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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rollvorrichtung mit
Bremse für Radtraining mit einer Rolle, die drehbar auf einem
Träger um eine im wesentlichen horizontale Achse montiert
ist, einer Einrichtung zum Befestigen des Trägers an einem
Gestell, das das Hinterrad eines Fahrrads trägt, so dass es
vom Boden abgehoben ist und an der Rolle anliegt und mit
einer Bremseinrichtung, die starr verbunden ist mit dem
Träger und auf die Rolle wirkt, um den Widerstand der
Vorwärtsbewegung zu simulieren.
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Vorrichtungen der oben beschriebenen Art können von
professionellen oder amateurhaften Sportlern und selbst von
gewöhnlichen Menschen verwendet werden zum Sport, Hobby oder
für therapeutische Zwecke, in geschlossenen Räumen oder auf
jeden Fall in stationären Bedingungen, zu jeder Tageszeit und
unabhängig von den Wetterbedingungen und auch um jede
Einschränkung oder Risiko, das verbunden ist mit
Straßenverkehr, zu vermeiden.
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Es ist bekannt, dass der Widerstand eines Fahrzeugs gegen die
Vorwärtsbewegung unabhängig von der Steigung des Wegs in
Abhängigkeit vom Quadrat der relativen Geschwindigkeit
variiert.
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Entsprechend müssen Rollvorrichtungen mit Bremse zur
korrekten Simulation tatsächlichen Betriebs einen variablen
Widerstand vorsehen, der zumindest proportional zur Zunahme
der Geschwindigkeit zunimmt, das heißt entsprechend der
Drehgeschwindigkeit der Rolle.
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Hierzu ist es möglich die Bremskraft (Drehmoment) als eine
Funktion der Geschwindigkeit (U/min) aufzutragen, indem die
Rolle mit einem Elektromotor mit variabler Geschwindigkeit
verbunden wird, an dessen Stromversorgung ein Strommesser
parallel angeschlossen ist, um den aufgenommenen Strom zu
erfassen.
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Rollvorrichtungen sind bekannt, bei denen die Bremse von
einem Schwungrad und einem Gebläse gebildet sind, die an den
Enden eines Rollers befestigt sind, der in Anlage mit dem
Antriebsrad des Fahrrads angeordnet ist. Diese Vorrichtung
bietet beachtliches statisches Drehmoment, ermöglicht keine
korrekte Simulation des Widerstands gegen den Hub des Pedals
bei zunehmender Geschwindigkeit und ist außerordentlich laut.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden Roller mit Bremsen
vorgesehen wie beschrieben in EP-A 0 603 454: Bei diesen
Rollern ist die Bremseinrichtung gebildet aus einer Scheibe,
die aus nicht magnetischem Material gefertigt ist, die an der
Rolle befestigt ist und in ein magnetisches Feld getaucht
ist, das erzeugt wird von zum Beispiel permanenten Magneten,
die mit dem Träger verbunden sind. Die charakteristische
Kurve der Vorrichtung ist ungefähr linear bis zu einer
Geschwindigkeit von ungefähr 30 km/h und deshalb ist die
Vorrichtung in diesem Bereich in der Lage die Leistung des
Radlers für die Vorwärtsbewegung mit einer bestimmten
Effizienz zu simulieren.
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Wahrscheinlich wegen der hohen magnetischen Verluste ist
jedoch keine bedeutende Zunahme des Widerstands festzustellen
für höhere Drehgeschwindigkeiten als denen, die 30 km/h
entsprechen. Praktisch ist die charakteristische Kurve dieser
gebremsten Rollen linear bis zu einer Drehgeschwindigkeit,
die einer linearen Geschwindigkeit von ungefähr 30 km/h
entspricht, wonach sie im wesentlichen abflacht oder konstant
wird in Abhängigkeit von der sich ändernden
Drehgeschwindigkeit.
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Vorrichtungen mit einer Rolle aus Flüssigkeit sind auch
bekannt. Bei diesen Vorrichtungen sind die Bremseinrichtungen
gebildet aus einem blattförmigen Laufrad, das in eine viskose
Flüssigkeit eingetaucht ist, zum Beispiel in ein besonderes
Öl, das in einer hermetisch abgeschlossenen Kammer enthalten
ist, wie beschrieben in US-5,195,936.
