kraftwert kann mit zugeordnetem Wellendrehwinkel zu einem Ausgabesignal verarbeitet und zur Anzeige gebracht werden. Ein besonders differenziertes Ergebnis lässt sich erzielen, indem eine Anzahl von Kraftwerten mit jeweils zugeordnetem Wellendrehwinkel zur Erzeugung eines Ausgabesignals verarbeitet wird. Auf diese Weise können die Kraftwerte beispielsweise gemeinsam angezeigt und von einem Bediener in Relation zueinander gesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Kraftwerte bereits in einer Auswerteeinheit in Relation zu setzen und nur ein daraus resultierendes differenziertes Ergebnis anzuzeigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem Ausgabesignal mindestens ein Parameter aus der Gruppe

– Schwankung der Kraftkomponente,
– Winkelverteilung der über mehrere Umdrehungen Bemittelten Kraftkomponente,
– Winkelverteilung der über mehrere Umdrehungen maximalen Kraftkomponente

Zweckmäßigerweise wird das Ausgabesignal zur Erstellung eines Polardiagramms mit den Koordinaten Wellendrehwinkel und Kraftkomponente weiterverarbeitet. Ein solches Polardiagramm kann auf Papier ausgedruckt oder auf einem Bildschirm visuell dargestellt werden. Je nach ausgewählter Kraftkomponente erhält ein Bediener des Trainingsgeräts auf diese Weise einen Überblick über die Kraftverläufe an der Welle im Verlauf der Umdrehung der Welle. Ein solcher Überblick kann die Korrektur des Trittverhaltens eines Bedieners erleichtern.
Ein besonders leicht für einen Bediener auszuwertendes Ausgabesignal wird erreicht, indem das Ausgabesignal ein Digitalsignal ist, dessen Wert von einem Größenverhältnis einer Anzahl von Kraftwerten relativ zueinander abhängt. Der Wert des Digitalsignals wird beispielsweise durch eine oder mehrere ein- oder mehrfarbige Lampen angezeigt. Der Wert des Digitalsignals kann von der Schwankung der Kraftwerte relativ zueinander abhängen. Übersteigt die Schwankung in einer vorgegebenen Zeit einen vorgegebenen Wert, so wird hierdurch der Wert des Digitalsignals verändert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Ausgabesignal zur Steuerung eines Aktuators zur Verstellung eines Geräteparameters verwendet. Hierdurch kann das Trainingsgerät manuell nach einer Vorgabe aus einer Anzeige oder automatisch in der Weise an einen Bediener angepasst werden, dass ein effektives Training mit dem Trainingsgerät erleichtert wird. Es bietet sich z.B. die Möglichkeit an, aus einer oder mehreren gemessenen Kraftkomponenten auf den Ermüdungsgrad des Bedieners rückzuschließen und einen leistungsregelnden Parameter, wie eine Dämpfung, Bremsung oder ein Übersetzungsverhältnis zu verstellen. Bei einer Ermüdung des Bedieners kann auf diese Weise halbautomatisch oder automatisch das Trainingsgerät so eingestellt werden, dass ein möglichst guter Trainingseffekt der Muskulatur im weiteren Verlauf des Trainings erreicht wird.
Eine weitere Effektivitätssteigerung des Trainings mit dem Trainingsgerät kann erreicht werden, indem als Geräteparameter die Rahmengeometrie oder die Sitzposition relativ zum Tretlager verwendet wird. Um eine gute Trainingsleistung mit dem Trainingsgerät zu erzielen, ist es notwendig, dass die Rahmengeometrie und die Sitzposition des Bedieners relativ zum Tretlager möglichst gut an den Bediener angepasst ist. Nach vorgegebenen Überwachungsparametern, wie beispielsweise einer geringen Schwankung der auf die Welle aufgebrachten Kraftkomponente im Verlauf einer Umdrehung der Welle oder nach dem Grad der Tangentialität der aufgebrachten Kraftkomponente, kann die Rahmengeometrie oder die Sitzposition nach einem vorgegebenen Ablaufschema verändert werden. Die Veränderung kann automatisch oder halbautomatisch, also manuell nach den Vorgaben auf einer Anzeige, vorgenommen werden. Die Geräteparameter können so lange verändert werden, bis ein Optimum des Überwachungsparameters erreicht oder nahezu erreicht ist. Auf eine solche Weise kann ein Trainingsgerät, das von mehreren Bedienern benutzt wird, wie ein Trainingsge rät in einem Fitnessstudio, in einfacher Weise an den Bediener angepasst werden.
Die auf das Ergometer gerichtete Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 10 bis 18.
Die Erfindung geht hierbei aus von einem Ergometer für ein Trainingsgerät mit einer insbesondere in einem Tretlager angeordneten Welle, einem Stützelement, mindestens zwei zwischen Welle und Stützelement angeordneten Kraftübertragungsgliedern, an denen jeweils mindestens eine Sensoreinheit zur Erfassung einer von der Welle auf das Stützelement übertragenen Kraft angeordnet ist, und mit einer Auswerteeinheit.
Es wird vorgeschlagen, dass die Kraftübertragungsglieder relativ zueinander beweglich ausgeführt und in Tangentialrichtung zur Welle versetzt angeordnet sind.
