DE3813681A1

DE3813681A1 - Ergometer

Info

Publication number: DE3813681A1
Application number: DE3813681A
Authority: DE
Inventors: Helmut Quindt; Hermann Schuster
Original assignee: QUINDT ORTRUDE DR; Forschungsgesellschaft Joanneum GmbH
Current assignee: QUINDT ORTRUDE DR; Joanneum Research Forschungs GmbH
Priority date: 1987-04-22
Filing date: 1988-04-22
Publication date: 1988-11-17

Abstract

Ergometer, especially for bicycles or other devices in which a pivoting or rotating movement can be introduced and in which there is a shaft that is rotatable or pivotable in a bearing. In order to permit very accurate recording of the work done with such an ergometer coupled with a very simple and compact construction, the invention provides that a force transducer be arranged in the region of the bearing which is connected to a computer in which data about the travelled path can be entered.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ergometer, insbe sondere für Fahrräder oder andere Geräte, bei denen eine Schwenk- oder Drehbewegung einleitbar ist und bei denen eine insbesondere in einem Lager dreh- oder schwenkbare Welle vorgesehen ist.The invention relates to an ergometer, in particular especially for bicycles or other devices where one Swiveling or rotary movement can be initiated and in which one especially in a bearing rotatable or swiveling shaft is provided.

Solche Ergometer werden meist bei Trainingsgeräten, Fahrrädern u.dgl. angeordnet, um die vom Benutzer erbrachte Arbeit bzw. Leistung abschätzen zu können. Bekannte derartige Ergometer arbeiten meist nach dem Prinzip, daß ein einstellbarer Widerstand, meist ein Reibrad, oder eine Wirbelstrombremse od.dgl. vorgesehen ist und einfach die Dauer der Übung und allenfalls die Geschwindigkeit der Bewegung der Welle erfaßt wird. Aus diesen Werten kann dann die vom Benutzer erbrachte Arbeit abgeschätzt werden.Such ergometers are mostly used in training equipment, Bicycles and the like arranged to the user-provided To be able to estimate work or performance. Known such Ergometers usually work on the principle that a adjustable resistance, usually a friction wheel, or one Eddy current brake or the like is provided and simply the duration of exercise and at most the speed of movement of the Wave is detected. From these values the from Work performed by users can be estimated.

Der Nachteil dieser bekannten Lösungen liegt einer seits in dem relativ großen Aufwand, der für die Brems einrichtung, insbesondere wenn diese als Wirbelstrombremse ausgeführt wird, und in der geringen Genauigkeit mit der die erbrachte Arbeit erfaßt werden kann. Letzteres ist gegeben, wenn eine Reibungsbremse vorgesehen wird, deren Werte relativ schwer kalibriert werden können und die sich auch mit den Umgebungsbedingungen ändern.The disadvantage of these known solutions is one on the one hand in the relatively large effort required for the brake device, especially if this as an eddy current brake is executed, and in the low accuracy with which work performed can be recorded. The latter is given if a friction brake is provided, its values are relative difficult to calibrate and which can also be used with the Change environmental conditions.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermei den und ein Ergometer der eingangs erwähnten Art vorzuschla gen, bei dem diese Nachteile vermieden sind, das sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und auch in bereits vorhan dene Geräte leicht eingebaut werden kann.The aim of the invention is to avoid these disadvantages to propose the and an ergometer of the type mentioned gene, in which these disadvantages are avoided, which by is characterized by a simple structure and is already available devices can be easily installed.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Bereich des Lagers ein Kraftaufnehmer angeordnet ist, der mit einem Rechner verbunden ist, in dem Daten über den zurückge legten Weg eingebbar sind.According to the invention this is achieved in that A load cell is arranged in the area of the bearing is connected to a computer in which data on the returned can be entered.

Auf diese Weise läßt sich die erbrachte Arbeit ein wandfrei ermitteln. Dazu genügt es einen Kraftaufnehmer im Be reich des Lagers anzuordnen, der sehr einfach auch bei bereits bestehenden Geräten nachgerüstet werden kann. Dabei können be liebige Kraftaufnehmer vorgesehen werden, doch sind Dehnungs meßstreifen besonders einfach zu montieren. In this way, the work can be done determine wall-free. All that is needed is a load cell in the loading to arrange the warehouse, which is very easy even with already existing devices can be retrofitted. It can be arbitrary force transducers are provided, but are stretching measuring strips particularly easy to assemble.

