DE3878878T2

DE3878878T2 - Fahrradtrainingsgeraet mit belastungseinrichtung.

Info

Publication number: DE3878878T2
Application number: DE8888311589T
Authority: DE
Inventors: Kenzo Shiba
Original assignee: CatEye Co Ltd
Current assignee: CatEye Co Ltd
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2008-12-08
Also published as: EP0323056A3; EP0323056B1; FI885859A; FI885859A0; NO173169C; US4898379A; NO885795L; DK694288D0; NO885795D0; AU2655588A; CA1309739C; JPH01104168U; JPH044765Y2; DE3878878D1; AU604996B2; FI94315C; FI94315B; EP0323056A2; NO173169B; ES2038772T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrradtrainingsgeräte und insbesondere ein Fahrradtrainingsgerät, mit dem innerhalb des Hauses trainiert werden kann, wobei wirkliches Fahrradfahren außerhalb des Hauses simuliert wird.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Bisher wurden verschiedene Fahrradtrainingsgeräte für das Training innerhalb des Hauses entwickelt, bei dem wirkliches Fahrradfahren außerhalb des Hauses simuliert wird. Auf diesen Fahrradtrainingsgeräten ist ein Fahrrad befestigt, das kein Vorderrad aufweist, und dessen Hinterrad in Rollkontakt mit einer drehbaren Rolle steht, auf die eine Last gegeben wird.
Die Figur 17 ist eine schematische Seitenansicht eines solchen Fahrradtrainingsgerätes, wie es in dem US-Patent 4.441.705 beschrieben ist, und die Figur 18 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie XVIII-XVIII der Figur 17.
Im Folgenden werden der Aufbau und die Funktionen des Fahrradtrainingsgerätes unter Bezugnahme auf diese Figuren beschrieben.
Ein Fahrrad, dessen Vorderrad entfernt wurde, ist über die Vorderrad- Gabel 16 und einen Bügel 154 auf einem vorderen Rahmen 152 und einer Stütze 156 befestigt. Der vordere Rahmen 152 ist mit einer Auflage 150 verbunden, die ein Grundrahmen des Fahrradtrainingsgerätes ist, und ein Höheneinsteller 158, in den die Stütze 156 zur Einstellung der Höhe eingeschoben wird, ist an einem mittleren Teil der Auflage 150 befestigt. Ein senkrecht zu der Auflage 150 angeordnetes, stabiles Einstellteil 151 in Form eines Rohrs zum stabilen Einstellen des Fahrradtrainingsgerätes ist mit einem Ende der Auflage 150 verbunden. Eine Belastungseinrichtung 1, auf der das Hinterrad 10 angeordnet ist, ist nahe bei dem stabilen Einstellteil 151 mittels einer Klemmvorrichtung 164 an einem Teil der Auflage 150 befestigt. Die Belastungseinrichtung 1 besteht aus einer Rolle 26 mit einem hohen Reibungskoeffizienten, die einen Reifen 44 des Hinterrads 10 berührt, einer drehbaren Welle 162, die mit der Rolle 26 fest verbunden ist und in einem Tragrahmen 30 drehbar gelagert ist, einem Ventilator 50, der an einem Ende der drehbaren Welle 162 befestigt ist, und einem Trägheitsrad 166, das an dem anderen Ende der drehbaren Welle 162 befestigt ist. Der Ventilator 50 ist durch ein Gehäuse 51 abgedeckt, das eine Öffnung aufweist, an die ein Luftschlauch 160 angeschlossen ist, dessen oberes Ende nahe bei der Lenkstange des Fahrrads angeordnet ist.
Wenn das Fahrradtrainingsgerät benutzt werden soll, wird die Höhe der Stütze 156 mittels des Höheneinstellers 158 entsprechend der Größe des zu befestigenden Fahrrads eingestellt und der Bügel 154 an der Stütze 156 befestigt. Danach wird die Klemmvorrichtung 164 eingestellt, wozu der Tragrahmen 30 nach vorne oder hinten geschoben wird, bis der Reifen 44 die Rolle 26 berührt, und dann wird die Belastungseinrichtung 1 mittels der Klemmvorrichtung 164 festgestellt. Nach der Einstellung und Befestigung des Fahrrads fährt der Benutzer mittels der Pedale 14 auf dem Fahrrad, wobei er wie beim wirklichen Fahrradfahren trainiert. Die Pedalbewegung bewirkt eine Drehung des Hinterrads 10, wobei die Rolle 26 durch den Reifen 44 gedreht wird. Über die Welle 162 drehen sich der Ventilator 50 und das Trägheitsrad 166 gleichzeitig mit der Rolle 26. Das Trägheitsrad 166 dient zur Erzeugung des Fahrwiderstandes beim wirklichen Fahrradfahren, und es kann jederzeit durch ein anderes Trägheitsrad von verschiedener Größe oder verschiedenem Gewicht ersetzt werden. Der Ventilator 50 dient zur Erzeugung des Luftwiderstandes beim wirklichen Fahrradfahren, wobei entsprechend der Drehung der Rolle 26, das heißt, der wirklichen Fahrgeschwindigkeit, ein Widerstand auf die Welle 162 ausgeübt wird. Die durch die Drehung des Ventilators 50 erzeugte Luft bläst über den Luftschlauch 160 von vorne auf den Benutzer des Fahrradtrainingsgerätes, so daß ein Effekt wie beim Fahrradfahren außerhalb des Hauses hervorgerufen wird.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Fahrradtrainingsgerät ist es schwierig, den Fahrwiderstand beim wirklichen Fahrradfahren genau zu simulieren.
Das Trägheitsrad 166 und der Ventilator 50 sind zwar vorgesehen, um den Fahrwiderstand und den Luftwiderstand beim wirklichen Fahrradfahren zu simulieren, aber diese Einrichtungen erfüllen ihre Funktion nur bei einem genau eingestellten Kontakt zwischen dem Reifen 44 und der Rolle 26. Die Einstellung des Kontakts hängt jedoch von der Einstellung des Höheneinstellers 158 und der Klemmvorrichtung 164 ab, und daher kann eine genaue Einstellung der Kontaktkraft nicht erwartet werden. Folglich kann der Widerstand, der durch das Trägheitsrad 166 und den Ventilator 50 auf die Welle 162 ausgeübt wird, über die unter dem Reifen 44 angeordnete Rolle 26 nicht genau auf die Kurbel der Pedale 14 übertragen werden, und kann eine genaue, stabile Arbeitslast nicht in befriedigender Weise für den Benutzer vorgegeben werden.
