WO2023193953A1 - Method and ergometer brake for force-dependent dynamic alteration of the braking force of an exercise apparatus - Google Patents

Method and ergometer brake for force-dependent dynamic alteration of the braking force of an exercise apparatus Download PDF

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WO2023193953A1
WO2023193953A1 PCT/EP2023/025155 EP2023025155W WO2023193953A1 WO 2023193953 A1 WO2023193953 A1 WO 2023193953A1 EP 2023025155 W EP2023025155 W EP 2023025155W WO 2023193953 A1 WO2023193953 A1 WO 2023193953A1
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force
flywheel
permanent magnets
ergometer
lever
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PCT/EP2023/025155
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Holger Krakowski-Roosen
Jan QUADE
Roland Alexander LEIDAG
Jan-Gisbert STEIN
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Ergofit Gmbh
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    • A63B2022/0079—Rowing machines for conditioning the cardio-vascular system with a pulling cable

Definitions

  • the present invention relates to a method for force-dependent dynamic change of the braking force of a training device.
  • the invention further relates to an ergometer brake which enables a force-dependent dynamic change in the braking force of a training device, in particular a rowing ergometer.
  • the invention relates to a training device equipped with such an ergometer brake.
  • Modern ergometers are equipped with braking systems to adjust the resistance force, which have to meet different requirements depending on the type of training device.
  • the braking system ensures that a trainee's training intensity can be adjusted.
  • the increase in training intensity is usually achieved by slowing down a flywheel using a braking system, usually a magnet, which makes it more difficult for the trainee to move the flywheel.
  • the user usually specifies the strength he needs for training.
  • Magnetic brake a metal flywheel is braked by the magnetic force of a permanent magnet, the distance of which can be mechanically adjusted using an electronically controlled servomotor. By increasing the wattage or resistance values, the permanent magnet is moved by the motor towards the flywheel. This increases the magnetic field effect and brakes the flywheel. Magnetic braking systems ensure that there is no material wear as the flywheel is not touched during the braking process. The flywheel is also moved in a controlled manner at a constant speed, thereby preventing unwanted movements.
  • the induction brake also known as the eddy current brake, works without wear, whereby the magnetic field is not generated by a moving permanent magnet, but rather by an electric coil and a current flow.
  • the strength of the magnetic field is not regulated by the distance between the magnet and the flywheel, but by the strength of the current flow in the coil. This makes more precise load control possible.
  • One advantage of the induction brake is that the braking force increases as the speed increases. The flywheel can therefore be braked more quickly at high speeds. This enables high-intensity interval training because higher resistance values can be achieved.
  • Sports that involve water resistance such as swimming, rowing or canoeing, also know the specific properties of physical resistance. This is because the fluidity of the water depends on the size, shape and speed of the rower's blade or the swimmer's hand.
  • air resistance brakes that address this problem, they are based on an air flow induced by muscle power.
  • a fan wheel is driven by the muscle strength of the exerciser and an air flow is induced, which develops a braking dynamic pressure in the housing.
  • the greater the difference in speed between the existing air flow and the air flow induced by muscle force the higher the dynamic pressure.
  • Such a brake is used, for example, on rowing, swimming, boating or cycling ergometers.
  • CH 712467 A2 describes a rowing simulation device which has a guided weight by means of a carriage and a guide on a swivel arm with an active cylinder, which is controlled by a controller.
  • DE 10 2008 028377 A1 describes an ergometer in which the braking force acting on the flywheel is switched depending on the angular position of the pedals with each revolution.
  • the ergometer includes a drive unit to which the two pedals are rigidly attached mechanically.
  • the angular position of the pedals is preferably detected via a sensor system, and the braking force is switched purely electronically or electrically.
  • US 4,798,378 A describes a rowing training device with a flywheel that is braked with an eddy current brake.
  • the power supply to the magnetic coil is closed or opened at the position corresponding to the rudder cycle and is intended to represent resistance behavior typical of rudders.
  • US 3,528,653 A uses the effect of frictional forces to create resistance.
  • the training device with cantilever technology is braked by the contact force of the brake shoes on the shaft connected to the belt or the skulls.
  • the resistances must be adjusted individually for each strap or skull.
  • the task of the ergometer brake according to the invention is to work as quietly as possible in order to prevent or at least significantly reduce the high noise emissions that occur with air brakes.