Es kann auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise die Winkelverteilung einer an die Welle aufgebrachten Kraftkomponente ermittelt werden. Hierdurch wird ein gezieltes Training einzelner Bewegungsabläufe vereinfacht. Im Leistungssport kann ein gleichmäßiger Tritt und eine Leistungssteigerung erreicht werden. Bei einer Therapie können gezielte Leistungsvorgaben eingehalten, spezielle Muskelpartien besonders trainiert werden, wobei die Therapie beschleunigt und der Therapieerfolg einem Bediener sichtbar gemacht werden kann.
Durch die relative Beweglichkeit der Kraftübertragungsglieder wird erreicht, dass die an einem Kraftübertragungsglied angeordnete Sensoreinheit oder Sensoreinheiten den auf das Kraftübertragungsglied von der Welle aufgebrachten Kraftanteil im Wesentlichen unabhängig von einem Kraftanteil messen können, der an einem anderen Kraftübertragungsglied aufgebracht wird. Durch die in Tangentialrichtung versetzte Anordnung der Kraftübertragungsglieder ist ein rechnerisches Aufspalten der auf die Welle aufgebrachten Kraftkomponente in mindestens zwei in unterschiedliche radiale Richtungen gerichtete Kraftanteile möglich.
Vorteilhafterweise umfasst das Ergometer mindestens vier in Tangentialrichtung zur Welle jeweils versetzt angeordnete Kraftübertragungsglieder, die zweckmäßigerweise jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine leichte Erfassung der Kraftrichtung in jede Radialrichtung möglich. Es ist auch möglich, eine andere Anzahl von Kraftübertragungsgliedern zu wählen, wobei die Kraftübertragungsglieder zweckmäßigerweise möglichst regelmäßig in Tangentialrichtung rund um die Welle angeordnet sind.
Eine besonders gute Beweglichkeit der Kraftübertragungsglieder relativ zueinander wird erreicht durch separat voneinander ausgeführte Kraftübertragungsglieder. Die Kraftübertragungsglieder können hierbei durch ein weiteres Element innerhalb des Ergometers zusammengehalten werden oder durch eine besondere Ausgestaltung, beispielsweise ein Scharnier, beweglich aneinander anliegend miteinander oder mit anderen Komponenten verbunden sein.
Alternativ ist es möglich, die Kraftübertragungsglieder in der Weise auszuführen, dass alle oder jeweils mehrere Kraftübertragungsglieder des Ergometers in einem einzigen Kraftübertragungselement einstückig zusammengefasst sind. Ein solches Kraftübertragungselement weist zwischen zwei Kraftübertragungsgliedern einen Bereich auf, der die relative Beweglichkeit der Kraftübertragungsglieder zueinander ermöglicht. Ein solcher Bereich kann beispielsweise eine partielle Einschnürung am Kraftübertragungselement umfassen oder in Form eines Filmscharniers ausgestaltet sein, das an einer Stelle eine definierte Bewegung zulässt. Solcher Art hergestellte Kraftübertragungsglieder sind besonders preiswert und leicht im Ergometer zu montieren.
Zweckmäßigerweise sind die Kraftübertragungsglieder durch Verbindungselemente miteinander verbunden. Mit Verbindungselementen kann eine leichte Montage der Kraftübertragungsglieder im Ergometer bei einer gleichzeitigen guten Beweglichkeit der Kraftübertragungsglieder relativ zueinander erreicht werden. Die Verbindungselemente können fest mit den Kraftübertragungsgliedern verbunden sein oder formschlüssig bewegbar die Kraftübertragungsglieder miteinander verbinden. Die Verbindungselemente können auch einstückig mit denjenigen Kraftübertragungsgliedern ausgeführt sein, die durch sie verbunden werden. Die Verbindungselemente sind in einem solchen Fall Bereiche zwischen den Kraftübertragungsgliedern, die eine Beweglichkeit der Kraftübertragungsglieder relativ zueinander ermöglichen.
In einer einfachen Ausführungsform weisen die Verbindungselemente eine höhere Elastizität auf als die Kraftübertragungs glieder. Die Verbindungselemente können aus Gummi oder einem Elastomer gefertigt sein und form- oder kraftschlüssig, beispielsweise durch einen Vulkanisierungsprozess, mit den Kraftübertragungsgliedern verbunden sein.
Zweckmäßigerweise weisen die Verbindungselemente eine zur Verbiegung vorbereitete Stelle auf. Die Stelle kann durch eine besonders geringe Materialstärke oder durch ein besonders elastisches Materialsegment zur Verbiegung vorbereitet sein. Eine solche Verbiegungsstelle ermöglicht in besonders einfacher Weise eine gute Bewegung der Kraftübertragungsglieder relativ zueinander.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kraftübertragungsglieder an der Stelle, an der ein Sensorelement an ihnen angeordnet ist, eine axiale Materialverjüngung auf. Die Kraftübertragungsglieder weisen an dieser Stelle eine im Vergleich zur Umgebung geringere axiale Breite auf. Hierdurch ist das Kraftübertragungsglied an dieser Stelle relativ elastisch und wird somit bei der Übertragung einer Kraft von der Welle auf das Stützelement an dieser Stelle besonders verformt. Da die Verformung ein Maß für die durch das Kraftübertragungsglied übertragene Kraft von der Welle auf das Stützelement ist und eine solche Verformung besonders gut gemessen werden kann, erlaubt ein auf diese Weise ausgestaltetes Kraftübertragungsglied eine besonders exakte Messung der übertragenen Kraft.