In dem Patent US-A-4 441 705 wird also ein Fahrradtrainingsgerät beschrieben, auf dem ein Antriebsrad angebracht ist, das durch die Pedalbewegung in Drehung versetzt wird, wobei dieses Fahrradtrainingsgerät eine drehbare Rolle und Positionseinstellmittel zum Einstellen der Rolle auf eine vorgegebene Position bezüglich des Antriebsrads aufweist. Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch Andrückmittel, die diese Rolle dauernd in Richtung des Antriebsrads schieben, um sie gegen das Antriebsrad zu drücken, Blockiermittel, die in diese Andrückmittel eingreifen, um die Bewegung dieser Rolle in Richtung des Antriebsrads zu blockieren, und Freigabemittel, die diese Blockiermittel von den Andrückmitteln lösen, wobei die Positionseinstellmittel so angeordnet sind, daß die Rolle auf eine vorgegebene Position eingestellt wird, während die Bewegung der Rolle durch diese Blockiermittel blockiert ist, und die Freigabemittel die Blockiermittel von den Andrückmitteln lösen können, wodurch die Rolle gegen das Antriebsrad gedrückt wird.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei auf die im Anhang beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen:
Die Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Grundrahmens eines fahrradtrainingsgerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht des Grundrahmens der Figur 1, auf dem ein Fahrrad montiert ist.
Die Figuren 3A und 3B sind Schnittansichten gemäß der Schnittlinie III-III der Figur 1.
Die Figur 4 ist eine Seitenansicht bei Betrachtung von der Seite IV-IV der Figur 1.
Die Figur 5 ist eine Seitenansicht bei Betrachtung von der Seite V-V der Figur 1.
Die Figur 6 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie VI-VI der Figur 5.
Die Figur 7 ist eine schematische Schnittansicht des Impulsgenerators und der geschlitzten Scheibe der Figur 6.
Die Figur 8 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie VIII-VIII der Figur 7.
Die Figur 9 ist eine Seitenansicht der Anzeigeeinheit und des Lastwählers der Figur 2.
Die Figur 10 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie X-X der Figur 9.
Die Figur 11 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die elektrische Schaltung eines Fahrradtrainingsgerätes gemäß der Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
Die Figur 12 ist ein schematisches Flußdiagramm, das verschiedene Verarbeitungsvorgänge des Fahrradtrainingsgerätes gemäß der Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
Die Figur 13 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Leistung und der Fahrgeschwindigkeit bei dem Fahrradtrainingsgerät gemäß der Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
Die Figur 14 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Leistung und der Fahrgeschwindigkeit für vorgegebene Steigungen bei dem Fahrradtrainingsgerät gemäß der Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
Die Figur 15 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Rutschverhältnis und dem virtuellen Rollenwellen-Drehmoment bei dem Fahrradtrainingsgerät gemäß der Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
Die Figur 16 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der auf den Reifen wirkenden Andrückkraft und der Leistung zur Überwindung des Rollwiderstandes von Rolle und Reifen bei dem Fahrradtrainingsgerät gemäß der Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
Die Figur 17 ist eine schematische Seitenansicht eines herkömmlichen Fahrradtrainingsgerätes.
Die Figur 18 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie XVIII- XVIII der Figur 17.
Im Folgenden werden zunächst das Konzept und die Theorie eines Fahrradtrainingsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, und danach der Aufbau und der Betrieb einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei dem Fahrradtrainingsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Last, die einen Fahrwiderstand auf ebenem Boden, oder einen Steigwiderstand bei einer Steigung auf der Basis eines Rollwiderstandes bzw. eines Luftwiderstandes beim wirklichen Fahrradfahren genau simuliert, auf ein Antriebsrad eines Fahrrads gegeben, das auf dem Fahrradtrainingsgerät befestigt ist, so daß der Benutzer innerhalb des Hauses so trainieren kann wie beim wirklichen Fahrradfahren.
Im allgemeinen wird der Gesamtfahrwiderstand (R) eines Fahrrads beim wirklichen Fahrradfahren folgendermaßen ausgedrückt:
R = Rr + Ra + Rs
Rr: Rollwiderstand
Ra: Luftwiderstand
Rs: Steigwiderstand bei einer Steigung
In der Praxis kommt noch ein Beschleunigungswiderstand hinzu, aber es ist schwierig, einen Widerstand für eine zunehmende Trägheitsenergie aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen bei der Beschleunigung anzunähern.
Der Rollwiderstand (Rr) ist der Widerstand der Kontaktfläche zwischen dem Fahrrad und dem Boden. Dieser Widerstand wird folgendermaßen ausgedrückt:
Rr = W × u (kp)
W : Gewicht des Benutzers + Gewicht des Fahrrads (kp)
u : Rollwiderstandskoeffizient des Reifens
Der Luftwiderstand (Ra) ist ein Widerstand, der beim Fahren zwischen der Luft und dem Benutzer, sowie dem Fahrrad hervorgerufen wird, und der folgendermaßen ausgedrückt wird:
Ra = Cd × A × v²/2 (kp)
Cd: Widerstandskoeffizient
A : Nach vorne projizierte Fläche des Benutzers und des Fahrrads (m2)
: Luftdichte (0,125 kg.m&supmin;&sup4;.s²)
v : Fahrgeschwindigkeit (v.s&supmin;¹)
Folglich wird die Leistung P zur Überwindung des Fahrwiderstandes auf ebenem Boden folgendermaßen ausgedrückt:
Pl = (Rr + Ra) × g × v (Watt)
g: Erdbeschleunigung (9,8 m.s&supmin;²) 25