  • the dynamic force changes that exist in reality should be reflected in a training device by the braking system according to the invention.
  • the ergometer brake according to the invention should therefore be able to represent a fluid dynamic resistance as well as acceleration-dependent braking forces.
  • a basic force or starting force should remain variably adjustable. Dynamic resistance requires resistance that responds to acceleration. The acceleration is proportional to the resistance force.
  • the ergometer brake according to the invention comprises a flywheel and a plurality of permanent magnets that can be moved axially or radially to the flywheel.
  • the permanent magnets are non-positively coupled to a force transmission device.
  • a lever ensures that, for example, when a pulling force is applied, the permanent magnets and the magnetic field they generate are moved to the flywheel.
  • the lever is coupled to the permanent magnets at one end.
  • the lever is returned to the basic state by at least one spring which is coupled to the other end of the lever.
  • the lever is adjusted via a pull element, preferably a pull rope, a chain or a belt.
  • the tension element is guided over deflection rollers. This enables improved power transmission with a more compact design.
  • the tension element is guided in an S-shape via the deflection rollers.
  • “basic resistance” refers to the generation of a constant resistance. As with other training devices, this is preferably variably adjustable.
  • dynamic resistance refers to a resistance that reacts to acceleration.
  • the acceleration is proportional to the resistance force.
  • freewheeling refers to a resistance value of 0, ie the strength of the basic resistance and the dynamic resistance have the value 0.
  • the braking system enables the generation of a dynamic resistance depending on the effective acceleration that the trainee generates by increasing (or decreasing) his use of force.
  • the permanent magnets or the magnetic field are released from the flywheel so that it does not experience any braking, neither through the dynamic braking effect nor through the basic resistance.
  • the system is reset to its initial state. If the system is reset to the initial state, this is usually a partial function of the no-resistance state.
  • the ergometer brake according to the invention and the method on which it is based represents a braking cycle. After the brake has returned to its original state, the system can be started again.
  • the ergometer brake according to the invention and the method for imitating fluidic resistance are based on a combination of a lever effect, a connected spring force and the braking effect on a spring disk triggered by a magnetic field.
  • the depth or strength of the lever deflection is determined by the pulling force of the trainee. The more intensively the lever acts on the disc, the higher the resulting resistance force.
  • the lever is released from the flywheel due to the acting spring force and allows the disk to run freely without resistance.
  • the two deflection rollers of the power transmission device are positioned at the same distance from the pivot point.
  • the lever is coupled either directly or indirectly to at least one spring, preferably two springs.
  • the spring force is preferably selectable or adjustable.
  • the two ends of the lever in principle also define two different functional areas, namely an immersion area and a stabilization area.
  • the stabilization area is used to fix the pulleys or the lever on the device, while the immersion area ensures that the permanent magnets are moved either axially or radially to the flywheel.
  • an elastic tension element is preferably used, for example a rubber rope.
  • the deflection of the tension element via several deflection rollers enables the space requirement to be saved without having to shorten the elastic tension element, which depends on the expansion.
  • the force required for maximum stretching of the elastic tension element results from measuring the return force of the tension element in training devices with fluid dynamic resistance.
  • the lever size of the lever of the power transmission device is selected according to the requirements, but depends on the immersion depth of the magnetic field in the flywheel. The magnetic field in turn depends, among other things, on the number, size and arrangement of the permanent magnets used.
  • the part of the lever coupled to the permanent magnets comprises a receiving element for fastening the permanent magnets.
  • the spring force of the spring required for the return function depends on the tensile force emanating from the tension element, the strength of the return force of the tension element and the spring travel.
  • the spring travel is determined by the immersion depth of the magnetic field or the lever equipped with the permanent magnet in the flywheel. Only the braking torque generated by the magnetic field counteracts the pulling torque.
  • the braking torque depends on the number of permanent magnets used, the distance from the exciter magnet to the pivot point and the braking force of each individual exciter magnet.
  • the flywheel is made of aluminum, since this material, in addition to the required stability, has very good electrical conduction properties.
  • the use of aluminum enables high efficiency if the braking system is designed as an eddy current brake.
  • the invention also relates to a training device that is equipped with an ergometer brake described here.
  • the training device is preferably a rowing ergometer.
  • the ergometer brake according to the invention can be used in swimming ergometers, canoe ergometers and bicycle ergometers.
  • the ergometer brake according to the invention has the advantage that the braking force can be changed dynamically.
