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Verfahren zum Messen des Energie-.bzw. Kalorien-
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aufwandes bei einem mit Tretkurbelantrieb versehenen Gerät und eine
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Messen des Energie-bzw. Kalorienaufwandes bei einem mit Tretkurbelantrieb versehenen
Gerat, wie Fahrrad, Heimtrainer oder dgl. rund eine Vorrichtung zum Durchführen
des Verfahrens.
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Bei den bekannten Heimtrainern kann das über den Arm eines Tretkurbelantriebes
ausgeübte Drehmoment angezeigt werden.
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Dabei kann eine Bremseinrichtung verändert werden, um das für eine
Drehbewegung des Tretkurbelantriebes aufzubringende Drehmoment verändern zu können.
Der Benützer wird aber während der Dauer der Benützung des Gerätes nicht über die
aufgewendete Energie bzw. die verbrauchten Kalorien informiert.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei denen der
Benützer des Gerätes während der Benutzungsdauer in einfacher Weise direkt über
die aufgewendete Energie bzw. die verbrauchten Kalorien informiert werden kann.
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Das Verfahren nach der Erfindung, mit dem diese Aufgabe gelöst werden
kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß die pro Umdrehung des Tretkurbelantriebes
aufgewandte Energie gemes-
sen wird, daß die so erfaßten Energiewerte
während der Benutzungsdauer aufaddiert werden und daß der Summenwert in Energieeinheiten,
vorzugsweise Kalorien, angezeigt wird. Dem Benutzer kann damit zu jedem beliebigen
Zeitpunkt der Benützungsdauer die bis dahin-aufgewendete Energie bzw. die verbrauchten
Kalorien angezeigt werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist dabei nach einer Ausgestaltung
so vereinfacht, daß der Energiewert jeweils nur bei der Stellung des Tretkurbelantriebes
gemessen wird, bei der das größte Drehmoment in Vorwärtsrichtung des Tretkurbelantriebeswirksam
ist. Auf diese Weise werden in Rückwärtsrichtung des Tretkurbelantriebes wirksame
Energien eliminiert.
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Eine einfache Art, die aufgewendete Energie bei der Umdrehung des
Tretkurbelantriebes zu erfassen, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Energiewert
jeweils über eine der Tretkraft proportionale Verformung eines Armes des Tretkurbelantriebes
erfaßt wird.
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Damit bei jeder Benützung des Gerätes die Messung des Energie- bzw.
Kalorienaufwandes von Null beginnen kann, ist nach einer Weiterbildung vorgesehen,
daß der Summenwert manuell gelöscht werden kann.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nach einer einfachen
Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, daß
eine Drehmoment-Meßeinrichtung
das auf den Arm des Tretkurbelantriebes einwirkende Drehmoment erfaßt, daß eine
Additions-Einrichtung das erfaßte Drehmoment aufaddiert und daß eine Anzeige-Einrichtuna
das aufaddierte Drehmoment anzeigt.
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Die Skala der Anzeige-Einrichtung kann dabei direkt in Kalorien geeicht
sein.
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Die Anpassung zwischen Drehmomenterfassung und Anzeige des Verbrauchs
kann nach einer weiteren Ausgestaltung auch dadurch vorgenommen werden, daß das
von der Drehmoment-Meßeinrichtung erfaßte Drehmoment über einen Umwerter nach Kalorien
bewertet auf die Additions-Einrichtung gelangt oder daß der aufaddierte Drehmomentwert
der Additions-Einrichtung über einen Umwerter nach Kalorien bewertet auf die Anzeige-Einrichtung
gelangt.
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Um definierte Meßwerte zu erhalten, sieht eine weitere Ausgestaltung
vor, daß das von der Drehmoment-Meßeinrichtung erfaßte Drehmoment über eine Maximalwert-Feststelleinrichtung
nur als Maixmalwert auf die Additions-Einrichtung gelangt. Auf diese Weise bleiben
die an dem Arm des Tretkurbelantriebes wirkenden kleineren Drehmomente während der
Umdrehung des Armes unwirksam.
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Eine besonders zweckmäßige konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung
nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Meßeinrichtung,
die Additions-Einrichtung und die Anzeige-Einrichtung in einen Arm des Tretkurbelantriebes
eingebaut sind.