Die Figur 13 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Leistung Pl und der Fahrgeschwindigkeit v wiedergibt. In diesem Diagramm geben die Kurven die Leistung für den Rollwiderstand, die Leistung für den Luftwiderstand, sowie die Leistung für den Fahrwiderstand auf ebenem Boden wieder, berechnet mit der oben angegebenen Gleichung aufgrund der folgenden Annahmen: Der Rollwiderstandskoeffizient auf ebenem Boden beträgt u = 0,012; das Gesamtgewicht als Mittelwert eines üblichen Sportfahrrads und eines Benutzers beträgt W = 81,6 kp (180 lbf); die projizierte Fläche bei nach vorne geneigter Körperhaltung beträgt A = 0,36 m²; und der Luftwiderstandskoeffizient bei dieser Körperhaltung beträgt Cd = 0,88.
Die Punkte stellen Meßwerte für die Leistung aufgrund des Rollwiderstandes einer Rolle dar; die Punkte stellen Meßwerte für die Leistung aufgrund des Windradwiderstandes dar; und die Punkte stellen Werte dar, die durch Addition der Meßwerte für die Leistung aufgrund des Windradwiderstandes und der Meßwerte für die Leistung aufgrund des Rollwiderstandes erhalten wurden.
Der Gesamtwiderstand (R) beim Fahren an einer Steigung wird folgendermaßen ausgedrückt:
R = Rr + Ra
Rr + Ra: Fahrwiderstand auf ebenem Boden
Rs: Steigwiderstand
Rs = W × sin θ (kp)
θ : Steigungswinkel
Die Leistung Ps zur Überwindung des Steigwiderstandes beträgt folglich:
Ps = Rs × g × v (Watt)
Die Figur 14 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Leistung Ps und der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrrads für jeden angegebenen Steigungswinkel wiedergibt. In diesem Diagramm stellen die Kurven berechnete Werte für die Leistung zur Überwindung des Steigwiderstandes für die verschiedenen Steigungswinkel bei W = 81,6 kp dar.
Die Punkte stellen Meßwerte dar, die die Leistung für die verschiedenen Steigungswinkel wiedergeben, wozu die Position eines Magneten geändert wurde, um die oben wiedergegebenen berechneten Werte zu simulieren.
Jeder der so dargestellten Meßwerte ist ein Wert, der durch Subtraktion der Leistung zur Überwindung des Rollwiderstandes der Rolle von der Leistung zur Überwindung des Rotationswiderstandes der Rolle infolge der Wirkung des Magneten erhalten wurde.
Folglich wird die Gesamtleistung Pa beim Fahren an einer Steigung folgendermaßen ausgedrückt
Pa = (Rr + Ra + Rs) × g × v (Watt)
Um den Gesamtfahrwiderstand beim wirklichen Fahrradfahren entsprechend der obigen Beschreibung genau zu simulieren, wird das erfindungsgemäße Fahrradtrainingsgerät folgendermaßen gebaut: Der Rollwiderstand wird durch eine drehbare Rolle vorgegeben, die das Hinterrad berührt. Der Luftwiderstand wird durch eine erste Belastungseinrichtung, das heißt, einen Ventilator vorgegeben, der an einem Ende der Welle der drehbaren Rolle befestigt ist, und der Steigwiderstand wird durch eine zweite Belastungseinrichtung, das heißt, eine Wirbelstrom-Belastungseinrichtung vorgegeben, die an dem anderen Ende der Rollenwelle vorgesehen ist und aus einem scheibenförmigen Leiter und einem auf beiden Seiten dieses Leiters angeordneten Magneten besteht. Der Ventilator hat eine solche Form, daß die Leistung aufgrund eines Drehmomentes, das von dem Hinterrad durch Drehung des die Rolle berührenden Hinterrades auf die Kurbelwelle übertragen wird, den in der Figur 13 wiedergegebenen Meßwert erreichen kann, der gleich einem berechneten Wert ist. Außerdem ermöglicht die Steuerung des durch den Magneten hervorgerufenen und auf den Leiter wirkenden Magnetflusses, daß die auf die gleiche Weise gemessene Leistung gleich einem simulierten berechneten Wert für eine Steigung ist, wie dies in der Figur 14 gezeigt ist.
Um eine entsprechende Geschwindigkeit beim wirklichen Fahrradfahren zu berechnen, ist es außerdem erforderlich, das Rutschen zwischen dem Hinterrad und der Rolle zu berücksichtigen.
Die Figur 15 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Rutschverhältnis und dem virtuellen Rollenwellen-Drehmoment wiedergibt.
In diesem Diagramm wird das virtuelle Rollenwellen-Drehmoment (TQ) mit der folgenden Gleichung berechnet:
TQ = Kurbelwellendrehmoment × Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle/Anzahl der Umdrehungen der Rollenwelle
Die auf die Rolle wirkende Zwangskraft N beträgt in diesem Fall 24 kp.
Da der Rollwiderstand, wie oben beschrieben, durch die das Hinterrad berührende Rolle vorgegeben wird, ist es wichtig, die auf die Rolle wirkende Zwangskraft, das heißt, die auf den Reifen wirkende Andrückkraft zu bestimmen, um den Rollwiderstand, sowie andere Widerstände genau zu simulieren.
Die Figur 16 ist ein Diagramm, das die auf den Reifen wirkende Andrückkraft und die Leistung zur Überwindung des Rollwiderstandes zwischen der Rolle und dem Reifen bei einem Reifen-Luftdruck von 6 at wiedergibt.
In diesem Diagramm ist auf der Abszisse die auf den Reifen wirkende Andrückkraft, und auf der Ordinate die Leistung aufgetragen, so daß der Zusammenhang für jede vorgegebene Geschwindigkeit des Fahrrads wiedergegeben wird. Die bei diesem Fahrradtrainingsgerät auf den Reifen wirkende Andrückkraft ist auf 24 kp eingestellt, so daß die in der Figur 13 wiedergegebene Leistung zur Überwindung des Rollwiderstandes beim wirklichen Fahrradfahren von der sich drehenden Rolle wiedergegeben wird. Obwohl erwartet wird, daß der Rollwiderstand je nach dem Zustand der Bodenoberfläche variiert, ist es daher immer möglich, die Leistung durch einen entsprechenden Wert zu simulieren, wozu die Kraft, mit der die Rolle gegen den Reifen gedrückt wird, dauernd auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, wobei angenommen wird, daß die Leistung beim wirklichen Fahrradfahren auf einem vorgegebenen Rollwiderstand basiert.