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Ein Nachteil dieser bekannten, auf Fluiden basierenden
Vorrichtungen ist die Tatsache, dass die Schaufeleinheit des
Laufrads eine Geometrie aufweist, die ausgelegt ist auf
korrekten Betrieb in einer bestimmten Drehrichtung, so dass
eine Drehung in der entgegengesetzten Richtung einen
drastisch niedrigeren Widerstand erzeugen würde.
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Entsprechend muß die Rolle, die normalerweise in Einzelteilen
angeliefert wird, an dem Gestell in einer sehr spezifischen
Stellung eingebaut werden, die von der zugeordneten
Drehrichtung abhängt.
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Bei anderen herkömmlichen, auf Fluiden basierenden
Vorrichtungen, wie zum Beispiel beschrieben in US-4,645, 199 und
US-5,542,507 weist das Laufrad keine Schaufeln auf sondern
Ausschnitte an der Peripherie oder Vertiefungen auf den
seitlichen Oberflächen, die Vibrationen und Geräusche
verursachen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben
beschriebenen Nachteile zu vermeiden, indem eine
Rollvorrichtung mit Bremse vorgesehen wird, dessen
charakteristische Kurve im Betrieb ungefähr linear ist in dem
gesamten Betriebsbereich.
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Eine weitere Aufgabe ist es, eine Rollvorrichtung mit Bremse
vorzusehen, die unabhängig ist von der Drehrichtung und
deshalb in jeder Stellung installiert werden kann auf dem
Gestell.
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Diese Aufgaben und weitere, die aus dem Folgenden ersichtlich
werden, werden erreicht mit einer Rollvorrichtung mit Bremse,
die gemäß Anspruch 1 eine Rolle aufweist, die drehbar auf
einem Träger um eine im wesentlichen horizontale Achse
montiert ist, einer Einrichtung zum Befestigen des Trägers an
einem Gestell, das das Hinterrad eines Fahrrads trägt, so
dass es vom Boden abgehoben ist und an der Rolle anliegt und
mit einer Bremseinrichtung, die starr verbunden ist mit dem
Träger und auf die Rolle wirkt, um den Widerstand der
Vorwärtsbewegung zu simulieren, wobei diese Bremseinrichtung
einen Rotor aufweist mit im wesentlichen kontinuierlicher und
zylindrischer äußerer Oberfläche, der starr verbunden ist mit
der Rolle, wobei der Rotor in einer Kammer enthalten ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer im wesentlichen
flache und kontinuierliche Wände aufweist, die dem Rotor
gegenüber liegen, hermetisch abgeschlossen und mit einer
viskosen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei der Rotor aus
mindestens einem vollständigen Scheibenelement gebildet ist,
das mindestens eine seitliche Durchgangsöffnung aufweist für
den gesteuerten Durchfluß der Flüssigkeit von einer Seite des
Elements zur anderen.
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Das in der Hauptkammer enthaltene Fluid übt einen
fluiddynamischen Widerstand auf die Oberfläche des Rotors
aus, der Widerstand ist im wesentlichen gleichförmig und
nimmt zu mit einer im wesentlichen linearen Beziehung zu der
zunehmenden Geschwindigkeit. Wegen der Geometrie des Rotors
beeinflußt die Drehrichtung nicht das Verhalten des Rotors
und deshalb kann die Widerstand erzeugende Rolle in jeder
Stellung an dem tragenden Gestell installiert werden.
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Vorzugsweise weist das Scheibenelement im wesentlichen flache
und parallele Seitenflächen auf und ist aus relativ hartem
Material gefertigt.
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Alternativ kann der Rotor aus einer Vielzahl von
Scheibenelementen zusammen gesetzt sein, die starr montiert
sind an die Rolle in Seite an Seite und axial versetzten
Positionen.
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Jedes Scheibenelement hat ein oder mehrere seitliche
Öffnungen für die gesteuerte Strömung des Fluids von der
einen Seite zu der anderen des Scheibenelements.
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Die Kammer ist gebildet aus zwei sich gegenüber liegenden
Halbschalen, die lösbar und am Umfang verbunden sind und eine
Vielzahl von Kühlrippen an ihrer äußeren Oberfläche
aufweisen, die im wesentlichen parallel und vertikal oder
leicht geneigt hinsichtlich der Vertikalen sind.