  • the relationship between the magnetic field and the flywheel is regularly static through a mechanism used to adjust the braking force changed. It is irrelevant whether the braking effect can be adjusted by a radial or axial change in the distance between the magnet and the flywheel, and whether this adjustment mechanism is carried out mechanically by the lever or by actuators, by pneumatic or hydraulic elements or by an electric motor.
  • the ergometer brake according to the invention is characterized by a flywheel set in rotation by the movement of the exerciser, which is braked by an axially or radially approximate magnetic field in relation to the muscle force used and the torque or tensile force generated thereby.
  • the pulling force or torque generated by the user in the training device is transferred mechanically to the position of the permanent magnets and thus to the orientation and intensity of the magnetic field. This dynamically changes the position of the magnetic field in relation to the flywheel.
  • the tensile force or the torque generated by the exerciser is detected by sensors.
  • the magnetic field is preferably approached by an electrical, hydraulic or pneumatic actuator.
  • the ergometer brake according to the invention works largely silently. Compared to rowing ergometers that are equipped with an air brake, the ergometer brake according to the invention was found to have a volume that was over 20 dB lower. This volume can be reduced even further using additional damping measures in the housing or housing cladding. The measurement was taken at a distance of one meter from the respective ergometer.
  • Fig. 1 shows the basic principle of the ergometer brake according to the invention
  • Fig. 2 shows a rowing ergometer which is equipped with an ergometer brake according to the invention
  • Fig. 3 shows the tensile force curve of a training device which is equipped with an ergometer brake according to the invention.
  • the basic principle of the ergometer brake according to the invention is shown in FIG.
  • the basic components of the ergometer brake are a flywheel 22 and permanent magnets 20, which are arranged at a lower end of a lever 16.
  • the upper end of the lever 16 is non-positively coupled to at least one spring 11.
  • the flywheel 22 is set into a rotational movement via a pulling element 10 (e.g. rope, belt or chain).
  • the tension element 10 is guided in an S-shape over deflection rollers 12, 14.
  • the upper deflection roller 12 and the lower deflection roller 14 are arranged at the same distance from a central pivot point 13.
  • the lower part of the lever 16 with the permanent magnets 20 is moved to the flywheel 22 when a user-specific pulling force is applied.
  • the distance traveled and thus the magnetic field that forms depend on the tensile force applied. If the pulling force decreases, as is the case when rowing, for example, when the oar is to be simulated sliding out of the water, the lever is moved away from the flywheel 22, which enables the flywheel 22 to run freely. At this point the system experiences no braking effect.
  • the two deflection rollers 12, 14 are located on the lever 16, which is connected to the spring 11 at the upper short end.
  • the lower, longer part of the lever 16 includes the braking element (permanent magnets) for braking the connected flywheel.
  • the braking element permanent magnets
  • speed-dependent braking behavior is possible. Due to the resulting cable friction and bearing friction of the deflection rollers 12, 14 as well as the interaction of spring force and return force of the tension element 10, the lower part of the lever 16 described is guided in the direction of the flywheel 22 when the tension element 10 is pulled.
  • the immersion depth of the lever 16 is determined by the pulling force of the exerciser. The closer the lever 16 is brought to the flywheel 22, the greater the magnetic field and thus the resulting braking force.
  • FIG. 2 shows a rowing ergometer which is equipped with the ergometer brake according to the invention.
  • the figure on the left shows the zero position, ie the position at which no tensile force is exerted on the tension element 10.
  • the spring 11 expands and pivots the magnetic field formed by the permanent magnets 20 on the lever 16 into the flywheel 22 to different depths. This is done either radially or axially, depending on the application variant.
  • the resistance decreases. The spring returns to its original state and thus withdraws the magnetic field from the flywheel 22.
  • the flywheel 22 to continue running unhindered, which corresponds, for example, to the gliding of a rowing boat.
  • the lever 16 dips into the flywheel about half its width with a tensile force of 400 N.
  • 6 permanent magnets are used as excitation magnets (type S-15-08-N; magnetic flux density 0.535 T). The resistance behavior is therefore very similar to that of real rowing.
  • An advantage of the system according to the invention is that no additional energy source is required to generate the braking force. Compared to air brakes, the system according to the invention is considerably quieter, so that the exerciser does not have to take any noise protection measures such as headphones, etc.