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Das Ablesen der Anzeige-Einrichtung kann nach einer weiteren Ausgestaltung
dadurch erleichtert werden, daB die Drehmoment-
Meßeinrichtung
in einem Arm des Tretkurbelantriebes eingebaut ist, daß die Drehmoment-Meßeinrichtung
ein elektrisches Signal abgibt und daß die Additions-Einrichtung und die Anzeige-Einrichtung
am Lenker befestigt und elektrisch mit der Drehmoment-Meßeinrichtung verbunden sind.
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Eine mechanische Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments ist nach
einer Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Meßeinrichtung die
Verdrehung einer bei der Belastung des Armes des Tretkurbelantriebes auf Torsion
beanspruchten Spindel erfaßt und daß die Verdrehungswege der Spindel über ein Zählwerk
aufaddierbar sind.
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Die Addition der erfaßten maximalen Drehmomentwerte bei jeder Umdrehung
des Armes des Tretkurbelantriebes läßt sich bei einer derartigen mechanischen Drehmoment-Meßeinrichtung
dadurch auf einfache Weise erreichen, daß das Pedal an einem um die Längsachse des
Armes des Tretkurbelantriebes drehbar gelagerten Mitnehmer angebracht ist, daß der
Mitnehmer einen ersten Freilauf aufnimmt, in dem die in dem hohlen Arm geführte
Spindel so festgelegt ist, daß der Mitnehmer bei Belastung des Pedals die Spindel
mitnimmt, aber bei Entlastung des Pedals wieder frei zurückstellen läßt, daß das
dem Mitnehmer abgekehrte Ende der Spindel in einem zweiten Freilauf gelagert ist,
der in einem im Arm unverdrehbar angeordneten Führungsteil so festgelegt ist, daß
er die belastete Spindel frei drehen läßt und die entlastete Spindel an einer Rückdrehung
hindert und daß auf der Spindel eine Anzeigemutter mit Zeiger verstellbar ist, die
in einer längsgerichteten Führung des Armes des Tretkurbelantriebes unverdrehbar
geführt ist. Dabei ist zur Vermeidung von Meßfehlern vorzusehen, daß die beiden
Freiläufe
in der Rückstellrichtung (Sperrichtung) spielfrei eingestellt
sind.
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Die manuelle Rückstellung der Anzeige-Einrichtung und der Additions-Einrichtung
wird bei dieser konstruktiven Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung dadurch
erreicht, daß die Anzeigemutter eine Aufnahme mit Innengewinde aufweist, die eine
Querverstellung zur Spindel unter Aufhebung der Wirkverbindung zwischen der Spindel
und dem Innengewinde der Anzeigemutter zuläßt.
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Schließlich ist als Sicherheitsmaßnahme vorgesehen, daß die Spindel
einen gewindelosen Endabschnitt aufweist. Auf diese Weise wird nach dem Erreichen
eines Endwertes im Energie- und Kalorienverbrauch eine weitere Beeinflussuna der
Anzeige-Einrichtung insbesondere eine Oberlastung derselben verhindert.
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Die Anzeige des Summenwertes kann nach einer Ausgestaltung dadurch
auch außerhalb des Armes des Tretkurbelantriebes erfolgen, daß die Anzeigemutter
ein elektrisches Stellglied (z.B. Potentiometer) verändert und die Stellung der
Anzeigemutter als Summenwertelektrisch übertragbar ist.
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Der Arm des Tretkurbelantriebes kann dann vollständig geschlossen
sein, wenn die Ausgestaltung so gewählt wird, daß die Anzeigemutter über ein Permanentmagnetfeld
mit dem Zeiger gekoppelt ist.
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Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung
des Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines
abgewandelten Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 3 einen Arm eines Tretkurbelantriebes
mit eingebauter Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,
Fia. 4 in Draufsicht einen Arm des Tretkurbelantriebes mit eingebauter Vorrichtung,
Fig. 5 teilweise im Schnitt den Arm des Tretkurbelantriebes mit den Teilen der Drehmoment-Meßeinrichtung,
Additions-Einrichtung und Anzeige-Einrichtung, Fig. 6 eine Teilansicht der Spindel
mit Anzeigemutter als Additions-Einrichtung und Fig. 7 einen Querschnitt durch die
auf der Spindel gerführte Anzeigemutter.
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Wie das Blockscheltbild nach Fig. 1 zeigt, wird mittels einer Drehmoment-Meßeinrichtung
DM das an dem Arm eines Tretkurbelantriebes bei jeder Umdrehung wirkende Drehmoment
erfaßt.
