DE1541145A1

DE1541145A1 - Ergometer

Info

Publication number: DE1541145A1
Application number: DE1966M0069896
Authority: DE
Inventors: Johannes Leyten
Original assignee: MIJNHARDT C V GEB
Current assignee: MIJNHARDT C V GEB
Priority date: 1965-06-25
Filing date: 1966-06-18
Publication date: 1969-10-09
Also published as: FR1505384A; US3442131A; DE1541145B2; NL124727C; NL6508252A

Description

PATENTANWÄLTE

Dr, RUDOLF BAIDSf Dip!,Ing,HELMUTHUsBuCH '""

PFORZHEIM

Anmelderin: Wesflicfie 31 . LeopofdpUz · Telefon 242 ?0

Gebr. Mijnhardt c.v. Pforzheim 16. JunM966

Hook Kanje 84-96, Zeist,
die Niederlande.

Ergometer.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ergometer zum Bestimmen des menschlichen physischen Vermögens, von dem Typ worin der Versuchsperson eine umlaufende Tretbewegung machen soll, indem die Tretenergie in eine Bremsvorrichtung aufgenommen wird.

Ein bekanntes Ergometer dieser Art, worin die Energie von einer Wirbelstromscheibe aufgenommen wird, ist derart kontruiert, dass im Bereich der üblichen Tretfrequenz das Bremsmoment umgekehrt proportional der Drehzahl ist, weshalb das von der Bremse aufge- ä

nommene und von dem Versuchsperson abgegebene Vermögen bei wechselnder Drehzahl konstant ist. Diese Konstruktion ist dadurch nachteilig, dass der Patient, trotz der Tatsache, dass das abzugebende VermSgen nicht von der Drehzahl abhängig ist, den Eindruck gewinnt, dass er bei steigernder Drehzahl eine geringere Leistung zu liefern hat, indem bei abnehmender Drehzahl der Apparat schwerer zu laufen erscheint. Letzteres hat, wenn der Versuchsleiter den Auftrag gegeben hat um eine bestimmte Drehzahl anzuhalten, zur Folge, dass es fur den Patient nach einem unwillkürlichen kleinen Anstrangungsnachlass nicht nur ein zusätzliches physisches Vermögen erfordert um die richtige Drehzahl wieder zu

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erreichen, sondern, ausserdem eine psychische Anstrengung weil er diese erhöhte Leistung von einer als schwerer erfahrenen Situation liefern soll. In der Praxis bedeutet dies häufig, dass der Patient diese Gesamtanstrengung nicht wieder leisten kann, wodurch der Versuch vorzeitig beendet wird.

Ein anderer Nachteil der genannten bekannten Vorrichtung liegt darin, dass die Wirbelstromscheibe in dem gewählten Wirkungsgebiet mit sehr hoher Geschwindigkeit umlaufen muss. Dadurch nimmt die Scheibe verhältnismässig viel Energie auf; dies führt zu unrichtigen Messergebnissen sobald die Drehzahl nicht äusserst genau konstant gehalten wird,

Die Erfindung bezweckt die genannten Bedenken, zu beseitigen, Bas erfindungsgemässe Ergometer ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmoment der Bremsvorrichtung im Bereich der üblichen Tretfrequenz im gleichen Sinne mit der Tretfrequenz variiert. In dieser Weise wird die Wirkung dadurch als mehr nafcurgemäss erfahren, dass bei grösserer Drehzahl das abzugebende Vermögen steigert.

Aus Untersuchungen mit dem obengenannten bekannten Ergometer war schon hervorgegangen, dass ein Patient bei jedem zu treten aufgetragenen Vermögen eine bestimmte Tretfrequenz als die am meisten angenehme erfahrt, und dass diese Erfahrung mit einem minimalen Sauerstoffverbrauch zusammengeht, also mit dem am meisten zweckmässigen Stoffwechsel des Patientes, welcher Stoffwechsel gerade das Studienobjekt des Ergometers ist. Daraus folgt unmittelbar ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung, welcher darin besteht, dass das Messergebnis in ungünstigem Sinne beeinflusst wird, wenn der Versucheleiter den Patient beaufträgt eine bestimmte von dem genannten optimalen Wert abweichende Drehzahl anzuhalten.

Ueberraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass zwischen dem Vermögen und der optimalen Drehzahl für jeden Patient ein eindeutiger quadratischer Ί,asammenhang besteht. Diese Erfahrung gibt zu einer

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Vorzugeausfiihrung des erfindungsgeiaässen Ergometers Anlass, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass das Widerstandsmoment der Bremsvorrichtung und die Tretfrequenz einen im wesentlichen linearen Zusammenhang aufweisen. Weil das Vermögen das Produkt von Moment und Winkelfrequenz ist, kann also fur jeden Patient der erwünschte quadratische Zusammenhang zwischen Vermögen und Drehzahl dadurch erhalten werden, dass eine konstante, z.B. das Uebert.ragungsverhal.tnis zwischen Kurbelwelle und Bremsvorrichtung, geeignet gewählt ist,

Weiter hat es sich herausgestellt, dass für alle Menschen die genannten Karakteristiken innerhalb verhältnismässig enger Grenzen zusammenfallen. Diese Erfahrung liegt einer Ausführungsform der Erfindung zu Grunde, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer Tretkurbellänge von 17,5 cm das -.Widerstandsmoment K (Nm) an der Kurbelwelle ■mit. der Tretfrequenz η (K,p.M.) im wesentlichen zusammenhangt nach der EorMel η = 2,6 K. In dieser Weise wird ein besondere einfacher Apparat erhalten, worauf mit sehr geringer Abweichung alle Patienten automatisch bei jedem Vermögen die optimale Drehzahl treten, und wobei dann das abgegebene Vermögen ausschliesslich von der Drehzahl bestimmt wird. Dazu sei dann noch hinzugefügt, dass zeitweilige Abweichungen der fur Jede Probe festgestellte Drehzahl einen vernachläsßigbaren Einfluss auf die Vermögens- bzw. Sauerstoffmessung haben, und zwar weil die bei einem Wachlass verminderte Vermögensabgabe nahezu kompensiert wird durch das erforderliche extra Vermögen um die festgestellte Drehzahl wieder zu erreichen.

Der Erfindungegedanke kann mit Vorteil realisiert werden, wenn man die bekannte Yiirbel6tromBchei.be benutzt; die Kurbelwelle soll dann mit der Scheibe in einen solchen Uebertragungsverhältnis stehen, dass die Wirbelstromscheibe im Bereich der üblichen Tretfrequenz im elektrischen lifirkungsgebiet arbeitet;, wo die Drehzahl und das BremsMOMent einen linearen Zusammenhang haben. In dieser Weise beträgt die Drehzahl'.-der Scheibenur einem Bruchteil der Drehzahl in der b^ais^en Vlrarichi^
Scheibe so gering, dass die Measungena^gkeitbei schwankender

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Drehzahl vernachlässigbar ist.

Die erfindungsgemass ennogliciite Vereinfachung der Konstruktion kommt bei Anwendung einer Wirbelstromscheibe dadurch zum Ausdruck« dass die elektromagnetische Bekräftigung von einem oder mehreren passend gewählten Dauermagneten, ersetzt wird. . -■■-.-

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert· In der Zeichnung ist:

Fig. T. ein Bündel MomentCharakteristiken von Wirbelstromscheiben bei verschiedenen magnetischen Feldstarken;

Fig. 2 zeigt experimentell bestimmte Vermogenscharakteristiken, erhalten aus Messungen bei einer grossen Anzahl von Personen}

Fig. 3 zeigt in skizzenhafter Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungssemassen JJrgometers.

