DE3139056C2 - - Google Patents

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DE3139056C2 DE19813139056 DE3139056A DE3139056C2 DE 3139056 C2 DE3139056 C2 DE 3139056C2 DE 19813139056 DE19813139056 DE 19813139056 DE 3139056 A DE3139056 A DE 3139056A DE 3139056 C2 DE3139056 C2 DE 3139056C2
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Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einem Ergometer mit einer Wirbelstrombremseinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.The invention is based on an ergometer Eddy current braking device according to the genus of Main claim.

Es ist schon ein Ergometer mit einer Wirbelstrom­ bremseinrichtung bekannt (DE-GM 75 23 938), die aus einer durch einen Probanden in Umdrehungen versetzten Wirbelstromscheibe und einer daneben angeordneten Permanenmagnetscheibe besteht, an der ein Pendelgewicht befestigt ist. Das Bremsmoment kann dabei durch Veränderung des Abstandes zwischen Wirbelstromscheibe und Permanenmagnetscheibe vari­ iert und der augenblickliche Wert des Bremsmoments angezeigt werden.It is already an ergometer with an eddy current Brake device known (DE-GM 75 23 938), the from one by a subject in revolutions offset eddy current disc and one next to it arranged permanent magnetic disc exists on the a pendulum weight is attached. The braking torque can be done by changing the distance between Eddy current disc and permanent magnet disc vari and the instantaneous value of the braking torque are displayed.

Es ist weiterhin bekannt, eine elektronische Rege­ lung vorzusehen, um die von dem Probanden aufzu­ bringende Leistung unabhängig von der jeweiligen Drehzahl der Wirbelstromscheibe zu machen. Derartige Regelungen bedingen für den Drehmomentaufnehmer Präzisionsbauelemente, das sind beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen-Verstärker oder ein Präzisions­ potentiometer, sowie eine aufwendige analoge Regelungstechnik.It is also known to be an electronic rain to be provided in order to open the test subject performance regardless of the particular To make speed of the eddy current disk. Such Regulations require the torque transducer Precision components are one example Strain gauge amplifier or a precision potentiometer, as well as a complex analog Control engineering.

Aufgabetask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ergometer nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 derart zu verbessern, daß unter Verzicht auf eine elektronische Regelung, mit der die vom Probanden aufzubringende Leistung von der Drehzahl der Wirbelstromscheibe unabhängig gemacht wird, ein einfacher schaltungstechnischer Aufbau erreicht wird.The invention has for its object an ergometer according to the upper to improve the concept of claim 1 such that without an electronic control, with which the test person has to apply Power made independent of the speed of the eddy current disc a simple circuit design is achieved.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird bei einem Ergometer gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angege­ benen Merkmale gelöst. Damit wird nicht nur die angestrebte Schaltungs­ vereinfachung erzielt, sondern auch eine geringe mechanische Verlust­ leistung, die dazu führt, daß das Ergometer auch in einem Leistungs­ bereich unter 50 Watt mit hoher Genauigkeit arbeitet. Ein derartiges Ergometer ist darüber hinaus eichfähig.This task is performed on an ergometer according to the preamble of the An Proverb 1 indicated in the characterizing part of this claim characteristics resolved. This will not only be the desired circuit Simplification achieved, but also a low mechanical loss performance that leads to the ergometer also in a performance range below 50 watts works with high accuracy. Such a thing Ergometer is also calibratable.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil­ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angege­ benen Ergometers möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Continuing education and improvements of the main claim level ergometer possible.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung anhand einer Figur dargestellt und in der nachfol­ genden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing voltage shown with the help of a figure and subsequently ing detailed description explained.

Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ergometers.The figure shows a Block diagram of an ergometer according to the invention.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Ein erfindungsgemäßes Ergometer ist als Fahrrad-Ergometer ausgebildet, das zwei mit einem Zahnrad 10 fest verbundene Tretkurbeln 11, 12 aufweist, die an ihren freien Enden mit je einem Pedal 13, 14 versehen sind. Das Zahnrad 10 ist über ein Getriebeelement, das ist vorzugsweise ein Zahn­ riemen 15, und/oder andere Getriebeelemente, wie zum Beispiel Ketten oder dergleichen, formschlüssig mit einem Ritzel 16 verbunden. Mit dem Ritzel 16 ist koaxial ein Wirbelstrom-Rotor 17 fest verbunden. Dem Rotor steht in einem bestimmten Abstand eine Magnetwicklung 18 gegen­ über. Rotor 17 und Magnetwicklung 18 bilden zusammen eine Wirbelstrombremseinrichtung 19 für das Ergometer.An ergometer according to the invention is designed as a bicycle ergometer which has two pedal cranks 11, 12 which are firmly connected to a gearwheel 10 and which are each provided with a pedal 13, 14 at their free ends. The gear 10 is via a gear element, which is preferably a toothed belt 15 , and / or other gear elements, such as chains or the like, positively connected to a pinion 16 . An eddy current rotor 17 is coaxially connected to the pinion 16 . A magnetic winding 18 is opposite the rotor at a certain distance. Rotor 17 and magnetic winding 18 together form an eddy current braking device 19 for the ergometer.

Zur Ansteuerung der Bremseinrichtung 19 sind folgende Baueinheiten vorgesehen. Eine digitale Einstellvorrich­ tung 25, zum Beispiel eine Tastaturvorrichtung, steht unmittelbar und eine wahlweise vorgesehene analoge Ein­ stellvorrichtung 26 über einen Analog-Digitalwandler 27 mit einem ersten Eingang 28 einer Rechner- und Prozessor­ schaltung 29 in Verbindung. Ein zweiter Eingang 30 der Rechner- und Prozessorschaltung 29 ist mit einem Drehzahl­ aufnehmer 31 verbunden. Ein erster Ausgang 32 der Rechner- und Prozessorschaltung steht über einen Digital-Analog­ wandler 33 und einen Verstärker 34 mit Konstantstrom- Ausgang mit der Magnetwicklung 18 in Verbindung. Ein zweiter Ausgang 35 der Rechner- und Prozessorschaltung 29 ist über eine logische Verknüpfungsschaltung 36 mit einer digitalen Anzeigevorrichtung 37 zum Anzeigen der von dem Probanden aufgebrachten Leistung P verbunden.The following structural units are provided to control the braking device 19 . A digital setting device 25 , for example a keyboard device, is directly connected to an optionally provided analog setting device 26 via an analog-digital converter 27 with a first input 28 of a computer and processor circuit 29 . A second input 30 of the computer and processor circuit 29 is connected to a speed sensor 31 . A first output 32 of the computer and processor circuit is connected via a digital-to-analog converter 33 and an amplifier 34 with a constant current output to the magnet winding 18 . A second output 35 of the computer and processor circuit 29 is connected via a logic combination circuit 36 to a digital display device 37 for displaying the power P applied by the subject.

Das vorstehend beschriebene Ergometer funktioniert folgen­ dermaßen.The ergometer described above works as follows so.

An der digitalen Einstellvorrichtung 25 oder an der wahl­ weise vorhandenen analogen Einstellvorrichtung 26 wird die von dem Probanden aufzubringende Leistung P eingestellt, wodurch dem ersten Eingang 28 der Rechner- und Prozessor­ schaltung 29 ein dieser Leistung entsprechender Digital­ wert D1 zugeführt wird. Der Drehzahlaufnehmer 31 liefert an den zweiten Eingang der Rechner- und Prozessorschaltung einen der augenblicklichen Drehzahl n des Rotors 17 ent­ sprechenden zweiten Digitalwert D2. The power P to be applied by the test subject is set on the digital setting device 25 or on the optionally available analog setting device 26 , whereby the first input 28 of the computer and processor circuit 29 is supplied with a digital value D 1 corresponding to this power. The speed sensor 31 supplies to the second input of the computer and processor circuit a second digital value D 2 corresponding to the instantaneous speed n of the rotor 17 .