Vorteilhafterweise sind die Verbindungselemente und die Kraftübertragungsglieder so geformt, dass die von der Welle auf die Kraftübertragungsglieder aufgebrachte Kraft nur teil weise und insbesondere weniger als zur Hälfte auf die Verbindungselemente aufgebracht wird. Auf diese Weise wird eine besonders gute Erfassung der übertragenen Kraft erreicht, da wenig Kraft auf die Verbindungselemente aufgebracht wird, die somit nicht eindeutig zu einem Kraftübertragungsglied zugeordnet werden kann.
Zweckmäßigerweise bilden die Kraftübertragungsglieder in Verbindung mit den Verbindungselementen einen um die Welle herum angeordneten Ring. Auf diese Weise ist der Kraftfluss von der Welle auf das Stützelement rund um die Welle herum besonders gut erfassbar.
Vorteilhafterweise liegt die Innenfläche der Verbindungselemente in jedem Punkt radial zur Welle weiter außen als der innenliegendste Teil der Innenfläche der Kraftübertragungsglieder. Die Innenfläche der Kraftübertragungsglieder ist somit weiter vom Ringmittelpunkt entfernt als die Innenfläche der Verbindungselemente. Durch diese Ausgestaltung kann der Ring mit seiner Innenfläche an einem kreisförmig gestalteten Bauelement, beispielsweise einer Lagerschale der Welle, angeordnet werden, wobei das Bauelement mit seiner Außenfläche nur die Kraftübertragungsglieder und nicht die Verbindungselemente berührt. Auf diese Weise wird ein Kraftfluss von dem Bauteil durch die Verbindungselemente verhindert, wodurch eine besonders exakte Messung der übertragenen Kraft ermöglicht wird.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 ein schematisch dargestelltes Fahrrad mit einem erfindungsgemäßen Ergometer,
2 einen Schnitt durch das Tretlager aus 1,
3 eine Ansicht auf das Tretlager aus 2,
4 eine Seitenansicht durch einen Sensorring aus 3,
5 eine schematische Darstellung eines auf einer Welle aufsitzenden Sensorrings und einiger auf die Welle aufgebrachter Kräfte,
6 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Fahrrad 2 mit einem erfindungsgemäßen Ergometer. Das Fahrrad 2 weist in seinem unteren Bereich ein Tretlager 4 auf, das eine Welle 6 (2) aufweist, an de ren Enden jeweils eine Tretkurbel 8 mit einem Pedal angeordnet ist. Am Rahmen des Fahrrads 2 ist ein Behälter 10 angeordnet, der eine Auswerteeinheit umgibt, die mit dem im Tretlager 4 angeordneten Ergometer über eine Verdrahtung oder über Funk in Verbindung steht. Am Lenker des Fahrrads 2 ist eine Anzeigeeinheit 12 angeordnet, auf der ein Bediener mit dem Ergometer in Beziehung stehende Auswerteergebnisse ablesen kann.
2 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch das Tretlager 4 des Fahrrads 2 aus 1. Im Tretlager 4 ist die Welle 6 angeordnet, die an ihren Enden 14l, 14r zur Aufnahme jeweils einer der Tretkurbeln 8 vorbereitet ist. Die Welle 6 ist mit Hilfe von zwei Lagern 16l, 16r in einem Stützelement 18 drehbar gelagert, wobei zwischen den Lagern 16l, 16r und dem Stützelement 18 eine Schutzhülse 20 angeordnet ist. Die Lager 16l, 16r weisen jeweils einen auf der Welle 6 drehfest angeordneten Innenring 22l, 22r und einen zum Stützelement 18 und zur Schutzhülse 20 drehfest angeordneten Außenring 24l, 24r auf. Zwischen den Außenringen 24l, 24r und der Schutzhülse 20 sind Kraftübertragungsglieder 26, 28, 30, 32 angeordnet, an denen jeweils ein Sensorelement 34, 36, 38, 40 angeordnet ist. Lagerkräfte der Welle 6 werden jeweils über den Innenring 22l, 22r, die Kugeln der Lager 16l, 16r und den Außenring 24l, 24r auf die Kraftübertragungsglieder 26, 28, 30, 32 übertragen. Von dort werden sie über die Schutzhülse 20 an das Stützelement 18 weitergegeben.
Innerhalb der Schutzhülse 20 ist eine Wandeleinheit 42 angeordnet, die über Leitungen 44 mit den Sensorelementen 34, 36, 38, 40 verbunden ist. Messwerte der Sensorelemente 34, 36, 38, 40 werden an die Wandeleinheit 42 übertragen, dort digitalisiert und über eine in den Figuren nicht gezeigte weitere Leitung oder eine Funkverbindung an die Auswerteeinheit im Behälter 10 am Fahrrad 2 zugeleitet. In der Auswerteeinheit werden die digitalisierten Daten zu einem Ausgabesignal weiterverarbeitet, mit Hilfe dessen einem Fahrer des Fahrrads 2 auf der Anzeigeeinheit 12 eine Information angezeigt wird.