Nachstehend wird der Aufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
Die Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Grundrahmens eines fahrradtrainingsgerätes gemäß dieser Ausführungsform, und die Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht, bei der ein Fahrrad auf dem Fahrradtrainingsgerät montiert ist.
In diesen Figuren sind ein vorderer Rahmen 20 und ein hinterer Rahmen 22 über ein Radabstands-Einstellrohr 5 miteinander verbunden zwecks Einstellung entsprechend der Länge des Radabstands bei einem Fahrrad mittels der Einstellschrauben 18. An dem vorderen Rahmen 20 ist eine vordere Stütze 6 befestigt, um das Fahrradtrainingsgerät stabil aufstellen zu können, und diese Stütze 6 ruht auf dem Fußboden 11. An dem vorderen Rahmen 20 sind außerdem ein Halter 7 zum Befestigen der Vorderrad-Gabel 16 des Fahrrads, und eine Stütze 8 zum Befestigen einer Anzeige 9 angebracht. An dem hinteren Rahmen 22 ist andererseits ein hinterer Bügel 4 angebracht, der an seinem oberen Ende einen Halter 3 zum Befestigen der Nabenachse des Hinterrads 10 aufweist. Über eine Belastungseinrichtungs-Auflage 2 ist eine Belastungseinrichtung 1, auf die das Hinterrad 10 aufgesetzt wird, mit dem Endteil des hinteren Rahmens 22 verbunden. Mit dem so aufgebauten Fahrradtrainingsgerät kann der Benutzer innerhalb des Hauses trainieren, wobei wirkliches Fahrradfahren simuliert wird, wozu das Hinterrad 10 über einen Kurbelarm 12 mittels der Pedale 14 gedreht wird.
Die Figuren 3A und 3B sind Schnittansichten gemäß der Schnittlinie III-III der Figur 1, bei der ein Fahrrad montiert ist. Die Figur 3A zeigt einen Zustand, in dem die Rolle den Reifen des Hinterrades noch nicht zusammendrückt, und die Figur 3B zeigt einen Zustand, in dem die Rolle den Reifen zusammendrückt.
Der in diesen Figuren dargestellte Aufbau wird im Folgenden beschrieben.
Die Belastungseinrichtungs-Auflage 2 kann in den hinteren Rahmen 22 eingeschoben werden, an dem eine Einstellschrauben-Mutter 46 zum Feststellen der Belastungseinrichtungs-Auflage 2 in einer beliebigen eingeschobenen Position angebracht ist. In den hinteren Rahmen 22 und die Belastungseinrichtungs-Auflage 2 sind Abstandsstücke 42a bzw. 42b eingesetzt, um eine stabile Auflage auf dem Boden 11 zu erhalten. Auf der Belastungseinrichtungs-Auflage 2 ist eine ßefestigungsplatte 32 vorgesehen, auf der eine Schraubenfeder 34 angebracht ist. An dem einen Ende der Platte 32 ist ein Halter 29 zur drehbaren Befestigung einer Befestigungswelle 28 angebracht, und an dem anderen Ende dieser Platte ist ein Halter 41 zur drehbaren Befestigung einer Befestigungswelle 40 angebracht. In zwei Tragrahmen 30, die auf beiden Seiten des Hinterrad-Reifens 44 vorgesehen sind, ist eine Rollenwelle 24 drehbar gelagert, die mit der den Hinterrad-Reifen 44 berührenden Rolle 26 fest verbunden ist. Die zwei Tragrahmen 30 sind um die Befestigungswelle 28 drehbar, und die Schraubenfeder 34 berührt eine untere Fläche einer Querplatte 31, die die zwei Tragrahmen 30 miteinander verbindet. Ein an der Platte 31 befestigter Feststellhebel 37, dessen eines Ende mit einem Pedal 36 verbunden ist, greift in eine um die Befestigungswelle 40 drehbare Pedalklammer 38 ein.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1, 2, 3A und 3B werden nun der Montagevorgang für ein Fahrrad und der Einstellvorgang für die Belastungseinrichtung beschrieben.
Zunächst werden die Einstellschrauben 18 gelöst, und dann wird die Länge des Radabstands-Einstellrohrs 5 entsprechend dem Radabstand des Fahrrads eingestellt, und schließlich werden die Einstellschrauben 18 wieder festgezogen. Danach werden die Vorderrad-Gabel 16 und die Hinterrad-Nabe des Fahrrads mittels des Vorderradgabel-Befestigungshalters 7 bzw. des Hinterradnabenwellen-Befestigungshalters 3 befestigt. Wenn das Fahrrad montiert ist, wird die Schraube in der Einstellschrauben-Mutter 46 gelöst, damit die Belastungseinrichtungs-Auflage 2 bezüglich des hinteren Rahmens 22 verschoben werden kann, wobei diese Verschiebung bei zusammengedrückter Schraubenfeder 34 erfolgt, das heißt, wenn der Haken der Pedalklammer 38 den Feststellhebel 37 blockiert, weil das Pedal 36 heruntergedrückt wurde. Danach wird die Rollenwelle 24 zusammen mit der Belastungseinrichtungs- Auflage 2 in Richtung des Hinterrad-Reifens 44 verschoben, und die Rollenwelle 24 wird in einer Position festgestellt, in der die Rolle 26 den Hinterrad-Reifen 44 berührt. In dieser Position wird die Einstellschraube der Einstellschrauben-Mutter 46 festgezogen, so daß die Belastungseinrichtungs-Auflage 2 mit dem hinteren Rahmen 22 fest verbunden ist. Danach wird die Pedalklammer 38 von dem Feststellhebel 37 gelöst, wodurch die Platte 31 durch die elastische Kraft der zusammengedrückten Schraubenfeder 34 nach oben bewegt wird, so daß über die Tragrahmen 30 und die Rollenwelle 24 die Rolle 26 gegen den Hinterrad-Reifen 44 gedrückt wird.
Dieser Zustand ist in der Figur 3B wiedergegeben, in der die elastische Kraft der Schraubenfeder so eingestellt ist, daß der Hinterrad-Reifen 44 an der Berührungsstelle 48 durch die Rolle 26 um 6 mm zusammengedrückt wird, das heißt, daß die auf den Reifen wirkende Andrückkraft 24 kp beträgt.
Die Figur 4 ist eine Seitenansicht der Belastungseinrichtung bei Betrachtung von der Seite IV-IV der Figur 1, wobei eine Abdeckung von der Belastungseinrichtung abgenommen wurde.
In der Figur 4 ist an dem einen Ende der Rollenwelle 24 ein Ventilator 50 vorgesehen, dessen Form der Leistung entspricht, die zur Überwindung des Luftwiderstandes erforderlich ist, wie dies oben beschrieben wurde.