Aus Fig. 1 geht hervor, dass bei niedrigen Drehzahlen der Wirbel-r stromscheiben das Bremsmoment K₆derScheibe und die Drehzahl.n_e einen linearen Zusammenhang aufweisen. Bei höheren Drehzahlen biegen sich;/die Charakteristiken,Jnach-fiinem Maximum, wonach sie einen,hyperbolischen Verlauf,erhalten; im letztgenannten Gebiet ist ,das ,von idler .Scheibe aufgenommene Vermögen-^unabhängig Drehzahl. . -

:Bk£indungsgeÄass wird nun^ ausschliesslich; ;ij beitet, ^priiktisch ^eg-reiw'fc-von,der jEejS^icAieltejiIiinie ι A»

Fig» 2 aejLgt ^as-iErgebnis- jnedischer ilnJtersuqiiungen /bei einer ; grassen Anzahl von Batienten,. d^^en ,Aelt«r;,ujid physiscJie irjaf t verschieden waren. Innerhalb der jgezogeflen^inie« aiftnd^b sich für olle yersuch6£ersp,n^

gelieferte, VeCTogen B und 4er won ihne*v !ftlss^e;^¹¹?··Jitefeten vaj

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von 17,5 cm genügt die mittlere Kurve der Formel: η (ü.p.K.) = 5 /P" (P in watts).

Durch geeignete Wahl von Material und Bemessung einer Wirbelstromscheibe sowie des Uebertragungsverhaltnisses Kurbelwelle/Scheibe kann nun im Gebiet der Fig. 1 links der gestrichelten Linie A eine derartige Charakteristik gewählt werden, dass die dazu gehörende Vermögenscharakteristik mit der gestricheltenLinie £ aus Fig. 2 zusammenfalt. Dies bedeutet also, dass man zu einem einfachen Ergometer ohne Variabelen geratet, wobei durchschnittlich alle Patienten bei jedem aufgegebenen Vermögen dieses Vermögen unter nahezu optimalen ^ Umständen abgeben*. Insbesondere genügt in einer derartigen Äusführungsform ein einfacher Dauermagnet.

Der obengenannte experimentelle Zusammenhang zwischen dem von dem Patienten abgegebenen Vermögen und der Tretfrequenz kann folgenderweise in einen Zusammenhang zwischen dem Moment an der Kurbelwelle K und der Tretfrequenz umgewandelt werden. P ist gleich dem Produkt von K mit der Winkelfrequenz des Kurbeis. Falls P in watts gemessen wird, K in newtonmeters, und η in Umwälzungen pro Hinute, so wird η = 5 V*~2 η K/6Ö, oder η = 2,6 K.

Ausgehend von den experimentellen Angaben wie in Fig. 2 dargestellt, ist es weiter möglich ein Ergometer zu konstruieren, welches noch ä

solche Variabelen aufweist, dass der Versuchsleiter die Möglichkeit zur Verfugung steht um für jeden Patienten die optimale Charakteristik einzustellen. Dies bedeutet, dass das Widerstandsmoment der Brems- ■ vorrichtung an der Kurbelwelle zum Ausdruck kommen soll mit '-.einem bis 10 % beidseitig des obengenannten mittleren Wertes einstellbaren Wert in dem Ausdruck η =2,6 K. Eine solche Einstellmöglichkeit kann in verschiedenen Weisen konstruktiv durchgeführt werden. Eine Möglichkeit ist die Aufnahme einer einstellbaren Zahnradübertragung, zum Beispiel ausgeführt wie bei einem Fahrrad. Eine andere Durchführungsmöglichkeit wird untenstehend an Hand der Fig. 3 beschrieben.

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Fig. 3 zeigt ein Gestell mit Bekleidung 1, worin eine Kurbelwelle 2 mit Kurbeln 3 und Pedalen k aufgenommen ist; weiter eiiPSattel 5 und eine Gelenkstange 6. Eine Wirbelstromscheibe 7 ist auf die Kurbelwelle angeordnet; sie wird von zwei Bauermagneten 8 und9 umfasst. Zwischen den Magneten befindet sich die Laufrolle 10 eines Tachometers 11. Weil erfindungsgemäss einen festen Zusammenhang gelegt wird zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Wirbelstroescheibe zur Stelle der Magneten und dem von der Wirbelstrombremse aufgenommenen Vermögen, kann das Tachometer 11 unmittelbar in Vermogenseinern wie watts geeicht werden.

