DE4336238A1 - Wirbelstrombremse für ein Fitneß-Gerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstrombremse für ein Fitneß-Gerät, die ein rotierendes Element, das wenigstens einen Teil aus einem elektrisch leitenden Ma­ terial aufweist, an einem Träger angeordnete Magnetor­ gane, wobei die Magnetorgane in dem aus dem elektrisch leitenden Material bestehenden Teil des rotierenden Ele­ ments die Bewegung des rotierenden Elements bremsende Wirbelströme hervorrufen und wobei der Abstand der Mag­ netorgane von dem rotierenden Element zur Einstellung der Bremskraft einstellbar ist, in dem elektrisch lei­ tenden Teil des rotierenden Elements vorgesehene Diskon­ tinuitätsstellen und einen in der Nähe der Magnetorgane und/oder des Trägers angeordneten Leitungsdraht o.a. aufweist, wobei die Diskontinuitätsstellen dazu dienen, in den Magnetorganen einen veränderlichen magnetischen Fluß zu erzeugen, der im Leitungsdraht o. ä. eine Wech­ selspannung induziert, deren Amplitude zur Bremswirkung proportional ist.

Anordnungen dieser Art werden heutzutage zum Beispiel bei Fahrradergometern allgemein verwendet. Es ist bei einem Fahrradergometer möglich, die Momentüber­ tragungsfähigkeit beliebig groß einzustellen. Diese Eigenschaft muß man messen können, damit zum Beispiel die Durchführung verschiedener Fitneßteste und die Er­ mittlung des Energieverbrauchs beim Training möglich sind.

Bei Fitneß-Geräten, bei denen das der Bewegung entgegenwirkende Moment durch eine Reibungsbremse her­ vorgerufen wird, wird die Leistung durch Meßgeräte ge­ messen, die zum Moment der Bremsanordnung proportional sind, wie zum Beispiel durch ein Potentiometer oder eine Pendell-Waage. Bei Fitneß-Geräten, bei denen das Moment elektrisch durch eine Induktionsbremse hervorge­ rufen wird, wird u. a. ein Dehnungsstreifen als Meßgerät verwendet. Die bei den herkömmlichen Fitneß-Geräten vorgesehenen Geräte zum Messen der Bremswirkung arbeiten also mechanisch oder elektromechanisch. Zur Berechnung des endgültigen Leistungswerts muß neben dem Moment auch die Drehzahl gemessen werden. Ein durch Permanentmagnete hervorgerufenes Moment wird herkömmlich mechanisch auf­ grund des Abstands zwischen dem Träger und dem Schwung­ rad gemessen. Eine Lösung dieser Art ist zum Beispiel in der FI-Patentschrift 80214 beschrieben. Bei dieser Lösung wird die Drehzahl des Schwungrads getrennt zur Ermittlung des Leistungswerts gemessen. Ein weiteres Beispiel stellt die Anordnung nach der US-Patentschrift 4 576 051 dar.

Die herkömmlichen Lösungen sind kompliziert, und deshalb sind auch die Herstellungskosten höher und die Betriebszuverlässigkeit niedriger. Zum Beispiel bei der oben genannten US-Patentschrift wird ein von einer Meßspule kommendes Signal stabilisiert, linearisiert usw. und anschließend einem A/D-Umwandler zugeführt usw. Diese Schaltung ist recht kompliziert und verursacht Probleme, weil die Handhabung der Geräte oft ziemlich rücksichtslos ist. Die oben genannten mechanischen und elektromechanischen Lösungen weisen wiederum den Nach­ teil auf, daß sie sich schnell abnutzen und gegen me­ chanische Beanspruchung empfindlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, durch die sich die Nachteile des Standes der Technik vermeiden lassen. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Wirbelstrombremse gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an den Leitungsdraht o. ä. eine Meßvorrichtung angeschlossen ist, die eine gleichrichtende Komponente, ein Widerstandselement und einen Strommesser aufweist, wobei die gleichrichtende Komponente ein vom Leitungsdraht o. ä. kommendes Wechsel­ spannungssignal gleichrichtet und das gleichgerichtete Signal über das Widerstandselement dem Strommesser zuge­ führt wird.