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Weitere Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung werden
offensichtlich aus der folgenden genauen Beschreibung eines
nicht einschränkenden Beispiels einer Ausgestaltung eines
Widerstand erzeugenden Rollers gemäß der Erfindung mit Bezug
auf die beigefügten Figuren, von denen:
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Fig. 1 eine allgemeine Ansicht des Rollenvariators gemäß der
Erfindung ist, an den ein Fahrrad angeschlossen ist,
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Fig. 2 ein Ausschnitt einer Ansicht des Rollenvariators gemäß
Fig. 1 ist,
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Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht entlang einer axialen
Ebene des Rollenvariators gemäß der Erfindung ist,
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Fig. 4 eine Schnittansicht eines Ausschnitts der Vorrichtung
aus Fig. 3 ist entlang der transversalen Ebene IV-IV,
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Fig. 5 eine teilweise Schnittansicht eines Ausschnitts aus
Fig. 3 in einer alternativen Ausgestaltung ist,
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Fig. 6 eine Seitenansicht eines Ausschnitts der
Rollenvorrichtung gemäß der Erfindung ist,
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Fig. 7 stellt die charakteristische Kurve des Betriebs der
Vorrichtung gemäß der Erfindung dar im Vergleich zu einer
Vorrichtung des Standes der Technik.
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Mit Bezug auf die oben genannten Figuren weist eine
Rollvorrichtung mit Bremse gemäß der Erfindung, die im
allgemeinen bezeichnet ist mit dem Bezugszeichen 1, im
wesentlichen eine Rolle 2 auf, die eine im wesentlichen
horizontale Achse a hat und auf einem Träger 3 montiert ist,
der an einem Gestell 4 aus metallischen Rohren befestigt
werden kann, das das Hinterrad R eines Fahrrads trägt, so
dass es vom Boden abgehoben ist und an der Rolle 2 anliegt.
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Der Träger 3 kann mittels eines Scharniers 11 an dem Gestell
befestigt sein mit einer Verbindungsplatte 9, die schwenkbar
ist auf einer gabelartigen Klammer 10, die starr verbunden
ist mit einem Kreuzelement 5. Eine Spiralfeder 12, die auf
dem Scharnier 11 montiert ist, wirkt elastisch auf die Platte
9 und hält die Rolle ständig nach oben und gedrückt gegen das
Rad R.
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Die Rolle 2 ist gebildet von einem zylindrischen Teil, das
zum Beispiel aus Stahl oder verstärktem polymeren Material
gefertigt ist mit einem Aussendurchmesser d, das befestigt
ist an einer starren Achse 13 mittels länglicher Nuten 14.
Die Achse ist wiederum montiert auf zwei Endkugellagern 15
und 16, die am Träger 3 befestigt sind.
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Eine Bremseinrichtung für die Rollen, die allgemein
bezeichnet ist mit dem Bezugszeichen 17 ist an einem Ende des
Trägers 3 vorgesehen, um den Widerstand der Vorwärtsbewegung
zu simulieren.
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Insbesondere umfaßt die Bremseinrichtung 17 einen Rotor 18,
der an ein Ende der Achse 13 angeschlossen ist und in einer
hermetisch abgeschlossenen Kammer 19 unter gebracht ist, die
mit einem Fluid gefüllt ist, zum Beispiel einem halbviskosen
hydraulischen Öl, und innere Abmessungen aufweist, die etwas
größer sind als der Rotor.
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Die Menge an Fluid, die die Kammer 19 füllt, kann von einem
Minimum von 50% bis zu einem Maximum von 95% variieren
abhängig von der Intensität der gewünschten Bremswirkung.
Der Rotor 18 kann von einem einzelnen Scheibenelement 20 aus
Metall oder plastischem Material gebildet sein mit einem
Durchmesser D von zum Beispiel 50 bis 100 mm und einer Dicke
S von zum Beispiel 10 bis 20 mm, mit parallelen und flachen
Flächen und einer kreisförmigen äusseren Oberfläche und mit
einer zentralen Öffnung. Das Scheibenelement ist befestigt an
der Achse 13 mittels Nuten 21 und einer Verriegelungsschraube
22. Mittels der beachtlichen Abmessungen des Scheibenelements
20 weist die Rolle eine beachtliche Trägheit auf, die zu
gleichförmiger Drehung führt.
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Alternativ kann der Rotor 18 aus zwei oder mehr aneinander
liegenden Elementen 20', 20" gebildet sein, die auch im
wesentlichen flache, seitliche Oberflächen aufweisen mit
einem Durchmesser D und einer Dicke S/2, die getrennt sind
durch einen Abstandhalter 23, wie dargestellt in Fig. 4. Die
Oberfläche des Rotors, der naß ist von dem viskosen Fluid in
diesem letzten Fall ist im wesentlichen das Doppelte des
Ersteren mit einer entsprechenden Zunahme bei der
Bremswirkung.