Die beiden Magneten und die ^aufrolle sind zusammen auf einen Schlitten 12 angeordnet; dieser Schlitten ist mit Hilfe eines Handgriffs 13 in Bezug auf die Scheibe 7 in radialer Richtung verstellbar. Bas Kabel 14- des Tachometers ist biegsam ausgeführt. Weiter befindet sich etwa zur Höhe des Gesichtes der Versucheperson ein Tourenanzeiger 15 gegebenenfalls an Vorder- und !Unterseite ablesbar, dessen Laufrolle 16 auf die Scheibe 7 läuft.

Zum Anpassen an die persönlichen Eigenschaften der Versuchsperson kann der Versuchsleiter mittels des Handgriffs 13 die Eigenschaft des Ergometers in dem gewünschten Masse von der axttieren optimalen Zusammenhang η = 5 ^HF abweichen lassen. Dabei wird zugleicherzeit das Tachometer 11 beigestellt, sodass die Anweisung des Vermögens richtig bleibt.

Erfindungsgemäss wird also ein zweckmassiger Apparat erhalten, zugleicherzeit einfach und wenig kostspielig, worin nicht registrierte Reibungsverluste zu einem Minimalwert zurückgebracht worden sind und womit die Messungen unter den meist gunstigen Umständen durchgeführt werden könne, sodass die Ergebnisse einen hohen Zuverlässigkeitsgrad besitzen.

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Claims

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Ergometer zum Bestimmendes menschlichen physischen Vermögens, von dem Typ worin die Versuchsperson eine umlaufende Tretbewegung machen soll, indem die Tretenergie in eine Bremsvorrichtung aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmoment, der Bremsvorrichtung im Bereich der üblichen Tretfrequenz im gleichen Sinne mit der Tretfrequenz variiert.

2. Ergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmoment der Bremsvorrichtung und die Tretfrequenz einen im wesentlichen linearen Zusammenhang aufweisen,

3· Ergometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Tretkurbellänge von 17,5 cm das Widerstandsmoment K (Nm) an der Kurbelwelle mit der Tretfrequenz η (U.ρ.Μ») im wesentlichen zusammenhangt nach der Formel η= 2,6 K.

h. Ergometer nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass zwischen: der Kurbelwelle und der Bremsvorrichtung Einstellmittel vorgesehen sind derart, dass das Widerstandsmoment von der Tretfrequemz^ abhängig wird zwischen η_;-« 2v35 K und η = 2,ö5 K.

5· ErgpKeter nstch,Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass zwiseaen? der Kurbjelwelle und ,der Bremsvorrichtung ein einstellbar«r Zalinj??tdmechanismus vorgesehen ist.

> 6. :Mggam&i«e;?jJfech:;feinem =der Ansprüche 1—4·, da,durch gekennzeichnet, Λ&ββ jäie ^r^el*e113ie mit einer umlaufepden,Wirbelstromscheibe verbunden ,ist14n eineÄ^^

sich, die ^ΪΓ^βΐ6Ϊ3^Λ6ΐό^^β^!44πΒ_;βτ«3ύ0Α*'3β]? iUblichen^retf requenz im- jelektri^cben Viirkungsgebdiet .ibAifl^id^t r' _;wo: :zieiBcheni Drehzahl und jein ^

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7· Ergometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Wirbelstromscheibe unmittelbar auf die Kurbelwelle angeordnet ist. " '= ) .

8ο Ergometer nach Anspruch 6 oder 7i dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Feld fur die Wirbelstrombremse von wenigstens einem Dauermagnet geliefert wird.

9. Ergometer nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu bestimmende Vermögen auf ein Tachometer abgelesen wird, das auf die Wirbelstromscheibe angeschlossen ist.

10. Ergometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet in radialem Sinne über die Wirbelstromscheibe verschiebbar ist.

11. Ergometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrolle des Tachometers mit dem Verstellmechanismus des Dauermagnetes der Wirbelstrombremse gekuppelt ist.

Fur die Anmelderin:

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