  • Fig. 3 the force curve of a training device equipped with an ergometer brake according to the invention can be seen in comparison to a common rowing ergometer.
  • the measurement delivers results that correspond to the required behavior.
  • the strength value increases quickly, reaches an individual maximum and then drops to zero, as is typical for rowing.
  • the data shows that the deficits of common rowing ergometers can be eliminated by achieving a dynamically changing effective resistance of the brake.
  • the braking system according to the invention works quietly and requires no electricity and its resistance behavior is similar to the stroke of a rower.
  • the ergometer brake according to the invention is therefore suitable for implementing a quiet, currentless, fluid dynamic resistance.
  • the ergometer brake according to the invention enables the speed and the field of effect of the magnetic force on the flywheel to be increased as the tractive force increases, which triggers a higher braking torque.

Abstract

The invention relates to a method for force-dependent dynamic alteration of the braking force of an exercise apparatus, in which method a brake system is made available consisting of a flywheel and of a plurality of permanent magnets able to move axially or radially with respect to the flywheel, wherein the permanent magnets are non-positively coupled to a force-transmitting device, and the magnetic field generated by the permanent magnets and acting on the flywheel is dependent on the force applied to the force-transmitting device, such that the magnetic field acting on the flywheel becomes greater as the force acting on the force-transmitting device increases. The invention further relates to an ergometer brake which permits a force-dependent dynamic alteration of the braking force of an exercise apparatus, in particular of a rowing ergometer. Finally, the invention relates to an exercise apparatus equipped with such an ergometer brake.

Description

Verfahren und Ergometerbremse zur kraftabhängigen dynamischen Veränderung der Bremskraft eines Trainingsgerätes Method and ergometer brake for the force-dependent dynamic change of the braking force of a training device
Beschreibung: Description:
Technisches Gebiet: Technical area:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kraftabhängigen dynamischen Veränderung der Bremskraft eines Trainingsgerätes. Die Erfindung betrifft ferner eine Ergometerbremse, die eine kraftabhängige dynamische Veränderung der Bremskraft eines Trainingsgeräts, insbesondere eines Ruderergometers, ermöglicht. Schließlich betrifft die Erfindung ein mit einer solchen Ergometerbremse ausgerüstetes Trainingsgerät. The present invention relates to a method for force-dependent dynamic change of the braking force of a training device. The invention further relates to an ergometer brake which enables a force-dependent dynamic change in the braking force of a training device, in particular a rowing ergometer. Finally, the invention relates to a training device equipped with such an ergometer brake.
Stand der Technik: State of the art:
Moderne Ergometer sind zur Einstellung der Widerstandskraft mit Bremssystemen ausgerüstet, die je nach Art des Trainingsgerätes unterschiedliche Anforderungen erfüllen müssen. Das Bremssystem sorgt dafür, dass die Trainingsintensität eines Trainierenden anpassbar ist. Die Erhöhung der Trainingsintensität erfolgt in der Regel dadurch, dass eine Schwungscheibe durch ein Bremssystem, zumeist einen Magneten, abgebremst wird, wodurch es dem Trainierenden schwerer fällt, die Schwungscheibe zu bewegen. Dabei gibt der Nutzer in der Regel die Kraft vor, die er für das Training benötigt. Modern ergometers are equipped with braking systems to adjust the resistance force, which have to meet different requirements depending on the type of training device. The braking system ensures that a trainee's training intensity can be adjusted. The increase in training intensity is usually achieved by slowing down a flywheel using a braking system, usually a magnet, which makes it more difficult for the trainee to move the flywheel. The user usually specifies the strength he needs for training.