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Der erfaßte Drehmomentwert kann über einen Umwerter UM bereits als
Kalorienwert bewertet einer Additions-Einrichtung
AD zugeführt
werden. Diese Additions-Einrichtung AD addiert die bei den Umdrehungen des Armes
des Tretkurbelantriebes erfaßten Drehmomentwerte auf und gibt einen Summenwert an
die Anzeige-Einrichtuno AZ ab. An dieser Anzeige-Einrichtung AZ kann daher direkt
der Energie- und Kalorienverbrauch abgelesen werden. Ober eine Rückstell-Einrichtung
RS können die Additions-Einrichtuna AD und die Anzeige-Einrichtung AZ auf Null gestellt
werden, damit jeder Benützer mit einer definierten Nullstellung beginnen kann.
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Wie das Blockschaltbild nach Fig. 2 zeigt, kann über eine Maximalwert-Feststelleinrichtung
MW nur das festgestellte maximale Drehmoment einer Umdrehung des Armes des Tretkurbelantriebes
zur Addition und Anzeige weitergeleitet werden. Die Additions-Einrichtung AD addiert
daher nur die maximalen Drehmomente der Umdrehungen des Armes des Tretkurbelantriebes.
Dabei muß noch darauf hingewiesen wprden, daß nur an einem Arm des Tretkurbelantriebes
das Drehmoment erfaßt wird. In dem Umwerter UM kann dieses Drehmoment dann mit dem
Faktor 2 berücksichtigt werden, um auch das Drehmoment am anderen Arm des Tretkurbelantriebes
mit zu erfassen.
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Diese Vereinfachung in der Messung des Drehmomentes wirkt sich in
einer Reduzierung im Aufwand der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus.
Wie Fig. 2 weiter zeigt, kann der Umwerter UM auch zwischen der Additions-Einrichtung
AD und der Anzeige-Einrichtung AZ eingeschaltet werden.
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Die Fig. 3 zeigt einen Arm 10 eines Tretkurbelantriebes, der über
die Aufnahme 11 mittels der Feststellschraube 12 auf der nicht dargestellten Tretlagerwelle
des Tretkurbelantriebes unverdrehbar festgelegt werden kann. Am anderen Ende des
Armes 10 ist das Pedal 15 über eine Lagerwelle 14
drehbar in dem
Lager 13 gelagert. Wird in der Vorwärtsrichtung des Armes 10 das Pedal 15 belastet,
dann wird auf den Arm 10 ein Drehmoment ausgeübt, das in der horizontalen Stellung
des Armes 10 sein Maximum hat. Dieses Drehmoment kann zur Beanspruchung eines Teiles
im Arm 10 und zur Ableitung einer proportionalen Meßgröße ausgenützt werden, wie
noch gezeigt wird. Diese Meßgrößen pro Umdrehung des Armes 10 werden aufaddiert
und zur Verstellung eines Zeigers 16 ausgenützt. An einer dem Zeiger 16 zugeordneten
Skala 17 können direkt Kalorienwerte abgelesen werden. Wie Fig. 3 zeigt, können
alle Teile der Vorrichtung in dem Arm 10 des Tretkurbelantriebes untergebracht sein.
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Anhand der Fig. 4 bis 7 wird ein konstruktives Ausführungsbeispiel
für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung gezeigt.
Der Arm 10 ist am freien Ende offen und bildet eine Aufnahme für eine auf Torsion
zu beanspruchende Spindel 20. Am freien Ende des hohlen Armes 10 ist ein Mitnehmer
19 um die Längsachse des Armes 10 drehbar, aber axial unverschiebbar geführt. An
diesem Mitnehmer 19 wird das Pedal befestigt. In dem Mitnehmer 19 ist ein erster
Freilauf 21 untergebracht, in dem das Ende der Spindel 20 so festgelegt ist, daß
bei einer Belastung des Pedals und der damit verbundenen Drehung des Mitnehmers
19 die Spindel 20 auf Torsion beansprucht wird, d.h.
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mit verdreht wird. Das dem Mitnehmer 19 abgekehrte Ende der Spindel
20 ist in einem zweiten Freilauf 22 so festgelegt, daß die Spindel 20 sich dabei
frei drehen kann. Dieser zweite Freilauf 22 ist in einem Führungsteil 23 angeordnet,
das unverdrehbar in dem Arm 10 festgelegt ist. Auf der Spindel 20 ist eine Anzeigemutter
24 verstellbar geführt, die in einer Führung 18 des Armes 10 längsverstell-
bar,
jedoch unverdrehbar geführt ist und außerhalb des Armes 10 den Zeiger 16 trägt.