Außerdem läßt sich ein erfindungsgemäßes Ergometer nicht nur bei Standgeräten, z.B. Zimmerfahrädern, Rudermaschi nen u.dgl. anordnen, sondern auch bei voll betriebsfähigen und beweglichen Geräten wie Fahrrädern, Ruderbooten u. ä. ein setzen.In addition, an ergometer according to the invention can be not only for free-standing devices, e.g. Indoor bikes, rowing machines nen and the like arrange, but also with fully operational and moving devices such as bicycles, rowing boats, etc. a put.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge sehen sein, daß der Rechner mit einem Wegaufnehmer verbunden ist.According to a further feature of the invention can be can be seen that the computer is connected to a displacement transducer is.

Auf diese Weise läßt sich mit einem geringen kon struktiven Aufwand der zur Ermittlung der aufgewendeten Arbeit notwendige Weg ermitteln, wobei der Weg nicht unbedingt in Kraftrichtung gemessen werden muß, sondern dieser aus den er faßten Daten unter Berücksichtigung der konstruktiven Details des Gerätes an dem erfindungsgemäßen Ergometer angebracht ist über den Rechner rückgerechnet werden kann.In this way it can be with a small con structural effort of determining the work done determine the necessary route, whereby the route is not necessarily in Direction of force must be measured, but this from which it collected data taking into account the constructive details the device is attached to the ergometer according to the invention can be calculated back on the computer.

Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung des Weges be steht auch darin, daß der Rechner eine Schaltung umfaßt die die vom Kraftaufnehmer gelieferten Signale nach einem bestimm ten Charakteristikum untersucht, das beim Betrieb des Gerätes für die Erreichung einer bestimmten Winkelstellung der Welle charakteristisch ist und deren zeitlicher Abstand einen Hin weis für den zurückgelegten Weg darstellt. Dies ist vor allem bei Geräten angebracht, bei denen die Einhaltung eines bestimmten Bewegungsweges nicht durch konstruktive Maßnahmen starr festgelegt ist, wie letzters bei Fahrrädern durch die Tretkurbel der Fall ist. Beispielsweise fehlt ein solcher zwingend vorgegebener Weg bei Ruderbooten, bei denen die Zuglänge bei jedem Ruderschlag im Belieben des Benutzers liegt, aber bei jedem Schlag eine Umkehr der Kraftrichtung auftritt, die beispielsweise als Charakteristikum zur Erfassung des Weges verwendet werden kann. Wenngleich dies keine exakte Erfassung im physikalischen Sinne ermöglicht, so ist dadurch, daß die Schlaglänge bei geübten Ruderern nur relativ wenig variiert, eine ausreichend genaue Erfassung der geleisteten Arbeit für eine sehr exakte Trainingsüberwachung möglich. Bei Fahrrädern etwa kann der zurückgelegte Weg durch Zählung der Impulse des Kraftaufnehmers ermittelt werden.Another way to capture the path be is also that the computer includes a circuit the signals delivered by the force transducer according to a certain th characteristic that is investigated when operating the device to achieve a certain angular position of the shaft is characteristic and their time interval is a pointer represents wise for the distance covered. Most of all, this is attached to devices where compliance with a certain movement path not by constructive measures is rigidly fixed, as was recently the case with bicycles Pedal crank is the case. For example, one is missing mandatory route for rowing boats, where the Train length with every stroke of the oar at the discretion of the user lies, but with every stroke a reversal of the direction of force occurs, for example, as a characteristic of Detection of the path can be used. Although this no exact recording in the physical sense is possible, so is that the stroke length with experienced rowers only varies relatively little, a sufficiently precise recording of the work done for very precise training monitoring possible. With bicycles, for example, the path covered can Counting the pulses of the force transducer can be determined.