Eine Seitenansicht auf das Lager 16r aus 2 ist in 3 in schematischer Darstellung wiedergegeben. Um den Außenring 24r des Lagers 16r sind vier Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28 und 48 angeordnet, an denen jeweils ein Sensorelement 34, 50, 36, 52 angeordnet ist. Zwischen den Kraftübertragungsgliedern 26, 46, 28, 48 befinden sich jeweils Verbindungselemente 54, 56, 58, 60, die jeweils eine Stelle aufweisen, die zu einer Verformung vorbereitet ist. Diese Stellen weisen eine starke Verjüngung des Materials auf, aus dem die Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 gefertigt sind. Zum Zwecke der Veranschaulichung verschiedener Ausführungsarten sind die in 3 gezeigten Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 unterschiedlich ausgeführt, ohne dass damit ein besonderer technischer Sinn verbunden wäre, wobei es bei einem realen Ergometer sinnvoll ist, sie gleichartig auszuführen. Das Verbindungselement 54 weist einen länglichen und dünnen Steg auf, der ähnlich einem dünnen Blech in der Art und Weise verbiegbar ist, dass die an das Verbindungselement 54 angrenzenden Kraftübertragungsglieder 26 und 46 relativ zueinander bewegbar oder verbiegbar sind, ohne dass über den dünnen Steg des Verbindungselements 54 eine signifikante Kraft übertragen werden würde. Der den Verbindungselementen 56, 58 und 60 zugrunde liegende Bewegungsmechanismus beruht primär auf der Verbiegung an einer sehr dünnen Stelle. Auch diese Verbindungselemente 56, 58 und 60 sind so ausgestaltet, dass sie die vorgesehene Relativbewegung oder Verbiegung der Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48 zueinander in der Weise zulassen, dass über die Verbindungselemente 56, 58, 60 nur eine geringe Kraft von einem Kraftübertragungsglied 26, 46, 28, 48 auf das andere übertragen wird.
Die Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 sind mit den Kraftübertragungsgliedern 26, 46, 28, 48 verbunden ausgeführt, so dass die Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48 zusammen mit den Verbindungselementen 54, 56, 58, 60 einen einstückig ausgeführten Ring bilden. Die Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 können daher auch als Verbindungssegmente zwischen den zusammenhängenden Kraftübertragungsgliedern 26, 46, 28, 48 des Rings bezeichnet werden. Als Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 bzw. als Verbindungssegmente sind hierbei die Stellen innerhalb des Rings anzusehen, die die relative Bewegung der Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48 zueinander ohne wesentliche Kraftübertragung ermöglichen.
Bei einer durch eine oder beide Tretkurbeln 8 auf die Welle 6 übertragenen Kraft in Richtung 62 drückt die Welle 6 aus 3 nach rechts gegen das Lager 16r. Der Außenring 24r des Lagers 16r wird hierdurch gegen das Kraftübertragungsglied 46 gedrückt. Das Kraftübertragungsglied 46 ist an seinen äußersten Flächen an der Schutzhülse 20 abgestützt, so dass das Kraftübertragungsglied 46 nicht als Gesamtheit nach rechts verschoben werden kann. Der mittlere Teil des Kraftübertragungsglieds 46 lässt jedoch durch seine relativ dünne Ausführung eine Verbiegung zu. Durch diese Verbiegung wird das als Dehnungsmessstreifen ausgeführte Sensorelement 50 gestreckt, wodurch sich dessen elektrischer Widerstand ändert. Der elektrische Widerstand steht in bekannter Beziehung mit der Streckung des Sensorelements 50, die wiederum in einem bekannten Zusammenhang mit der Verbiegung des Kraftübertragungsglieds 46 und somit auch in Verbindung mit der in Richtung 62 wirkenden Kraft der Welle 6 steht. Aus der Widerstandsänderung ist somit ein Kraftwert der in Richtung 62 wirkenden Kraft ermittelbar.
Durch die Verbiegung des Kraftübertragungsglieds 46 bewegen sich die Stellen, an denen das Kraftübertragungsglied 46 in die Verbindungselemente 54 und 56 übergeht. Diese Bewegung wird durch eine Verbiegung der Verbindungselemente 54 und 56 insoweit aufgefangen, als dass nur geringe Kräfte vom Kraftübertragungsglied 46 auf die Kraftübertragungsglieder 26, 28 übertragen werden. Diese Kräfte sind außerdem noch so gerichtet, dass sie nur zu einer vernachlässigbaren Verbiegung der Kraftübertragungsglieder 26, 28 führen, so dass die Sensorelemente 34, 36, die ebenfalls als Dehnungsmessstreifen ausgeführt sind, nur eine vernachlässigbare Widerstandsänderung erfahren. Die auf die Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48 wirkenden Kräfte sind somit zu einem hohen Maß unabhängig von einander ermittelbar.
Ein verbiegendes Kraftübertragungsglied 46 erlaubt eine leichte Bewegung des Außenrings 24r in Richtung 62. Durch diese Bewegung des starr ausgeführten Rings 24r werden die Kraftübertragungsglieder 26 und 28 leicht nach außen gedrückt. Um diesen Druck nach außen gering zu halten, liegt der Außenring 24r im Bereich der Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 und im Bereich der äußeren Partien der Innenfläche der Kraftübertragungsglieder 25, 46, 28, 48 nicht an den Kraftübertragungsgliedern 25, 46, 28, 48 bzw. Verbindungselementen 54, 56, 58, 60 auf. Dies wird dadurch erreicht, dass die Innenfläche der Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 in jedem Punkt in radialer Richtung weiter außen liegt als der innenliegendste Teil der Innenfläche der Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48. Unter weiter außen ist hierbei ein größerer radialer Abstand von der Drehachse der Welle 6 zu verstehen. Durch die relative Beweglichkeit der Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48 zueinander und durch die Ausgestaltung der Innenflächen der Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48 und der Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 wird erreicht, dass weniger als 10% der von der Welle 6 auf die Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48 übertragenen Kraft auf die Verbindungselemente 54, 56, 58, 60 aufgebracht wird.