Die Rechner- und Prozessorschaltung 29 enthält einen digitalen Speicher, das ist vorzugsweise eine PROM- (Programmable-Read-Only-Memory-)Schaltung, in der die für den betreffenden Wirbelstrombremsentyp charakte­ ristische Abhängigkeit des Drehmoments Md der Brems­ einrichtung 19 von dem durch die Magnetwicklung 18 fließenden Bremsstrom IE und von der Drehzahl n des Rotors 17 in "tabellarischer" Form eingespeichert ist. Die Rechner- und Prozessorschaltung ermittelt aus der augenblicklichen Drehzahl n bzw. dem zweiten Digital­ wert D2 des Rotors 17 und dem vorgegebenen Leistungs- Sollwert P bzw. dem ersten Digitalwert D1 anhand der Beziehung P = Md · 2π · n das erforderliche Dreh­ moment Md für die Bremseinrichtung. Aufgrund des Dreh­ moments Md ermittelt dann die Rechner- und Prozessor­ schaltung 29 anhand der gespeicherten Tabelle den dritten Digitalwert D3, der dem Strom IE entspricht und von dem Drehmoment Md und der Drehzahl n abhängt. Der derart ermittelte Stromwert liegt dann an dem ersten Ausgang 32 der Rechner- und Prozessorschaltung 29 in Form eines Binärkodes vor, der mittels des Digital- Analogwandlers 33 in einen analogen Stromwert umgewan­ delt wird. In dem dem Digital-Analogwandler nachgeschal­ teten Verstärker 34 wird ein dem Stromwert entsprechender Konstantstrom IE gebildet, der die Magnetwicklung 18 speist.The computer and processor circuit 29 contains a digital memory, which is preferably a PROM (programmable read-only memory) circuit in which the characteristic dependency of the torque M d of the brake device 19 for the eddy current brake type in question is dependent on the through the magnetic winding 18 flowing braking current I E and the speed n of the rotor 17 is stored in a "tabular" form. The computer and processor circuit determines the required rotation from the instantaneous speed n or the second digital value D 2 of the rotor 17 and the predetermined power setpoint P or the first digital value D 1 using the relationship P = M d · 2π · n moment M d for the braking device. Due to the rotational moment M d then the computer and the processor circuit 29 determines from the stored table the third digital value D 3 which corresponds to the current I E and n depends on d and the rotational speed of the torque M. The current value determined in this way is then available at the first output 32 of the computer and processor circuit 29 in the form of a binary code, which is converted into an analog current value by means of the digital / analog converter 33 . In the amplifier 34 connected downstream of the digital-analog converter, a constant current I E corresponding to the current value is formed, which feeds the magnetic winding 18 .

An dem Ausgang 35 gibt die Rechner- und Prozessor­ schaltung 29 einen der jeweiligen Augenblicksleistung entsprechenden Digitalwert D4 ab, der über die logische Verknüpfungsschaltung 36 eine Anzeigevorrichtung 37, das ist vorzugsweise ein LCD- oder LED-Display, ansteuert. Die Anzeigevorrichtung zeigt dann den von dem Probanden augenblicklich erzeugten Leistungswert an. At the output 35 , the computer and processor circuit 29 outputs a digital value D 4 corresponding to the instantaneous power, which controls a display device 37 , which is preferably an LCD or LED display, via the logic combination circuit 36 . The display device then displays the power value currently generated by the subject.

Im weiteren Programmablauf kontrolliert die Rechner- und Prozessorschaltung 29 die von dem Probanden augenblicklich erzeugte Drehzahl n und ermittelt nach der oben erläuterten Vorschrift den erforderlichen Bremsstrom entsprechend dem vorgegebenen Leistungs- Sollwert.In the further course of the program, the computer and processor circuit 29 controls the speed n currently generated by the test subject and determines the required braking current according to the specified power setpoint according to the above-described regulation.

Die vorstehend erwähnte Anzeigevorrichtung kann außer der Augenblicksleistung auch die Drehzahl, die Arbeit, die Uhrzeit usw. anzeigen.The above-mentioned display device can be the instantaneous power also the speed, the work, display the time, etc.

Die Werte in der Rechner- und Prozessorschaltung können ferner über eine sogenannte serielle Schnitt­ stellenanordnung 40 mit einer elektronischen Datenver­ arbeitungseinrichtung gekoppelt werden, wobei die Formatierung vorzugsweise die Bedingungen der CCITT- Norm V24 erfüllt. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann dann in Dialog mit dem Ergometer treten.The values in the computer and processor circuit can also be coupled via a so-called serial interface arrangement 40 to an electronic data processing device, the formatting preferably fulfilling the conditions of the CCITT standard V24. The data processing device can then enter into dialogue with the ergometer.