In modernen Ergometern werden hauptsächlich drei Arten von Bremssystemen eingesetzt: Magnetbremse, Induktionsbremse und Luftwiderstandsbremse. Bei einer Magnetbremse wird eine Metall-Schwungscheibe durch die Magnetkraft eines Dauermagneten gebremst, dessen Abstand mittels elektronisch gesteuerten Stellmotors mechanisch anpassbar ist. Durch die Erhöhung der Watt- oder Widerstandswerte wird der Dauermagnet durch den Motor in Richtung Schwungscheibe bewegt. Dadurch wird die Magnetfeld-Wirkung verstärkt und die Schwungscheibe gebremst. Magnet-Bremssysteme sorgen dafür, dass es zu keinem Materialverschleiß kommt, da die Schwungscheibe während des Bremsvorgangs nicht berührt wird. Auch wird die Schwungscheibe mit gleichbleibender Geschwindigkeit kontrolliert bewegt und dadurch unerwünschte Bewegungen verhindert. Nachteilig ist jedoch, dass solche Bremssysteme lediglich einen gleichmäßigen oder statischen Widerstand ermöglichen, da der Trainierende die für das Training erforderliche Kraft, z.B. den Tretwiderstand, seinem Wunsch entsprechend einstellt. Auch Trainingsprogramme, die ein vordefiniertes Intensitätsprofil oder leistungsgesteuerte Programme ermöglichen, sind letztendlich statisch, da sich der Widerstand allenfalls intervallweise verändert. There are mainly three types of braking systems used in modern ergometers: magnetic brake, induction brake and air resistance brake. With a magnetic brake, a metal flywheel is braked by the magnetic force of a permanent magnet, the distance of which can be mechanically adjusted using an electronically controlled servomotor. By increasing the wattage or resistance values, the permanent magnet is moved by the motor towards the flywheel. This increases the magnetic field effect and brakes the flywheel. Magnetic braking systems ensure that there is no material wear as the flywheel is not touched during the braking process. The flywheel is also moved in a controlled manner at a constant speed, thereby preventing unwanted movements. The disadvantage, however, is that such braking systems only enable uniform or static resistance, since the trainee adjusts the force required for training, for example the pedaling resistance, according to his wishes. Even training programs that enable a predefined intensity profile or performance-controlled programs are ultimately static because the resistance changes at most changed at intervals.
Die Induktionsbremse, auch Wirbelstrombremse genannt, arbeitet verschleißfrei, wobei hier das Magnetfeld nicht durch einen bewegten Dauermagneten, sondern über eine Elektrospule und einen Stromfluss erzeugt wird. Bei diesem Bremssystem wird die Stärke des Magnetfeldes nicht über den Abstand des Magneten zur Schwungscheibe reguliert, sondern durch die Stärke des Stromflusses der Spule. Hierbei ist eine genauere Belastungssteuerung möglich. Ein Vorteil der Induktionsbremse liegt darin, dass die Bremskraft mit zunehmender Drehzahl steigt. Die Schwungscheibe kann also bei hohen Drehzahlen schneller abgebremst werden. Dies ermöglicht ein hoch intensives Intervalltraining, da höhere Widerstandswerte erreicht werden können. The induction brake, also known as the eddy current brake, works without wear, whereby the magnetic field is not generated by a moving permanent magnet, but rather by an electric coil and a current flow. With this braking system, the strength of the magnetic field is not regulated by the distance between the magnet and the flywheel, but by the strength of the current flow in the coil. This makes more precise load control possible. One advantage of the induction brake is that the braking force increases as the speed increases. The flywheel can therefore be braked more quickly at high speeds. This enables high-intensity interval training because higher resistance values can be achieved.
Ziel solcher Trainingsgeräte und der damit ausgerüsteten Bremssysteme ist es immer, die betreffende Sportart möglichst natürlich abzubilden. Leider stoßen hier die zuvor genannten Systeme an ihre Grenzen, da sich dynamisch verändernde Widerstände bzw. Kräfte nicht oder nur ungenügend abbilden lassen. So ist beim Radfahren eine maßgebliche Komponente der Windwiderstand oder bei einer Bergfahrt auch die Steigung der Strecke. Beide Komponenten müssen durch eine Ergometerbremse nachgeahmt werden, d.h. ein veränderlicher Grundwiderstand in Relation zur Steigung und ein sich über die Fahrgeschwindigkeit aufbauender Widerstand in Relation zum Gegenwind. Die häufig in Ergometern verwendeten Induktionsbremsen besitzen zwar eine hohe Genauigkeit, gehen jedoch im Gegensatz zum reellen Radfahren mit einer Zeitverzögerung einher, was zu einem unrealistischen Fahreindruck für den Trainierenden beiträgt. Sportarten wiederum, die mit einem Wasserwiderstand verbunden sind, wie beispielsweise Schwimmen, Rudern oder Kanufahren, kennen ebenfalls die spezifischen Eigenschaften des physikalischen