Die Erfindung weist vor allem den Vorteil auf, daß sie einfach ist, wobei die Herstellungskosten nied­ rig und die Betriebszuverlässigkeit hoch sind. Ein wei­ terer Vorteil besteht darin, daß keine äußeren Energie­ quellen, wie zum Beispiel Netzgeräte oder Batterien, erforderlich sind, sondern ein durch den Leitungsdraht o. ä. gebildeter Sensor all die Energie erzeugt, die zur Meßgerät-Anzeige benötigt wird. Noch ein weiterer Vor­ teil besteht darin, daß die Energie direkt dem Strommes­ ser entnehmbar ist, wobei keine aufwendigen und kompli­ zierten zusätzlichen Elemente nötig sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungs­ beispiels näher erläutert, wobei die einzige Zeichnungs­ figur eine erfindungsgemäße Anordnung in schematischer Darstellung zeigt.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung bei einem Fahrradergometer. Mit 1 ist ein rotierendes Element bezeichnet, das in dieser Ausführungsform ein Schwungrad ist. Die Bezugsziffer 2 steht für einen Trä­ ger, an dem Magnetorgane 3 angeordnet sind, die bei­ spielsweise Permanentmagnete sind. Der Träger 2 ist schwenkbar am Rahmen des Ergometers befestigt, so daß er um eine Achse 4 schwenkbar ist, wie dies mit dem Pfeil N gezeigt ist. Die Schwenkbewegung des Trägers 2 läßt sich durch jeden beliebigen Mechanismus verwirk­ lichen. Dieser Mechanismus und weitere Teile des Ergome­ ters sind in diesem Zusammenhang nicht näher erläutert, weil sie für einen Fachmann selbstverständlich sind. Es wird als Stand der Technik auf die FI-Patentschrift 80214 verwiesen.

Die Arbeitsweise des in der Zeichnungsfigur dargestellten Bremsmechanismus beruht darauf, daß sich ein leitfähiges Material in einem Magnetfeld bewegt. Wenn ein magnetischer Fluß das leitfähige Material durchfließt, das in der Ausführungsform gemäß der Figur das elektrisch leitende Material des rotierenden Ele­ ments 1, d. h. des Schwungrads, ist, werden in diesem Material Wirbelströme erzeugt, die eine der Bewegung des Schwungrads entgegenwirkende Kraft hervorrufen. In dem elektrisch leitenden Teil des rotierenden Elements 1 sind Diskontinuitätsstellen 5 und am Träger 2 der Mag­ netorgane 3 und/oder in der Nähe desselben ist ein Lei­ tungsdraht 6 angeordnet. Durch die Diskontinuitätsstel­ len 5 wird die Bildung von Wirbelströmen kurzfristig un­ terbrochen, wobei beim Rotieren des rotierenden Elements ein veränderlicher magnetischer Fluß durch die Magnete 3 und die diese verbindenden leitfähigen Metalle gebil­ det wird. Wenn ein geeignetes leitfähiges Material um die Magnete 3 oder um die diese verbindenden Magnetkerne oder in der Nahe derselben angeordnet wird, wird in dem leitfähigen Material 6 eine zur Bremswirkung des Magnets proportionale Wechselspannung induziert. Diese Wirkung läßt sich vorzugsweise folgendermaßen messen.

Nach dem wesentlichen Erfindungsgedanken ist an den Leitungsdraht o. ä. 6 eine Meßvorrichtung ange­ schlossen, die eine gleichrichtende Komponente 8, ein Widerstandselement 9 und einen Strommesser 10 aufweist. Die gleichrichtende Komponente 8 dient dazu, ein vom Leitungsdraht o. ä. 6 kommendes Wechselspannungssignal gleichzurichten, wobei das gleichgerichtete Signal über das Widerstandselement 9 dem Strommesser 10 zugeführt wird. Vorzugsweise besteht das Widerstandselement 9 aus zwei Widerständen 9a und 9b, von denen der eine 9b vor­ zugsweise ein einstellbarer Widerstand ist. Der Strom­ messer 10 ist beispielsweise ein einfaches Zeigermeß­ gerät. Die gleichrichtende Komponente ist beispielsweise eine Diode, wie sie in der Zeichnungsfigur dargestellt ist.

Der Erfindungsgedanke besteht also darin, daß der Leitungsdraht o. ä. 6 als ein Sensor dient und der Strommesser 10 zur Ermittlung der Bremswirkung verwendet wird. Von einer durch den Leitungsdraht o. ä. 6 gebil­ deten Spule wird beim Betrieb des Fitneß-Geräts ein Wechselspannungssignal erhalten, wie dies vorstehend festgestellt wurde. Die Amplitude des Wechselspannungs­ signals ist direkt proportional zu der zu messenden Bremswirkung. Dieses Wechselspannungssignal wird durch die Gleichrichtungsdiode 8 gleichgerichtet, und das gleichgerichtete Signal wird über die Widerstände 9a und 9b dem Strommesser 10 zugeführt. Der Strommesser 10 zeigt direkt die zu messende Bremswirkung an. Es ist möglich, den Strommesser 10 mit Hilfe des einstellbaren Widerstands 9b so zu kalibrieren, daß er die gewünschte Bremswirkung anzeigt. Die Einstellung des Widerstands 9b erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs. Der andere Widerstand 9a des Widerstandsele­ ments 9 kann zum Beispiel ein Widerstand sein, mit dem der Einstellbereich gewählt wird. Die Meßschaltung kann außerdem mit einem Filterkondensator 11 versehen werden, durch den der Zeiger des Messers 10 stabilisierbar ist.