4 zeigt eine Seitenansicht auf die als Ring angeordneten Kraftübertragungsglieder 26, 46, 28, 48 und Verbindungselemente 54, 56, 58, 60. Es ist sichtbar, dass das Kraftübertragungsglied 28 an der Stelle, an der das Sensorelement 36 an ihm angeordnet ist, eine beidseitige axiale Materialverjüngung aufweist. Das Kraftübertragungsglied 28 ist somit im Bereich des Sensorelements 36 in Axialrichtung dünner ausgeführt als an den Seitenpartien. Hierdurch wird eine gute Verbiegbarkeit des Kraftübertragungsglieds 28 im Bereich des Sensorelements 36 erreicht, so dass eine besonders exakte Messung der auf das Kraftübertragungsglied 28 übertragenen Kraft in Radialrichtung ermöglicht ist.
In 5 ist in einer schematischen Ansicht ein weiterer Ring aus vier Kraftübertragungsgliedern 72, 74, 76, 78 und vier Verbindungselementen 82, 84, 86, 88 gezeigt. Die Verbindungselemente 82, 84, 86, 88 sind hierbei separat ausgeführte und aus einem Elastomer hergestellte Elemente, die an die aus Stahl gefertigten Kraftübertragungsglieder 72, 74, 76, 78 anvulkanisiert sind. Radial außerhalb der Verbindungselemente 82, 84, 86, 88 sind Ausnehmungen in den Kraftübertragungsgliedern 72, 74, 76, 78 freigelassen, durch die die relative Bewegung der Kraftübertragungsglieder 72, 74, 76, 78 zueinander in der Weise erleichtert wird, dass nur eine geringe Kraft von den Kraftübertragungsgliedern 72, 74, 76, 78 durch die Verbindungselemente 82, 84, 86, 88 fließt. Die Kraftübertragungsglieder 72, 74, 76, 78 weisen im Bereich der an sie angeordneten Sensorelemente 92, 94 ,96, 98 eine wie zu 4 beschriebene axiale Verjüngung auf, deren sichtbare Außenkanten in 5 jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet sind.
Die Sensorelemente 92, 94, 96, 98 sind über elektrisch leitende Verbindungen mit einer Wandeleinheit 100 verbunden, die die von den Sensorelementen 92, 94, 96, 98 ausgegebenen analogen Messwerte digitalisiert und mit den digitalisierten Werten gegebenenfalls weitere logische Operationen durchführt. Die Wandeleinheit 100 ist im Inneren einer Schutzhülle eines Ergometers angeordnet und ist über elektrisch leitende Verbindungen oder über eine Funkverbindung mit einer Auswerteeinheit 102 verbunden, die sich an einem beliebigen Ort am Trainingsgerät oder davon entfernt befindet. Die Auswerteeinheit 102 gibt ein Ausgabesignal A an eine Anzeigeeinheit 104 weiter, die aus dem Ausgabesignal A eine für einen Bediener des Trainingsgeräts geeignete Information anzeigt.
Im linken Diagramm in 5 ist eine Welle 106 sowie ein Stützelement 107 schematisch gezeichnet, wobei auf die Darstellung eines Lagers verzichtet wurde. Im rechten Diagramm von 5 ist die gleiche Welle 106 an einer anderen Stelle gezeigt, an der die Welle 106 einen Positionsgeber 108 trägt. Dieser Positionsgeber 108 wird im Verlauf einer vollen Umdrehung der Welle 106 an drei Positionssensoren 110 entlanggeführt, die jeweils bei einem Passieren des Positionsgebers 108 ein Signal an die Wandeleinheit 100 geben. Aus den Signalen der Positionssensoren 110 wird in Verbindung mit einer Uhr die Position des Positionsgebers 108 zu jedem gewünschten Zeitpunkt durch Interpolation ermittelt. Die Position des Positionsgebers 108 entspricht einem Wellendrehwinkel β, der wiederum mit der Stellung einer Tretkurbel des Trainingsgeräts in bekannter Verbindung steht. Es ist somit zu jedem gewünschten Zeitpunkt der Wellendrehwinkel β und damit verbunden die Position der Tretkurbel und eines an der Tretkurbel befestigten Pedals ermittelbar.