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Gegebenenfalls ist es möglich auf jedem Scheibenelement 20,
20', 20" zwei oder mehr Öffnungen 24 vorzusehen,
vorzugsweise mit Öffnungen, die parallel zu der Achse a des Rollers
2 verlaufen. Die Öffnungen sind angeordnet entlang eines
Umfangs, der konzentrisch ist zu der Achse a in diametral
gegenüber liegenden Stellungen mit gleichen Winkelabständen.
Während der Drehung des Rotors 18 wird das Fluid zentrifugal
nach außen getrieben und neigt zum Drehen in der Kammer 19,
wobei es durch die Öffnungen 24 läuft. Mit Hilfe der
Geometrie des Rotors, die vollkommen symmetrisch ist zu der
Achse a, ist es möglich beide Richtungen zu nutzen ohne jede
Änderung für die Bremswirkung.
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Wahlweise ist es auch möglich ein kleines Schwungrad mit der
Masse V am Ende der Achse 13 zu installieren, die dem Rotor
18 gegenüber liegt, um die Bewegung auszugleichen.
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Die Hauptkammer 19 wird vorzugsweise von zwei sich gegenüber
liegenden Halbschalen 25 und 26 gebildet.
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Die erste Halbschale 25 weist eine Seitenwand 27 auf, die im
wesentlichen flach ist und hat eine äußere Wand 28, die eine
ungefähr zylindrische Form hat mit einem etwas größeren
Durchmesser als der Rotor 18 und mit einem Anschlußflansch
29. Eine zentrale Öffnung 30 für den Durchtritt der Achse 13
und Oberflächen 31 zur Verbindung mit Träger 3 sind an der
Seitenwand 27 vorgesehen.
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Die zweite Halbschale 26 weist eine Seitenwand 26 auf, die im
wesentlichen flach ist und hat einen äußeren Flansch 33, der
an Flansch 29 der ersten Halbschale 25 mittels Schrauben 34
und einem dichtenden O-Ring 35 angebracht werden kann.
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Eine im wesentlichen zylindrische Wand 36 ragt nach außen von
der Seitenwand 32 der Halbschale 26 und bildet zusammen mit
der Seitenwand 32, eine Auffang- oder Expansionskammer 37 zum
Sammeln und Ausgleichen der Schwingungen des Fluids während
des Betriebs. Der Tank 37 ist verbunden mit Kammer 19 mittels
einer zentralen Öffnung 38 und ist mit einem aufschraubbaren
Zapfen 39 versehen zum Wiederbefüllen des Tanks mit dem
Fluid.
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Beide Halbschalen 25 und 26 weisen jeweils Reihen mit im
wesentlichen flachen und parallelen Kühlrippen 40 und 41 auf
an ihren äußeren Oberflächen. Vorzugsweise sind die Rippen 40
und 41 mit einer ungefähr vertikalen oder leicht geneigten
Richtung angeordnet, um so die Wärmedissipation und das
Kühlen des viskosen Fluids zu erleichtern. Überdies sind die
äußeren kanten der Kühlrippen 40 und 41 so geformt, dass eine
besondere ovale Struktur der Einheit gebildet wird.
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Fig. 6 stellt die Betriebskurve in ausgezogenen Linien dar,
die gemessen wurde für die Vorrichtung gemäß der Erfindung
verglichen mit der Betriebskurve einer Vorrichtung des
Standes der Technik, die mit gestrichelter Linie dargestellt
ist.
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Es bleibt festzuhalten, dass für die Vorrichtung gemäß der
Erfindung für Rollendrehgeschwindigkeiten über einer linearen
Geschwindigkeit von ungefähr 30 km/h die Neigung der Kurve im
wesentlichen konstant bleibt, wohingegen bei der Vorrichtung
des Standes der Technik diese stark abnimmt und zu Null wird.
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Wo technische Merkmale in einem der Ansprüche von einem
Bezugszeichen gefolgt sind, wurden diese Bezugszeichen nur
eingefügt für den einzigen Zweck die Verständlichkeit der
Ansprüche zu erhöhen und entsprechend haben diese
Bezugszeichen keinerlei beschränkende Wirkung auf den
Schutzumfang von jedem Element, das beispielhaft mit einem
solchen Bezugszeichen gekennzeichnet ist.