Die Anzeigemutter 24 weist eine Aufnahme 27 mit einem Innengewinde 25 für die Spindel
20 auf.
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Wird die Spindel 20 bei der Belastung des Pedals verdreht, dann wird
die Anzeigemutter 24 in Richtung zur Aufnahme 11 für die Tretlagerwelle verstellt.
Wird das Pedal entlastet, dann kann sich der Mitnehmer 19 zurückstellen. Der erste
Freilauf 21 verhindert, daß dabei die Spindel 20 mit verdreht werden kann und der
zweite Freilauf 22 hält dabei die Spindel 20 unverdrehbar fest. Auf diese Weise
ist sichergestellt, daß die Spindel 20 bei jeder Umdrehung des Armes 10 einen bestimmten
Winkelbetrag weitergedreht wird und in der eingestellten Stellung bis zu einer erneuten
Verstellung festgehalten wird. Damit wird aber die Anzeigemutter 24 immer weiter
verstellt. Der Weg der Anzeigemutter 24 ist daher unmittelbar ein Maß für die aufsummierten
Drehmomentwerte. Da die Verdrehung der Spindel 20 vom maximal wirkenden Drehmoment
abhängig ist, werden auch nur die Maximalwerte des Drehmomentes erfaßt.
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Wie Fig. 5 zeigt, kann die Spindel 20 einen gewindelosen Endabschnitt
aufweisen. Die Anzeigemutter 24 bleibt dann nach dem Erreichen der Endstellung stehen
und die Spindel 20 kann ohne weitere Verstellung der Anzeigemutter 24 verdreht werden.
Damit ist eine Art Oberlast-Sicheruno geschaffen.
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Wie Fio. 7 zeigt, ist die Aufnahme 27 der Anzeigemutter 24 im Querschnitt
größer als der Querschnitt der Spindel 20, so daß'sie quer zur Spindel 20 verstellt
werden kann. Auf diese Weise kann die Wirkverbindung zwischen der Spindel 20 und
dem Innengewinde 25 der Anzeigemutter 24 aufgehoben
werden. Die
Anzeigemutter 24 kann an der Spindel 20 entlang in die Ausgangsstellung an dem dem
Mitnehmer 19 zugekehrten Ende der Spindel 20 zurückgestellt werden, damit für eine
neue Benützung des Gerätes die Messung des Energie- und Kalorienverbrauchs wieder
bei Null beginnt. Eine Druckfeder 26 kann die Anzeigemutter 24 wieder in Eingriff
mit der Spindel 20 bringen, wenn nach der Verstellung der Druck auf den Zeiger 16
aufgehoben wird.
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Es ist leicht einzusehen, daß mit dieser rein mechanischen Vorrichtung
alle Schritte des Verfahrens nach der Erfindung ausführbar sind. Dabei ist in einfachster
Weise unter Berücksichtigung der Verdrehung der Spindel 20 und der Verstellung der
Anzeigemutter 24 die Eichung der Skala 17 direkt in Kalorien vorzunehmen.
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Wenn der Zeiger 16 über ein Permanentmagnetfeld mit der Anzeigemutter
24 gekoppelt ist, kann der Arm 18 vollständig geschlossen werden, ohne daß dadurch
die Verstellung des Zeigers 16 und die Rückstellung der Anzeigemutter 24 beeinträchtigt
wird. Außerdem läßt sich die Anzeigemutter 24 auch als Stellglied eines elektrischen
Meßkreises ausnützen. Es sei nur auf das Stellglied eines Potentiometers hingewiesen.
Der Summenwert der Drehmomente läßt sich dann elektrisch abgreifen und auch elektrisch
zu einer am Lenker angebrachten Anzeige-Einrichtung übertragen. Es ist auch denkbar,
daß die Spindel 20 selbst als Stellglied und zur Abgabe eines dem wirkenden Drehmoment
entsprechenden Signals ausgenützt wird. Am Lenker ist dann neben der Anzeige-Einrichtung
auch noch die Additons-Einrichtung angebracht. Diese Einrichtungen lassen sich mit
einfachen elektrischen Schaltkreisen aufbauen, da sie ja bereits elektrische Steuersignale
erhalten.
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Es bleibt noch zu erwähnen, daß die Erfindung nicht auf das gezeigte
Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Das Drehmoment kann auch mit einer anderen Drehmoment-Meßeinrichtung
erfaßt werden und die Drehmomentsignale können ebenfalls in anderer Art und Weise
addiert und auf Kalorien bezogen angezeigt werden, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.