In 5 weist der Wellendrehwinkel β und somit die Tretkurbel des Trainingsgeräts einen Winkel von rund 100° von einer willkürlich senkrecht nach oben gerichteten Richtung auf. Außerdem wirkt eine Gesamtkraft F auf die Welle, wobei die Gesamtkraft F schräg nach links unten mit einem Gesamtkraftwinkel α von etwa 210° gegen die willkürlich nach oben gerichtete Bezugsrichtung gerichtet ist. Die Welle drückt somit mit der Gesamtkraft F gegen die Kraftübertragungsglieder 76 und 78, wobei auf das Kraftübertragungsglied 76 die Kraft F₉₆ und auf das Kraftübertragungsglied 78 die Kraft F₉₈ übertragen wird. Durch die Kräfte F₉₆, F₉₈ werden die Kraftübertragungsglieder 76 und 78 durch leichte Verbiegung relativ zueinander bewegt, wodurch die Sensorelemente 96 und 98 gestreckt werden. Hierdurch wird der jeweilige elektrische Widerstand der Sensorelemente 96, 98 verändert. Aus den Messwerten M_i der Sensorelemente 96, 98 kann in der Wandeleinheit 100 oder in der Auswerteeinheit 102 die auf die welle wirkende Gesamtkraft F und deren Richtung bestimmt werden.
Im in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dargestellt, wie aus der Gesamtkraft F eine Kraftkomponente ermittelt werden kann. In 5 ist als Kraftkomponente die Tangentialkraft F_T(β) ausgewählt, die senkrecht zur Tretkurbel gerichtet ist und deren Richtung durch den Wellendrehwinkel β bestimmt ist. Aus dem bekannten Wellendrehwinkel β und der bekannten Größe und Richtung der Gesamtkraft F in Verbindung mit dem Gesamtkraftwinkel α ist die Tangentialkraft F_T(β) sowie die senkrecht zur Tangentialkraft F_T(β) gerichtete parasitäre Kraft F_P(β), die ebenfalls vom Wellendrehwinkel β abhängt, ermittelbar. Hierbei entspricht die Tangentialkraft F_T(β) dem Drehmoment, das durch die Gesamtkraft F auf die Tretkurbel auf die Welle aufgebracht wird. Die parasitäre Kraft F_P(β) vermag kein Drehmoment auf die Welle aufzubringen. Aus dem Verhältnis von Tangentialkraft F_T(β) zu parasitärer Kraft F_p(β) kann der Wirkungsgrad der vom Bediener auf die Welle aufgebrachten Kräfte errechnet werden. Der Wirkungsgrad kann auch durch den Quotienten der Kraft auf eine Kraftübertragungsvorrichtung mit der Gesamtkraft auf die Welle errechnet werden.
Es besteht nun die Möglichkeit, in einer Anzahl von aufeinander folgenden Messungen einen mit einer Kraftkomponente, wie beispielsweise der Tangentialkraft F_T(β), in Beziehung stehende Kraftwert mehrfach zu messen und jeweils den zugehörigen Wellendrehwinkel β zuzuordnen. Die Abfolge der Messungen geschieht so, dass der Kraftwert mehrmals während einer Umdrehung der Welle ermittelt und dem jeweiligen Wellendrehwinkel zugeordnet wird. Aus der Anzahl von Kraftwerten oder aus der Anzahl von aus den Kraftwerten ermittelten Werten der Kraftkomponente F_K kann nun ein Ausgabesignal A erzeugt werden, mit dem die Winkelverteilung der an die Welle aufgebrachten Kraftkomponente F_K mit Hilfe der Anzeigeeinheit 104 darstellbar ist.
Ein möglicher Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in einem Ablaufdiagramm in 6 dargestellt. Nach dem Verfahrensstart S werden mit Hilfe der Sensorelemente 92, 94, 96, 98 Messwerte M_i ermittelt, aus denen die auf die Sensorelemente 92, 94, 96, 98 wirkenden Kraftwerte F_i ermittelbar sind. Außerdem ist mit Hilfe des Positionsgebers 108 und Positionssensoren 110 der Wellendrehwinkel β bestimmbar. Aus den ermittelten Kraftwerten F_i und dem Wellendrehwinkel β kann die Kraftkomponente F_K bestimmt werden. Als Kraftkomponente F_K kann beispielsweise die Tangentialkraft F_T(β) oder andere Kräfte, wie beispielsweise die Kraft der Welle auf eine Kraftübertragungsvorrichtung, die gesamte auf die Welle aufgebrachte Kraft oder die nur an einem Ende der Welle aufgebrachte Gesamtkraft, Tangentialkraft oder Kraft in eine Raumrichtung, bestimmt werden. Die Kraftkomponente F_K wird nun so lange wiederholt ermittelt, bis eine vorgegebene Anzahl n von Kraftkomponentenwerten F_K ^j ermittelt ist. Sind n oder mehr Kraftkomponentenwerte F_K ^j ermittelt, wird aus diesen Werten ein Ausgabesignal A erzeugt.
Dieses Ausgabesignal A kann auf vielfältige Weise Verwendung finden. Es kann beispielsweise zur Erstellung eines Polardiagramms 112 mit den Koordinaten Wellendrehwinkel β und Kraftkomponente F_K dienen. In einer Bedieneinheit 114 kann ein Bediener des Trainingsgeräts eingeben, welche Kraft er als Kraftkomponente F_K im Polardiagramm 112 angezeigt haben möchte. Auf diese Weise kann ein Bediener ersehen, wie sich der Verlauf der Kraftkomponente F_K während einer Umdrehung der Welle entwickelt. Er kann beispielsweise die vom Wellenwinkel abhängige Größe der parasitären Kraft F_P oder der vortriebschaffenden Tangentialkraft F_T oder andere Kräfte, wie nur auf das linke oder das rechte Bein bezogenen Kräfte, angezeigt bekommen, wodurch dem Bediener ein Überblick über die durch sein Treten auf die Tretkurbel erzielte Wirksamkeit seiner aufgebrachten Kraft verschafft wird.