Bei einem erfindungsgemäßen für ein Fahrrad mit einem Kurbellager zur Aufnahme einer die Pedale verbindenden Welle, bei dem eine eine Gleitbahn aufweisende Hülse vorgesehen ist, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die Hülse des Kurbellagers einen zu deren Stirnseite im wesentlichen parallel verlaufenden Einschnitt aufweist, dessen Tiefe die Wandstärke der Hülse übersteigt, in dessen Bereich ein als Kraftaufnehmer dienender Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist.In an inventive for a bicycle with a Crank bearing for receiving a shaft connecting the pedals, in which a sleeve having a slideway is provided, can be provided according to a further feature of the invention be that the sleeve of the crank bearing one to the front side has essentially parallel incision, whose depth exceeds the wall thickness of the sleeve, in the Area of a strain gauge serving as a force transducer is arranged.

Durch diese Maßnahmen wird die Steifigkeit der Lager hülse in einem kleinen Bereich vermindert, wodurch sich bei den auftretenden Belastungen in diesem Bereich größere und da her leichter erfassbare Verformungen der Hülse ergeben, die durch die Dehnungsmeßstreifen leicht erfaßt werden können. Da bei lassen sich die Dehnungsmeßstreifen auch sehr leicht nach träglich einbauen und auch die Montage eines Rechners samt ei ner entsprechenden Anzeigeeinrichtung bereitet keinerlei Pro bleme.Through these measures, the rigidity of the bearings sleeve in a small area, which results in the occurring loads in this area larger and there forth easier to detect deformations of the sleeve that can be easily detected by the strain gauges. There The strain gauges can also be easily removed install sluggishly and also the assembly of a computer including egg No corresponding display device prepares any pro bleme.

Grundsätzlich ist jedoch die Erfindung keineswegs auf die Anordnung von Dehnungsmeßstreifen begrenzt, sondern es können auch andere Kraftaufnehmer, z.B. piezoelektrische Kraftaufnehmer verwendet werden.In principle, however, the invention is by no means based on the arrangement of strain gauges limited, but it other force transducers, e.g. piezoelectric Force transducers can be used.

Um bei einem Fahrrad die vom Benutzer aufgebrachte Kraft besonders einfach erfassen zu können, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß der Deh nungsmeßstreifen im Bereich der Verbindungslinie der beiden Kettenräder des Fahrrades angeordnet ist.In order for the bicycle applied by the user To be able to grasp force particularly easily can, according to one Another feature of the invention can be provided that the Deh voltage measuring strips in the area of the connecting line of the two Sprockets of the bike is arranged.

Auf diese Weise ist es sehr einfach möglich die auf die Kette über die Kurbel ausgeübte Kraft zu erfassen.This way it is very easy to get on to detect the force exerted by the chain on the crank.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hülse im Bereich des Dehnungsmeßstrei fens eine umlaufende Nut aufweist, wodurch eine Verformung der Lagerhülse in einem sehr begrenzten Bereich erleichtert und damit die Amplitude des Ausgangssignales des Dehnungsmeß streifens bei gleicher angreifender Kraft vergrößert wird, wo durch auch die Auswertung der Signale des Dehnungsmeßstreifens erleichtert und insbesondere beim Verstärkungsaufwand Einsparungen ermöglicht werden. In a preferred embodiment of the invention it is provided that the sleeve in the area of the strain gauge fens has a circumferential groove, whereby a deformation of the Bearing sleeve facilitated in a very limited area and thus the amplitude of the output signal of the strain gauge strip is enlarged with the same attacking force, where by also evaluating the signals from the strain gauge relieved and especially when it comes to reinforcement Savings are made possible.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher er läutert. Dabei zeigen:The invention will now he closer to the drawing purifies. Show:

Fig. 1 schematisch ein Fahrrad mit einem erfindungs gemäßen Ergometer, Fig. 1 shows schematically a bicycle with a fiction, modern ergometer

Fig. 2 schematisch eine Auswerteschaltung für ein er findungsgemäßes Ergometer, Fig. 2 schematically shows an evaluation circuit for a he invention according ergometer

Fig. 3 bis 5 Details des Fahrrades gemäß der Fig. 1, und FIGS. 3 to 5 Details of the bicycle shown in FIG. 1, and

Fig. 6 schematisch die bei dem Rad gemäß Fig. 1 auf tretenden Kräfte. Fig. 6 shows schematically the forces occurring in the wheel of FIG. 1.