Widerstands. Denn die Fluidität des Wassers hängt von dem Blatt des Ruderers oder der Hand des Schwimmers in Größe, Form und Geschwindigkeit ab. Zwar gibt es Luftwiderstandsbremsen, die sich dieses Problems annehmen, allerdings basieren diese auf einem durch Muskelkraft induzierten Luftstrom. Hierbei wird ein Lüfterrad von der Muskelkraft des Trainierenden angetrieben und ein Luftstrom induziert, der in dem Gehäuse einen bremsenden Staudruck entwickelt. Der Staudruck fällt umso höher aus, je größer der Geschwindigkeitsunterschied zwischen bestehendem Luftstrom und durch die Muskelkraft induziertem Luftstrom ist. Eine solche Bremse findet beispielsweise Verwendung bei Ruder-, Schwimm-, Kahn- oder Radfahrerergometern. Trotz der recht guten Imitation eines fluiden Widerstands kämpfen mit solchen Bremssystemen ausgerüstete Trainingssysteme mit einer sehr hohen Lärmemission, die u.a. bedingt ist durch den sich entwickelnden hohen Schalldruck. Deshalb müssen bei einer Vielzahl dieser Geräte in einem Raum die Sportler häufig Gehörschutz tragen, um die Schallemissionen dieser Ergometer auszublenden. Dies ist unbefriedigend. Verschiedene Bremssysteme bei Ergometern sind auch Bestandteil der Patentliteratur. Die WO 2016/009213 A1 beschreibt eine Wasserbremse für ein Ruderergometer, die einen idealen Widerstandswert für den Trainierenden ermöglichen soll. The aim of such training devices and the braking systems equipped with them is always to reproduce the sport in question as naturally as possible. Unfortunately, the systems mentioned above reach their limits here, as dynamically changing resistances or forces cannot be represented or can only be reproduced insufficiently. When cycling, a significant component is wind resistance or, when riding uphill, the gradient of the route. Both components must be imitated by an ergometer brake, ie a variable basic resistance in relation to the incline and a resistance that builds up over the driving speed in relation to the headwind. The induction brakes often used in ergometers have a high level of accuracy, but in contrast to real cycling they involve a time delay, which contributes to an unrealistic riding impression for the trainee. Sports that involve water resistance, such as swimming, rowing or canoeing, also know the specific properties of physical resistance. This is because the fluidity of the water depends on the size, shape and speed of the rower's blade or the swimmer's hand. Although there are air resistance brakes that address this problem, they are based on an air flow induced by muscle power. Here, a fan wheel is driven by the muscle strength of the exerciser and an air flow is induced, which develops a braking dynamic pressure in the housing. The greater the difference in speed between the existing air flow and the air flow induced by muscle force, the higher the dynamic pressure. Such a brake is used, for example, on rowing, swimming, boating or cycling ergometers. Despite the fairly good imitation of fluid resistance, training systems equipped with such braking systems struggle with very high noise emissions, which is due, among other things, to the high sound pressure that develops. Therefore, with a large number of these devices in one room, athletes often have to wear hearing protection in order to block out the sound emissions from these ergometers. This is unsatisfactory. Various braking systems on ergometers are also part of the patent literature. WO 2016/009213 A1 describes a water brake for a rowing ergometer, which is intended to provide an ideal resistance value for the trainee.
Die CH 712467 A2 beschreibt ein Rudersimulationsgerät, welches ein geführtes Gewicht mittels eines Schlittens und einer Führung an einem Schwenkarm mit einem Wirkzylinder aufweist, welches von einem Controller gesteuert wird. CH 712467 A2 describes a rowing simulation device which has a guided weight by means of a carriage and a guide on a swivel arm with an active cylinder, which is controlled by a controller.
Die DE 10 2008 028377 A1 beschreibt ein Ergometer, bei dem bei jeder Umdrehung die auf Schwungscheibe einwirkende Bremskraft in Abhängigkeit der Winkelstellung der Pedale umgeschaltet wird. Das Ergometer umfasst hierzu eine Antriebseinheit, an der die beiden Pedale mechanisch starr befestigt sind. Vorzugsweise wird die Winkelstellung der Pedale über ein Sensorsystem erfasst, und die Umschaltung der Bremskraft erfolgt auf rein elektronischem bzw. elektrischem Weg. DE 10 2008 028377 A1 describes an ergometer in which the braking force acting on the flywheel is switched depending on the angular position of the pedals with each revolution. For this purpose, the ergometer includes a drive unit to which the two pedals are rigidly attached mechanically. The angular position of the pedals is preferably detected via a sensor system, and the braking force is switched purely electronically or electrically.