Es ist jedoch auch möglich, dass das Ausgabesignal A zur Ausgabe eines Signals verwendet wird, dessen Wert von einem Größenverhältnis einer Anzahl von Kraftkomponentenwerten F_K ^j relativ zueinander abhängt. Ist beispielsweise die einem ersten Wellendrehwinkel β zugeordnete Tangentialkraft F_T sehr groß und die einem zweiten Wellendrehwinkel β zugeordnete F_T sehr klein, die Schwankung der Tangentialkräfte F_T mithin im Verlauf einer Umdrehung der Welle sehr groß, so leuchtet in einer Digitalanzeige 116 beispielsweise eine rote Lampe auf. Ist die Schwankung kleiner als ein vorgegebener Wert, so erlöscht die rote Lampe und es leuchtet statt dessen eine grüne Lampe auf.
Ebenso gut ist es möglich, das Ausgabesignal in einer numerischen Anzeige 118 numerisch anzuzeigen oder in einer additiven Anzeige 120 mit einer Anzahl von Lämpchen darzustellen.
An Stelle eines Polardiagramms ist es auch möglich, die in einem Bedienfeld 122 vorwählbare Kraftkomponente F_K mit Hilfe eines Bildschirms 124 in kartesischen Koordinaten anzuzeigen. Hierbei kann ein Verlauf 126 der Kraftkomponente F_K mit einem Sollverlauf 128 verglichen und beispielsweise für Trainingszwecke versucht werden, die beiden Kurven in Deckung zu bringen.
An Stelle einer Anzeige des Ausgabesignals ist es auch möglich, das Ausgabesignal zur Steuerung eines Aktuators zu verwenden, der zur Verstellung eines Geräteparameters vorgesehen ist. Ein solcher Geräteparameter kann die Bremskraft sein, mit der ein Rad eines Trainingsgeräts, beispielsweise eines Trainingsgeräts aus einem Fitnessstudio, durch eine Wirbelstrombremse 130 abgebremst wird. Als Aktuator kann auch ein Gangschaltungsaktuator 132 angesteuert werden, der ein Übersetzungsverhältnis einer Schaltung automatisch regelt.
Das wirkungsvolle Aufbringen einer Kraft auf eine Tretkurbel hängt auch wesentlich davon ab, ob die Rahmengeometrie oder die Sitzposition des Bedieners relativ zum Tretlager des Trainingsgeräts optimal an die Größe und den Körperbau des Bedieners angepasst ist. Aus verschiedenen Kraftkomponenten F_K, beispielsweise dem Verhältnis der tangentialen Kraft F_T und der parasitären Kraft F_P in Abhängigkeit vom Wellendrehwinkel β, kann auf eine gute Sitzposition oder eine gute Rahmengeometrie rückgeschlossen werden. Es ist auch möglich, die Sitzposition oder die Rahmengeometrie einfach so lange zu verändern, bis ausgewählte Kraftkomponenten F_K in einem gewünschten Verhältnis zueinander stehen oder gewünschte Werte annehmen. Die Rahmengeometrie oder die Sitzposition des Bedieners kann durch einen oder mehrere Aktuatoren 134 automatisch verstellt werden.
Es ist auch möglich, verschiedene Geometriewerte, wie beispielsweise Sitzhöhe oder Rahmenrohrlängen, in einer Anzeige 136 aufzuführen, verbunden mit der Anzeige, ob die Sitzposition oder die Rahmenlänge nach oben oder nach unten verändert werden soll oder ob sie korrekt ist. Der Bediener selbst oder eine andere Person können dann die Rahmengeometrie oder die Sitzposition so lange verändern, bis die Anzeige 136 eine gute Position anzeigt. Auf diese Weise kann ohne einen großen Aufwand ein Trainingsgerät an die Physiognomie eines Bedieners angepasst werden.