Die Figur 5 ist eine Seitenansicht der Belastungseinrichtung bei Betrachtung von der Seite V-V der Figur 1, wobei ebenfalls die Abdeckung abgenommen wurde.
Die Figur 6 ist ein Schnittansicht gemäß der Schnittlinie VI-VI der Figur 5.
Im Folgenden wird auf diese Figuren Bezug genommen. An dem Ende der Rollenwelle 24, das dem Ende mit dem Ventilator gegenüberliegt, ist über eine Befestigungsnabe 76, bei der Kühlrippen 54 gebildet werden, eine Kupferscheibe 52 befestigt. Ein Permanentmagnet 56 von flacher Form, in den ein Teil der Scheibe 52 hineinragt, ist an einer Befestigungsplatte 62 befestigt. Die Platte 62 ist drehbar um eine Welle 58, an der eine Torsionsfeder 64 befestigt ist. Andererseits ist ein durch ein Drahtrohr 72 eingeführter Draht 66 in eine Stellschraube 70 eingeschoben, die an einem Halterahmen 60 befestigt ist, und das obere Ende des Drahtes 66 ist durch eine Feststellschraube 68 befestigt, die auf der Platte 62 angebracht ist. Das Drahtrohr 72 mit dem Draht 66 erstreckt sich bis zu einem Belastungswähler (siehe weiter unten), der bei der in der Figur 2 wiedergegebenen Anzeige 9 vorgesehen ist, wo der Draht 66 herausgezogen oder zurückgeschoben wird, wobei die Bewegung des Drahtes 66 nach dem oberen Ende des Drahtes 66 übertragen wird. Die Platte 62 wird über die Feststellschraube 68 um die Welle 58 gedreht, so daß der Permanentmagnet 56 von der durch unterbrochene Linien dargestellten Position nach der durch ausgezogene Linien dargestellten Position geschwenkt wird. Da der Permanentmagnet 56 in einer zu der Kupferscheibe 52 senkrechten Richtung dauernd ein Magnetfeld erzeugt, wird in den Kupferscheibe 52 ein Wirbelstrom hervorgerufen. Dieser Wirbelstrom wirkt als eine Kraft zum Blockieren der Drehbewegung der Kupferscheibe 52, und daher kann die Blockierkraft, das heißt, der Rotationswiderstand, durch eine Anderung der Position des Permanentmagneten 56 geändert werden. Die wirksame Fläche des durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetfelds, das heißt, die auf die Kupferscheibe 52 einwirkende Fläche des Magnetfelds, wird so eingestellt, daß der Rotationswiderstand dem oben beschriebenen Steigwiderstand entspricht.
Außerdem wird eine geschlitzte Scheibe 80 auf der zu der Rolle 26 hin gerichteten Seite an der Kupferscheiben-Befestigungsnabe 76 befestigt, und ein Impulsgenerator 78 an dem Tragrahmen 30 befestigt, wobei dieser Impulsgenerator auf beiden Seiten der geschlitzten Scheibe 80 angeordnet ist. Da die Rolle 26 mittels einer in der Gewindebohrung 74 angebrachten Schraube auf der Welle 24 befestigt ist und sich daher mit dieser Welle dreht, bewirkt die Drehung der Rolle 26 über die Welle 24 und die Kupferscheiben-Befestigungsnabe 76 die gleichzeitige Drehung der geschlitzten Scheibe 80.
Die Figur 7 ist eine schematische Schnittansicht, die speziell den Impulsgenerator und die geschlitzte Scheibe zeigt, und die Figur 8 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie VIII-VIII der Figur 7.
Im Folgenden wird auf diese Figuren Bezug genommen. Die geschlitzte Scheibe 80 ist eine Scheibe, die zwei verschiedene Radien R1 und R2 aufweist, und der Impulsgenerator weist eine Leuchtdiode 86 und einen Phototransistor 84 auf, die so angeordnet sind, daß sie nur eine äußere Randzone der Scheibe mit dem größeren Radius R1 gegenüberliegen, wobei sie in einem Sensorgehäuse 82 untergebracht sind. Bei jeder Umdrehung der geschlitzten Scheibe 80 wird daher der von der Leuchtdiode 86 nach dem Phototransistor 84 ausgesandte Lichtstrahl abwechselnd einmal durchgelassen und einmal unterbrochen. Folglich kann die Umdrehung der geschlitzten Scheibe 80, das heißt, die Umdrehung der Rolle 26, durch das von dem Phototransistor 84 empfangene Lichtsignal nachgewiesen werden.
Die Figur 9 ist eine Seitenansicht einer Anzeige und eines Lastwählers, und die Figur 10 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie X-X der Figur 9, die insbesondere einen Querschnitt des Lastwählers zeigt.
Im Folgenden wird auf diese Figuren Bezug genommen. Ein nach außen überstehender Wählhebel 90 ist mit einer geschlitzten Platte 92, die um eine Befestigungswelle 98 drehbar ist, fest verbunden.
Die geschlitzte Platte 92 weist drei Schlitze 94 auf, die einen verschiedenen Abstand von der Befestigungswelle 98 oder verschiedene Positionen haben. In dem Lastwähler 88 ist eine Sensoreinheit 96 mit drei Paaren aus einer Leuchtdiode 100 und einem Phototransistor 98 angebracht, die entsprechend den drei Schlitzen 94 angeordnet sind. Der Wählhebel 90 kann auf acht verschiedene Positionen um die Befestigungswelle 98 herum gestellt werden, und der Draht (nicht wiedergegeben) ist mit der geschlitzten Platte 92 verbunden, so daß der in der Figur 5 wiedergegebene Draht 66 entsprechend der eingestellten Position des Wählhebels 90 verschoben wird. Entsprechend der eingestellten Position des Wählhebels 90 wird auch das Lichtempfangsmuster der drei Phototransistoren 98 für das von den drei Leuchtdioden 100 ausgesandte Licht durch die drei verschiedenen Schlitze geändert. Daher kann aufgrund des Lichtempfangsmusters der Phototransistoren 98 die eingestellte Position des Wählhebels 90, das heißt, der durch Simulation des Steigwiderstandes eingestellte Steigungswinkel bestimmt werden.
Die Figur 11 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die elektrische Schaltung wiedergibt.