An der Kurbelscheibe des Fahrrades und dessen Hinter rad sind kleine Permanentmagnete 1 angeordnet, die mit an der hinteren Gabel angeordneten Aufnehmern 2 und 3 zusammenwirken und mit diesen zur Erfassung des von der Kurbelscheibe, bzw. dem Hinterrad zurückgelegten Weges dienen.On the crank disc of the bicycle and its rear wheel, small permanent magnets 1 are arranged, which cooperate with sensors 2 and 3 arranged on the rear fork and serve to detect the path covered by the crank disc or the rear wheel.

Das Kurbellager 4 des Fahrrades ist, wie noch anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert werden wird, mit einem Kraftaufneh mer versehen.The crank bearing 4 of the bicycle is, as will be explained with reference to FIGS . 3 to 5, provided with a Kraftaufneh mer.

Dieser Kraftaufnehmer und die Aufnehmer 2 und 3 sind über Verbindungsleitungen 5 mit einem Rechner 6 verbunden, der seinerseits mit einer Anzeigeeinrichtung 7 verbunden ist.This force transducer and the transducers 2 and 3 are connected via connecting lines 5 to a computer 6 , which in turn is connected to a display device 7 .

Bei der dargestellten Ausführungsform sind, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, die Aufnehmer 2 und 3 als induktive Aufnehmer ausgebildet. Diese sind über Schaltverstärker 8 mit einem Eingangsbuffer des Rechners 6 verbunden.In the embodiment shown, as can be seen from FIG. 2, the sensors 2 and 3 are designed as inductive sensors. These are connected to an input buffer of the computer 6 via switching amplifiers 8 .

Der Kraftaufnehmer 16, der beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet ist, ist über einen Verstärker 9 mit einem Analog-Digital-Wandler des Rechners 6 verbunden, an den auch noch über einen weiteren Eingangsbuffer ein Umschalttaster 10 angeschlossen ist, mit dem die Auswertung der über die Aufnehmer 2 und 3 und den Kraftaufnehmer 16 erfaßten Daten durch den Rechner und damit auch die Anzeige, wahlweise geändert werden kann. Dabei können durch den Rechner, der auch über einen Zeitgeber 19 verfügt aus den erwähnten Daten die aufgebrachte Leistung, die gelei stete Arbeit, die zurückgelegte Wegstrecke, die mittels des Aufnehmers 2 erfaßbar ist, die Geschwindigkeit des Fahrrades und die Trittfrequenz ermittelt und zur Anzeige gebracht wer den. Weiters kann noch die Zeit zur Anzeige gebracht werden. The force transducer 16 , which is designed as a strain gauge in the exemplary embodiment shown, is connected via an amplifier 9 to an analog-digital converter of the computer 6 , to which a changeover switch 10 is also connected via a further input buffer, with which the evaluation of the Data acquired via the transducers 2 and 3 and the force transducer 16 can optionally be changed by the computer and thus also the display. It can be determined by the computer, which also has a timer 19 from the data mentioned, the power applied, the work performed, the distance covered, which can be determined by means of the transducer 2 , the speed of the bicycle and the cadence and displayed will. The time can also be displayed.

Für die Ermittlung der Arbeit, der Leistung und der Trittfrequenz dienen die Signale des Kraftaufnehmers und des Aufnehmers 3.The signals from the force transducer and the transducer 3 are used to determine the work, the power and the cadence.

Wie schematisch aus der Fig. 3 zu ersehen ist, ist der als Dehnungsmeßstreifen ausgebildete Kraftaufnehmer 16 im Lager 4 im Bereich der hinteren Gabel des Rahmens 17 des Fahr rades angeordnet und liegt daher im Bereich der Verbindungsli nie der beiden Kettenräder des Fahrrades.As can be seen schematically from FIG. 3, the force transducer 16 designed as a strain gauge is arranged in the bearing 4 in the bearing 4 in the region of the rear fork of the frame 17 of the driving wheel and is therefore never in the region of the connecting link of the two chain wheels of the bicycle.

In dem Lager 4 ist in üblicher Weise die mit dem mit der Kette 14 in Eingriff stehenden Kettenrad 13 und der Kur bel 12 drehfest verbundene Kurbelwelle 18 mittels der Ku geln 15 gelagert.In the bearing 4 in the usual manner, the crankshaft is connected rotatably to the engaged with the chain sprocket 14 and 13 of the treatment bel 12 is 18 by means of the rules 15 stored Ku.