2: Fahrrad
4: Tretlager
6: Welle
8: Tretkurbel
10: Behälter
12: Anzeigeeinheit
14l, 14r: Ende
16l, 16r: Lager
18: Stützelement
20: Schutzhülse
22l, 22r: Innenring
24l, 24r: Außenring
26, 28, 30, 32: Kraftübertragungs
: glied
34, 36, 38, 40: Sensorelement
42: Wandeleinheit
44: Leitung
46, 48: Kraftübertragungs
: glied
50, 52: Sensorelement
56, 54, 58, 60: Verbindungselement
62: Richtung
72, 74, 76, 78: Kraftübertragungs
: glied
82, 84, 86, 88: Verbindungselement
92, 94, 96, 98: Sensorelement
100: Wandeleinheit
102: Auswerteeinheit
104: Anzeigeeinheit
106: Welle
108: Positionsgeber
110: Positionssensor
112: Polardiagramm
114: Bedieneinheit
116: Digitalanzeige
118: Numerische Anzeige
120: Additive Anzeige
122: Bedienfeld
124: Bildschirm
126: Istverlauf
128: Sollverlauf
130: Wirbelstrombremse
132: Gangschaltungsaktua
: tor
134: Aktuator
136: Anzeige
A: Ausgabesignal
α: Gesamtkraftwinkel
β: Wellendrehwinkel
F: Gesamtkraft
F₉₆, F₉₈: Kraft
F_T: Tangentialkraft
F_K: Kraftkomponente
F_K ^j: Kraftkomponentenwert
F_i: Kraftwerte
F_p(β): Parasitäre Kraft
M_i: Messwerte
S: Verfahrensstart

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgeräts, bei dem zur Bestimmung der Winkelverteilung einer an eine Welle (6, 106) im Trainingsgerät aufgebrachten Kraftkomponente F_K a) eine Kraft von der Welle (6, 106) mindestens zwei Sensorelementen (34, 36, 38, 40, 50, 52, 92, 94, 96, 98) zugeführt wird, b) die Sensorelemente (34, 36, 38, 40, 50, 52, 92, 94, 96, 98) jeweils eine mit der Kraft in Beziehung stehende Größe messen, c) aus Messwerten der Sensorelemente (34, 36, 38, 40, 50, 52, 92, 94, 96, 98) ein mit der Kraftkomponente F_K in Beziehung stehender Kraftwert bestimmt und einem Wellendrehwinkel (β) zugeordnet wird, d) der Kraftwert mehrmals während einer Umdrehung der Welle (6, 106) ermittelt und dem jeweiligen Wellendrehwinkel (β) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft den Sensorelementen (34, 36, 38, 40, 50, 52, 92, 94, 96, 98) über mindestens zwei in Tangentialrichtung zur Welle (6, 106) versetzt angeordnete und zueinander beweglich gelagerte Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftkomponente mindestens eine Kraft aus der Gruppe – an einem Ende der Welle (6, 106) aufgebrachte Kraft in eine Raumrichtung, – an einem Ende der Welle (6, 106) aufgebrachte Kraft in Tangentialrichtung, – an einem Ende der Welle (6, 106) aufgebrachte Gesamtkraft, – gesamte auf die Welle (6, 106) aufgebrachte Kraft, – Kraft der Welle (6, 106) auf eine Kraftübertragungsvorrichtung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Kraftwerten mit zugeordnetem Wellendrehwinkel (β) zur Erzeugung eines Ausgabesignals A verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Ausgabesignal A mindestens ein Parameter aus der Gruppe – Schwankung der Kraftkomponente F_K, – Winkelverteilung der über mehrere Umdrehungen gemittelten Kraftkomponente F_K, – Winkelverteilung des über mehrere Umdrehungen ermittelten Maximalwerts einer Kraftkomponente F_K ermittelt und angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesignal A zur Erstellung eines Polardiagramms (112) mit den Koordinaten Wellendrehwinkel (β) und Kraftkomponente F_K weiterverarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesignal A ein Digitalsignal ist, dessen Wert von einem Größenverhältnis einer Anzahl von Kraftwerten relativ zueinander abhängt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgabesignal A zur Steuerung eines Aktuators (132, 134) zur Verstellung eines Geräteparameters verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Geräteparameter die Rahmengeometrie oder die Sitzposition relativ zum Tretlager (4) verwendet wird.
Ergometer für ein Trainingsgerät mit einer insbesondere in einem Tretlager (4) angeordneten Welle (6, 106), einem Stützelement (18, 107), mindestens zwei zwischen Welle (6, 106) und Stützelement (18, 107) angeordneten Kraftübertragungsgliedern (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78), an denen jeweils mindestens ein Sensorelement (34, 36, 38, 40, 50, 52, 92, 94, 96, 98) zur Erfassung einer von der Welle (6, 106) auf das Stützelement (18, 107) übertragenen Kraft angeordnet ist, und mit einer Auswerteeinheit (102), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78) relativ zueinander beweglich ausgeführt und in Tangentialrichtung zur Welle (6, 106) versetzt angeordnet sind.
Ergometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsglieder (72, 74, 76, 78) separat voneinander ausgeführt sind.
Ergometer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78) durch Verbindungselemente (54, 56, 58, 60, 82, 84, 86, 88) miteinander verbunden sind.
Ergometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (54, 56, 58, 60, 82, 84, 86, 88) eine höhere Elastizität aufweisen als die Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78).
Ergometer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (54, 56, 58, 60, 82, 84, 86, 88) eine zur Verbiegung vorbereitete Stelle aufweisen.
Ergometer nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78) an der Stelle, an der ein Sensorelement (34, 36, 38, 40, 50, 52, 92, 94, 96, 98) an ihnen angeordnet ist, eine axiale Materialverjüngung aufweisen.
Ergometer nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (54, 56, 58, 60, 82, 84, 86, 88) und die Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78) so geformt sind, dass die von der Welle (6, 106) auf die Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78) aufgebrachte Kraft nur teilweise und insbesondere weniger als zur Hälfte auf die Verbindungselemente (54, 56, 58, 60, 82, 84, 86, 88) aufgebracht wird.
Ergometer nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78) in Verbindung mit den Verbindungselementen (54, 56, 58, 60, 82, 84, 86, 88) einen um die Welle (6, 106) herum angeordneten Ring bilden.
Ergometer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der Verbindungselemente (54, 56, 58, 60, 82, 84, 86, 88) in jedem Punkt radial zur Welle (6, 106) weiter außen liegt als der innenliegendste Teil der Innenfläche der Kraftübertragungsglieder (26, 28, 30, 32, 46, 48, 72, 74, 76, 78).