In der Figur 11 ist ein Summer 110 einerseits über einen Transistor 108 mit einer Stromversorgung 102, und andererseits mit der Masse dieser Stromversorgung verbunden. Die Basis des Transistors 108 ist über einen Widerstand mit einem Prozessor 104 verbunden. In dem Prozessor 104 sind verschiedene Einstelldaten, Betriebsprogramme und dergleichen gespeichert, so daß entsprechend den Belastungsbedingungen der Belastungseinrichtung verschiedene arithmetische Operationen ausgeführt werden können, oder verschiedene Ausgangssignale erzeugt werden können. Der Summer 110 ertönt, wenn der Transistor 108 durch ein von dem Prozessor 104 geliefertes Ausgangssignal während verschiedener Vorgänge oder am Ende einer eingestellten Periode eingeschaltet wird, so daß der Benutzer darauf aufmerksam gemacht wird. Die Leuchtdiode 86 ist über Widerstände mit einem Verzweigungspunkt N1 und dem Prozessor 104 verbunden, und der Phototransistor 84, der gegenüber der Leuchtdiode 86 angebracht ist, wobei die geschlitzte Scheibe 80 dazwischen angeordnet ist, ist einerseits mit dem Prozessor 104, und andererseits mit der Masse der Stromversorgung verbunden. Die Leuchtdioden 100a bis 100c sind einerseits über Widerstände mit den Verzweigungspunkten N2 bis N4, und andererseits mit dem Prozessor 104 verbunden, und die Phototransistoren 98a bis 98c, die gegenüber den Leuchtdioden 100a bis 100c angebracht sind, wobei die mit Schlitzen 94 versehene geschlitzte Platte 92 dazwischen angeordnet ist, sind einerseits mit dem Prozessor 104, und andererseits mit der Masse der Stromversorgung verbunden. Der Prozessor 104 ist mit einer LCD-Anzeige 106 verbunden, auf der die Einstellbedingungen für das Training, die verstrichene Zeit oder dergleichen angezeigt werden, und außerdem mit einer Drucktastenschaltergruppe 112 verbunden, über die die verschiedenen, auf der LCD-Anzeige 106 wiedergegebenen Einstelldaten eingegeben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Stromversorgung 102, der Summer 110, der Prozessor 104, die LCD-Anzeige 106 und die Drucktastenschaltergruppe 112 in der Anzeigeeinheit 9 untergebracht.
Die Figur 12 ist ein schematisches Flußdiagramm, das verschiedene Verarbeitungsschritte auf der Grundlage der Schaltung der Figur 11 wiedergibt.
Die Verarbeitungsschritte werden unter Bezugnahme auf die Figur 12 beschrieben.
Bei der Benutzung des Fahrradtrainingsgerätes wird zunächst ein bestimmter Schalter der Drucktastenschaltergruppe 112 eingeschaltet, wodurch die Daten initialisiert werden und ein Bezugszeitsignal erzeugt wird (Schritt S1). Danach wird mit dem Training begonnen. Aufgrund eines von dem Impulsgenerator 78 erzeugten Impulssignals (Schritt S2) wird die Rotationsgeschwindigkeit N der Rolle bestimmt (Schritt S3), und aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit N wird die Leistung Wf zur Überwindung der Last infolge des Drucks der Rolle und der Belastung durch den Ventilator 50 bestimmt (Schritt S4). Andererseits wird aufgrund des Lichtempfangsmusters der drei Phototransistoren 98 ein Signal in dem Lastwähler erzeugt (Schritt S5), und es wird ein Wirbelstrom-Belastungsniveau L bestimmt (Schritt S6). Aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit N der Rolle und des Wirbelstrom- Belastungsniveaus L wird die Leistung Wc zur Überwindung der Wirbelstrombelastung bestimmt (Schritt S7), und aufgrund der Leistung Wc und der zuvor bestimmten Leistung Wf wird die Leistung W zur Überwindung der Gesamtlast bestimmt (Schritt S8). Diese Leistung W wird auf der LCD-Anzeige 106 der Anzeigeeinheit 9 in Watt angezeigt (Schritt S9). Außerdem wird aufgrund der Rollen-Rotationsgeschwindigkeit N und der Gesamtleistung W das Drehmoment TQ der Rolle bestimmt (Schritt 510), und aufgrund des Drehmoments TQ wird das Rutschverhältnis S zwischen der Rolle und dem Hinterrad-Reifen bestimmt (Schritt S11). Andererseits wird aufgrund der Rollen- Rotationsgeschwindigkeit N eine Umfangsgeschwindigkeit V der Rolle bestimmt (Schritt S12), und durch Korrektur des Rutschverhältnisses S unter Berücksichtigung des Rutschens wird eine virtuelle Fahrgeschwindigkeit Va bestimmt (Schritt S13), so daß die virtuelle Fahrgeschwindigkeit Va auf der LCD-Anzeige 106 angezeigt wird (Schritt S14).
Folglich kann der Benutzer mit dem Fahrradtrainingsgerät innerhalb des Hauses trainieren, wobei wirkliches Fahrradfahren aufgrund der Anzeige der Leistung und der virtuellen Fahrgeschwindigkeit auf der LCD-Anzeige genau simuliert wird.
Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Kraft, mit der die Rolle gegen den Reifen gedrückt wird, von der Schraubenfeder geliefert wird, versteht es sich von selbst, daß andere Mittel verwendet werden können, um diese Kraft zu liefern, sofern ein vorgegebener Wert erreicht wird.
Obwohl der von dem Ventilator erzeugte Wind bei der oben beschriebenen Ausführungsform nicht unbedingt verwendet wird, kann es nützlich sein, den Wind zur Simulation von wirklichem Fahrradfahren wie bei den dem Stand der Technik entsprechenden Fahrradtrainingsgeräten zu dem Benutzer hin zu lenken.
Obwohl die Klammer in einer Position gelöst wird, in der die Rolle den Reifen berührt, wobei die Rolle von dieser Position aus gegen den Hinterrad-Reifen gedrückt wird, versteht es sich von selbst, daß die Klammer auch in einer anderen Position gelöst werden kann, sofern die Rolle und der Reifen einen festen Abstand voneinander haben und die Schraubenfeder an diesen Abstand angepaßt werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine gleichbleibende, genaue Andrückkraft zwischen dem Antriebsrad und der Rolle sichergestellt werden, und daher ist es leicht, eine genaue Last zum Simulieren von wirklichem Fahrradfahren vorzugeben. Es kann also ein Fahrradtrainingsgerät mit einer großen Genauigkeit der Simulation verwirklicht werden.