Das Lager 4 weist, wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, in üblicher Weise eine Lagerhülse 20 auf, die mit einem Ge winde in eine Aufnahme des Rahmens des Fahrrades einschraubbar ist. Diese Hülse 20 weist eine Laufbahn 23 für die Kugeln 15 auf, die weiters an der Laufbahn 24 der Kurbelwelle 18 abge stützt sind.The bearing 4 has, as can be seen from Fig. 5, in the usual way, a bearing sleeve 20 which is screwed with a Ge thread into a receptacle of the frame of the bicycle. This sleeve 20 has a raceway 23 for the balls 15 , which are also based on the raceway 24 of the crankshaft 18 .

Unmittelbar neben den mit Ansatzflächen für einen Schraubenschlüssel versehenen erhöhten Rand der Hülse 20 ist in dieser ein parallel zu deren Stirnseite verlaufender Ein schnitt 25 angebracht, dessen Tiefe die Wandstärke der Hülse übersteigt. Weiters ist neben dem erhöhten Rand der Hülse in diese eine umlaufende Nut 26 eingearbeitet, in deren Grund der Dehnungsmeßstreifen 16 eingelegt bzw. an diesem festgeklebt ist.Immediately next to the raised edge of the sleeve 20 provided with attachment surfaces for a wrench there is a cut 25 parallel to the end face thereof, the depth of which exceeds the wall thickness of the sleeve. In addition to the raised edge of the sleeve, a circumferential groove 26 is incorporated into the sleeve, in the base of which the strain gauge 16 is inserted or glued to it.

Die Anschlüsse des Dehnungsmeßstreifens 16 sind über eine Leitungsdurchführung 21 (Fig. 4) ausgeführt.The connections of the strain gauge 16 are carried out via a cable bushing 21 ( FIG. 4).

Fig. 6 zeigt in Form von Vektoren die auftretenden Kräfte, wobei aus diesem Kraftdiagramm ersichtlich ist, daß bei der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Anordnung des Kraft aufnehmers nur die der resultierenden Kettenkraft entspre chende Lagerkraft von dem Kraftaufnehmer 16 erfaßt und einer Auswertung zugeführt wird. Damit ist eine einfache und sehr genaue Erfassung der geleisteten Arbeit und aufgebrachten Lei stung möglich Fig. 6 shows in the form of vectors, the forces occurring, from this force diagram it can be seen that in the arrangement of the force transducer shown in FIGS . 1 and 3, only the bearing force corresponding to the resulting chain force detected by the force transducer 16 and an evaluation is fed. This enables a simple and very precise recording of the work performed and the performance performed

Claims

1. Ergometer, in particular for bicycles or other devices in which a swivel or rotary movement can be initiated and in which a rotatable or pivotable shaft is provided in a bearing, characterized in that in the area of the bearing ( 4 ) a force transducer ( 16 ) is arranged, which is connected to a computer ( 6 ) in which data can be entered via the path covered.

2. Ergometer according to claim 1, characterized in that the computer ( 6 ) is connected to a displacement sensor ( 3 , 2 ).

3. Ergometer according to claim 1 or 2, characterized in that the computer comprises a circuit which examines the signals supplied by the force transducer ( 16 ) after a specific charak teristikum which charactistic when operating the device to achieve a certain angular position of the shaft and the time interval between them is an indication of the distance covered.

4. Ergometer according to claim 3, characterized in that the The pulses delivered by the encoder are counted and used for determination of the distance covered are evaluated.

5. Ergometer according to one of claims 1 to 4 for a bicycle with a crank bearing for receiving a the pedals connect the shaft, in which a sleeve having a slideway is seen before, characterized in that the sleeve ( 20 ) of the crank bearing ( 4 ) has an incision ( 25 ) running essentially parallel to the end face, the depth of which exceeds the wall thickness of the sleeve, in the area of which a strain gauge ( 16 ) serving as a force transducer is arranged.

6. Ergometer according to claim 5, characterized in that the strain gauge ( 16 ) is arranged in the region of the connecting line of the two sprockets of the bicycle.

7. Ergometer according to claim 5 or 6, characterized in that the sleeve ( 20 ) in the area of the strain gauge ( 16 ) has a circumferential groove ( 26 ).