Die US 4,798,378 A beschreibt ein Rudertrainingsgerät mit einem Schwungrad, das mit einer Wirbelstrombremse abgebremst wird. Die Stromversorgung der Magnetspule wird an der dem Rudertakt entsprechenden Position geschlossen bzw. geöffnet und soll damit ein rudertypisches Widerstandsverhalten darstellen. US 4,798,378 A describes a rowing training device with a flywheel that is braked with an eddy current brake. The power supply to the magnetic coil is closed or opened at the position corresponding to the rudder cycle and is intended to represent resistance behavior typical of rudders.
Die US 3,528,653 A nutzt die Wirkung von Reibungskräften zur Realisierung eines Widerstandes. Das Trainingsgerät mit Auslegertechnik wird über die Anpresskraft der Bremsbacken auf die mit dem Riemen oder den Skulls verbundene Welle abgebremst. Die Widerstände müssen dabei für jeden Riemen oder Skull einzeln eingestellt werden. US 3,528,653 A uses the effect of frictional forces to create resistance. The training device with cantilever technology is braked by the contact force of the brake shoes on the shaft connected to the belt or the skulls. The resistances must be adjusted individually for each strap or skull.
Darstellung der Erfindung: Presentation of the invention:
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ergometerbremse und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen eine möglichst wirklichkeitsnahe kraftabhängige dynamische Veränderung der Bremskraft eines Trainingsgeräts ermöglicht wird, um so beispielsweise einen fluidischen Widerstand zu imitieren. Against this background, it is the object of the present invention to provide an ergometer brake and a method with which a force-dependent dynamic change in the braking force of a training device that is as realistic as possible is made possible, for example in order to imitate a fluidic resistance.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Ergometerbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein mit einer solchen Ergometerbremse ausgerüstetes Trainingsgerät gemäß Anspruch 14. Bevorzugte Ausführungsvarianten finden sich in den Unteransprüchen wieder. Die erfindungsgemäße Ergometerbremse hat es sich zur Aufgabe gemacht, möglichst geräuschlos zu arbeiten, um die bei Luftbremsen vorhandenen hohen Lärmemissionen zu verhindern bzw. zumindest deutlich zu reduzieren. Gleichzeitig sollen die in der Realität vorhandenen dynamischen Kraftänderungen durch das erfindungsgemäße Bremssystem in einem Trainingsgerät widergespiegelt werden. Die erfindungsgemäße Ergometerbremse soll somit einen fluiddynamischen Widerstand sowie beschleunigungsabhängige Bremskräfte darstellen können. Gleichzeitig soll eine Grundkraft oder Startkraft variabel einstellbar bleiben. Der dynamische Widerstand setzt einen auf eine Beschleunigung reagierenden Widerstand voraus. Dabei ist die Beschleunigung proportional zur Widerstandskraft. This object is achieved by a method with the features of claim 1, an ergometer brake with the features of claim 5 and a training device equipped with such an ergometer brake according to claim 14. Preferred embodiment variants can be found in the subclaims. The task of the ergometer brake according to the invention is to work as quietly as possible in order to prevent or at least significantly reduce the high noise emissions that occur with air brakes. At the same time, the dynamic force changes that exist in reality should be reflected in a training device by the braking system according to the invention. The ergometer brake according to the invention should therefore be able to represent a fluid dynamic resistance as well as acceleration-dependent braking forces. At the same time, a basic force or starting force should remain variably adjustable. Dynamic resistance requires resistance that responds to acceleration. The acceleration is proportional to the resistance force.