Claims

1. Fahrradtrainingsgerät, auf dem ein Antriebsrad (10) eines Fahrrads drehbar befestigt ist, wobei dieses Antriebsrad durch die Pedalbewegung angetrieben wird, mit einer drehbaren Rolle (26) und Positionseinstellmitteln (2, 3, 4, 22, 46) zum Einstellen der Rolle auf eine vorgegebene Position bezüglich des Antriebsrads, gekennzeichnet durch Andrückmittel (24, 28, 30, 31, 32, 34), die diese Rolle dauernd in Richtung des Antriebsrads schieben, um sie gegen das Antriebsrad zu drücken, Bewegungsblockiermitteln (37, 38, 40), die in diese Andrückmittel eingreifen, um die Bewegung der Rolle in Richtung des Antriebsrads zu blockieren, und Freigabemitteln (38), um diese Bewegungsblockiermittel von den besagten Andrückmitteln zu lösen, wobei die Positionseinstellmittel so angeordnet sind, daß die Rolle auf eine vorgegebene Position eingestellt wird, während die Bewegung der Rolle durch die Bewegungsblockiermittel blockiert ist, und die Freigabemittel die Bewegungsblockiermittel von den Andrückmitteln lösen können, wodurch die Rolle gegen das Antriebsrad in Rollkontakt gebracht wird.

2. Fahrradtrainingsgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Andrückmittel aufweist:

eine Rollenwelle (24), die in die Rolle eingesetzt und damit fest verbunden ist als Einheit;

zwei Tragrahmen, in dem die Rollenwelle drehbar gelagert ist; eine Befestigungswelle (28), die so befestigt ist, daß sie durch die zwei Tragrahmen hindurchgeht;

eine Befestigungsplatte (32), an der diese Befestigungswelle befestigt ist;

eine Querplatte (31), die auf den zwei Tragrahmen vorgesehen ist;

eine Schraubenfeder, die zwischen dieser Befestigungsplatte und dieser Querplatte angeordnet ist;

wobei die zwei Tragrahmen um diese Befestigungswelle schwenkbar sind.

3. Fahrradtrainingsgerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Bewegungsblockiermittel aufweist:

einen Feststellhebel (37), der an dieser Querplatte befestigt ist;

eine hakenförmige Klammer (38), die in diesen Feststellhebel eingreift, wenn die Schraubenfeder durch die Querplatte zusammengedrückt ist; und

eine Klammerwelle (40), die an der Befestigungsplatte befestigt ist;

wobei die Klammer in einer Position, in der die Schraubenfeder über den Feststellhebel festgestellt ist, um die Klammerwelle schwenkbar ist.

4. Fahrradtrainingsgerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionseinstellmittel aufweist:

einen Haltebügel (3, 4), um das Antriebsrad drehbar zu befestigen; einen Stab (2), der mit der Befestigungsplatte verbunden ist und in einen Teil (22) dieses Haltebügels eingeschoben werden kann; und

eine Feststellschrauben-Mutter (46) zum Blockieren dieses Stabes bezüglich dieses Haltebügels, wenn dieser Stab in diesen Haltebügel eingeschoben ist.

5. Fahrradtrainingsgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Pedalbewegung zur Überwindung des Rotationswiderstandes, der dem Antriebsrad über die Rolle durch die Kraft des Andrückmittels gegeben wurde, gleich der Leistung der Pedalbewegung zur Überwindung des Rollwiderstandes eines Rades beim wirklichen Fahrradfahren ist.

6. Fahrradtrainingsgerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem aufweist:

eine erste Belastungseinrichtung (50), die dem Luftwiderstand beim wirklichen Fahrradfahren entspricht, und eine zweite Belastungseinrichtung (52, 56, 90), die der Steigung einer Straße beim wirklichen Fahrradfahren entspricht;

wobei die erste Belastungseinrichtung ein Ventilator ist, der an einem Ende der Rollenwelle befestigt ist und sich mit dieser Rollenwelle dreht, und wobei die Leistung der Pedalbewegung zur Überwindung des Rotationswiderstandes, der über die Rolle und die Rollenwelle auf das Antriebsrad gegeben wird, und durch diesen Ventilator hervorgerufen wird, gleich der Leistung der Pedalbewegung zur Überwindung des Luftwiderstandes beim wirklichen Fahrradfahren ist; und

wobei die zweite Belastungseinrichtung besteht aus einem scheibenförmigen Leiter (52), der an dem anderen Ende der Rollenwelle befestigt ist und sich mit dieser Rollenwelle dreht, einem Magneten (56), der so angebracht ist, daß er auf beiden Seiten des Leiters angeordnet ist, und der einen Magnetfluß erzeugt, der in den Leiter eindringt und ein Bremsdrehmoment erzeugt, um die Rotationsbewegung des Leiters abzubremsen, und aus einer Magnetfluß-Steuereinrichtung (90) zum Einstellen des Bremsdrehmomentes durch Anderung des Magnetflusses, und wobei die Leistung der Pedalbewegung zur Überwindung des Rotationswiderstandes, der über den Leiter, die Rollenwelle und die Rolle aufgrund des Bremsdrehmomentes auf das Antriebsrad gegeben wird, gleich der Leistung der Pedalbewegung zur Überwindung des Steigwiderstandes beim wirklichen Fahrradfahren an einer Steigung ist.

7. Fahrradtrainingsgerät gemäß Anspruch 6, das außerdem einen Impulsgenerator (78) zum Erzeugen eines Impulssignals aufweist, dessen Frequenz proportional zu der Rotationsgeschwindigkeit der Rolle ist, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Leistung zur Überwindung des durch die Rolle hervorgerufenen Rollwiderstandes, Luftwiderstandes und Steigwiderstandes beim wirklichen Fahrradfahren das auf die Rolle wirkende Drehmoment in Abhängigkeit von dem Impulssignal des Impulsgenerators bestimmt wird; das Rutschverhältnis für die Kontaktfläche zwischen dem Antriebsrad und der Rolle durch das bestimmte Drehmoment korrigiert wird, und die aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsrads bestimmte Fahrgeschwindigkeit angezeigt wird.