Zum Aufbau der Rechner- und Prozessorschaltung 29 eignen sich vorzugsweise integrierte Bausteine der Serie 6800.Integrated modules of the 6800 series are preferably suitable for building the computer and processor circuit 29 .

Claims (5)

1. Ergometer mit einer Wirbelstrombremseinrichtung aus einem durch den Probanden in Umdrehungen versetzten Wirbelstromrotor und einer diesem zugeordneten feststehenden Magnetwicklung, durch die ein in dem Rotor Wirbelströme erzeugender Bremsstrom fließt, dessen veränderbare Größe von der vorgewählten Ergometer-Leistung und der momentanen Drehzahl des Rotors abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der vorgewähl­ ten Ergometer-Leistung (P) abhängiger erster Digitalwert (D1) und ein der augenblicklichen Drehzahl (n) des Rotors (17) proportionaler zweiter Digitalwert (D2) einer Rechner- und Prozessorschaltung (29) zugeführt werden, in der aufgrund der darin digital gespeicherten Ab­ hängigkeit des Drehmoments (Md) vom Strom (I) und von der Drehzahl (n) ein dritter Digitalwert (D3) gebildet wird, der die Größe des Brems­ stroms (IE) bestimmt. 1. Ergometer with an eddy current braking device consisting of an eddy current rotor set in rotation by the test subject and an associated fixed magnetic winding through which a braking current that generates eddy currents flows in the rotor, the variable size of which depends on the preselected ergometer output and the current speed of the rotor, characterized in that a first digital value (D 1 ) dependent on the preselected ergometer power (P) and a second digital value (D 2 ) of a computer and processor circuit ( 29 ) proportional to the instantaneous speed (n) of the rotor ( 17 ) are supplied, in which, due to the digitally stored dependency of the torque (M d ) on the current (I) and on the speed (n), a third digital value (D 3 ) is formed, which is the magnitude of the braking current (I E ) certainly. 2. Ergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Digitalwert (D3) durch einen Digital- Analogwandler (33) in einen analogen Strom umgewandelt wird und daß der analoge Strom einem Verstärker (34) zugeführt wird, in welchem der Strom auf einen zur Steuerung der Magnetwicklung (18) erforderlichen Brems­ stromwert verstärkt wird. 2. Ergometer according to claim 1, characterized in that the third digital value (D 3 ) by a digital-to-analog converter ( 33 ) is converted into an analog current and that the analog current is fed to an amplifier ( 34 ) in which the current on a brake current value required to control the magnetic winding ( 18 ) is amplified. 3. Ergometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Feststellen der augenblicklichen Drehzahl (n) des Wirbelstromrotors (17) ein den Rotor optisch abtastender Drehzahlaufnehmer (31) vorgesehen ist, der einen der augenblicklichen Drehzahl entsprechenden Digitalwert ab­ gibt.3. Ergometer according to claim 1 or 2, characterized in that for determining the instantaneous speed (s) of the eddy current rotor ( 17 ) a rotor optically scanning speed sensor ( 31 ) is provided, which gives a digital value corresponding to the instantaneous speed. 4. Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner- und Prozessorschaltung (29) eine Anzeigevorrichtung (37) zum Anzeigen der augen­ blicklich von dem Probanden aufgebrachten Leistung (P) und/oder der Drehzahl (n) und/oder der Arbeit und/oder der Uhrzeit zugeordnet ist.4. Ergometer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the computer and processor circuit ( 29 ) has a display device ( 37 ) for displaying the instantaneously applied by the subject power (P) and / or the speed (s) and / or is assigned to work and / or the time. 5. Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechner- und Prozessorschaltung (29) über eine serielle Schnittstellenanordnung (40) mit einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung (EDV) gekoppelt ist, die die Steuerung des Ergometers ganz oder teilweise übernehmen kann und die die Dokumentation der Versuche übernimmt.5. Ergometer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the computer and processor circuit ( 29 ) via a serial interface arrangement ( 40 ) with an electronic data processing device (EDP) is coupled, which can take over the control of the ergometer in whole or in part and which takes over the documentation of the experiments.
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