In der Ausführungsform gemäß der Zeichnungs­ figur ist am Außenumfang des rotierenden Elements 1 ein elektrisch leitender Teil befestigt, der aus mehreren Kupferplattenstücken 7 besteht. Die Kupferplattenstücke 7 sind in der Umfangsrichtung hintereinander angeordnet, so daß zwischen zwei hintereinander angeordneten Stücken 7 jeweils ein durch eine Diskontinuitätsstelle 5 gebil­ deter Luftspalt vorgesehen ist. Die an dem metallischen Träger 2 befestigten Permanentmagnete 3 rufen bei ro­ tierendem Schwungrad Wirbelströme in den Kupferplatten­ stücken 7 hervor, die die Bewegung des Schwungrads brem­ sen. Die genannten Diskontinuitätsstellen 5 bewirken in den Magneten 3 und im Träger 2 dahinten einen veränder­ lichen magnetischen Fluß, der in dem um den Träger ge­ wundenen Leitungsdraht 6 eine Wechselspannung induziert. Wenn der Träger 2 vom Schwungrad weiter weg verschoben wird, verringern sich die durch die Magnete 3 erzeugte Bremskraft und gleichzeitig auch die Amplitude der im Leitungsdraht 6 induzierten Wechselspannung. Diese Wech­ selspannung ist also proportional zu der durch die Mag­ nete 3 erzeugten Bremskraft. Die Wechselspannung und damit auch die Bremswirkung werden vorzugsweise in der oben beschriebenen Weise gemessen. Die Rotationsrichtung des Schwungrads 1 ist in der Figur mit dem Pfeil K ge­ zeigt. Zur Durchführung der Messung wird keine äußere Energiequelle benötigt, sondern der Sensor, d. h. der Leitungsdraht o. ä. 6, erzeugt die Energie, die für die Strommesser-Anzeige nötig ist.

Die Erfindung ist keineswegs auf das oben er­ läuterte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen der Patentansprüche völlig frei variiert wer­ den. Es versteht sich somit, daß die erfindungsgemäße Anordnung oder die Teile derselben nicht unbedingt so zu sein brauchen, wie sie in der Figur dargestellt sind, sondern es kommen auch andere Lösungen in Frage. So braucht beispielsweise das rotierende Element nicht unbedingt ein zeichnungsgemäßes Element zu sein, sondern dieses Element kann auch anders, z. B. als ein scheiben- oder trommelförmiges Element, ausgebildet sein. Auch die Diskontinuitätsstellen können anders ausgebildet sein. Die Diskontinuitätsstellen, d. h. die Luftspalte zwischen den Enden der aus elektrisch leitendem Material beste­ henden Stücke, lassen sich mit einem geeigneten, sich elektrisch anders verhaltenden Material füllen, usw. Auch der zeichnungsgemäße Leitungsdraht ist nicht die einzige Möglichkeit, denn es ist möglich, auch einen anderen, die Änderung im magnetischen Fluß wahrnehmenden Sensor zu verwenden. Die gleichrichtende Komponente kann jede geeignete Komponente, beispielsweise jede geeignete Diode sein, die eine möglichst niedrige Schwellenspan­ nung aufweist. Die gleichrichtende Komponente kann auch eine andere, entsprechend arbeitende Komponente sein. Als Widerstände kommen jede beliebigen Widerstände in Frage. Der Strommesser kann jeder beliebige Messer, z. B. der Zeigermesser Nissei Indicator model H-320T, sein. Als Filterkondensator kommt natürlich jede für den vor­ liegenden Fall geeignete Komponente in Frage.

Claims (2)

1. Wirbelstrombremse für ein Fitneß-Gerät, die ein rotierendes Element (1), das wenigstens einen Teil aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, an ei­ nem Träger (2) angeordnete Magnetorgane (3), wobei die Magnetorgane (3) in dem aus dem elektrisch leitenden Ma­ terial bestehenden Teil des rotierenden Elements (1) die Bewegung des rotierenden Elements bremsende Wirbelströme hervorrufen und wobei der Abstand der Magnetorgane (3) von dem rotierenden Element (1) zur Einstellung der Bremskraft einstellbar ist, in dem elektrisch leitenden Teil des rotierenden Elements (1) vorgesehene Diskonti­ nuitätsstellen (5) und einen in der Nähe der Magnetor­ gane (3) und/oder des Trägers (2) angeordneten Leitungs­ draht o. ä. (6) aufweist, wobei die Diskontinuitätsstel­ len (5) dazu dienen, in den Magnetorganen (3) einen veränderlichen magnetischen Fluß zu erzeugen, der im Leitungsdraht o. ä. (6) eine Wechselspannung induziert, deren Amplitude zur Bremswirkung proportional ist, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Leitungsdraht o. ä. (6) eine Meßvorrichtung angeschlossen ist, die eine gleich­ richtende Komponente (8), ein Widerstandselement (9) und einen Strommesser (10) aufweist, wobei die gleichrich­ tende Komponente (8) ein vom Leitungsdraht o. ä. (6) kommendes Wechselspannungssignal gleichrichtet und das gleichgerichtete Signal über das Widerstandselement (9) dem Strommesser (10) zugeführt wird.

2. Wirbelstrombremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (9) aus zwei Widerständen (9a, 9b) besteht, von denen der eine (9b) ein einstellbarer Widerstand ist.