Die erfindungsgemäße Ergometerbremse umfasst eine Schwungscheibe und eine Mehrzahl von axial oder radial zur Schwungscheibe bewegbaren Permanentmagneten. Die Permanentmagnete sind mit einer Kraftübertragungseinrichtung kraftschlüssig gekoppelt. Ein Hebel sorgt dafür, dass beispielsweise bei Anwendung einer Zugkraft die Permanentmagnete und das dadurch erzeugte Magnetfeld zur Schwungscheibe bewegt werden. Hierzu ist der Hebel an einem Ende mit den Permanentmagneten gekoppelt. Die Rückführung des Hebels in den Grundzustand erfolgt durch wenigstens eine Feder, die mit dem anderen Ende des Hebels gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das durch die Permanentmagnete erzeugte und auf die Schwungscheibe wirkende Magnetfeld abhängig ist von der auf die Kraftübertragungseinrichtung beaufschlagten Kraft, so dass sich bei einer Erhöhung der auf die Kraftübertragungseinrichtung einwirkenden Kraft das auf die Schwungscheibe wirkende Magnetfeld vergrößert. Die Stellung der Permanentmagnete zur Schwungscheibe ist damit direkt abhängig von der angewendeten Kraft, die zu einer Verstellung des Hebels führt. Erfindungsgemäß erfolgt die Verstellung des Hebels über ein Zugelement, vorzugsweise ein Zugseil, eine Kette oder einen Gurt. In einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass das Zugelement über Umlenkrollen geführt wird. Dies ermöglicht eine verbesserte Kraftübertragung bei zugleich kompakterer Bauweise. In einer weiter bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Führung des Zugelements über die Umlenkrollen S-förmig erfolgt. The ergometer brake according to the invention comprises a flywheel and a plurality of permanent magnets that can be moved axially or radially to the flywheel. The permanent magnets are non-positively coupled to a force transmission device. A lever ensures that, for example, when a pulling force is applied, the permanent magnets and the magnetic field they generate are moved to the flywheel. For this purpose, the lever is coupled to the permanent magnets at one end. The lever is returned to the basic state by at least one spring which is coupled to the other end of the lever. According to the invention, it is now provided that the magnetic field generated by the permanent magnets and acting on the flywheel is dependent on the force applied to the force transmission device, so that when the force acting on the force transmission device increases, the magnetic field acting on the flywheel increases. The position of the permanent magnets in relation to the flywheel is therefore directly dependent on the force applied, which leads to an adjustment of the lever. According to the invention, the lever is adjusted via a pull element, preferably a pull rope, a chain or a belt. In a preferred variant it is provided that the tension element is guided over deflection rollers. This enables improved power transmission with a more compact design. In a further preferred embodiment variant, it is provided that the tension element is guided in an S-shape via the deflection rollers.
Erfindungsgemäß bezeichnet "Grundwiderstand" die Erzeugung eines gleich bleibenden Widerstandes. Dieser ist vorzugsweise, wie bei anderen Trainingsgeräten auch, variabel einstellbar. According to the invention, “basic resistance” refers to the generation of a constant resistance. As with other training devices, this is preferably variably adjustable.
Erfindungsgemäß bezeichnet "dynamischer Widerstand" einen auf Beschleunigung reagierenden Widerstand. Dabei ist die Beschleunigung proportional zur Widerstandskraft. Erfindungsgemäß bezeichnet "Freilauf" einen Widerstandswert von 0, d.h. die Stärke des Grundwiderstands und des dynamischen Widerstands haben den Wert 0. According to the invention, “dynamic resistance” refers to a resistance that reacts to acceleration. The acceleration is proportional to the resistance force. According to the invention, “freewheeling” refers to a resistance value of 0, ie the strength of the basic resistance and the dynamic resistance have the value 0.
Das erfindungsgemäße Bremssystem ermöglicht die Erzeugung eines dynamischen Widerstandes in Abhängigkeit von der wirkenden Beschleunigung, die der Trainierende durch Steigerung (oder Senkung) seines Krafteinsatzes erzeugt. Während des Freilaufes, wenn also die angewendete Kraft nachlässt, werden die Permanentmagneten bzw. das Magnetfeld von der Schwungscheibe gelöst, so dass diese keine Bremsung erfährt, weder durch die dynamische Bremswirkung, noch durch den Grundwiderstand. Zeitgleich wird das System auf den Anfangszustand zurückgesetzt. Wird das System in den Anfangszustand zurückgesetzt, so ist dies in der Regel eine Teilfunktion des widerstandslosen Zustands. The braking system according to the invention enables the generation of a dynamic resistance depending on the effective acceleration that the trainee generates by increasing (or decreasing) his use of force. During freewheeling, when the applied force decreases, the permanent magnets or the magnetic field are released from the flywheel so that it does not experience any braking, neither through the dynamic braking effect nor through the basic resistance. At the same time, the system is reset to its initial state. If the system is reset to the initial state, this is usually a partial function of the no-resistance state.
Die erfindungsgemäße Ergometerbremse und das ihr zugrunde liegende Verfahren stellt einen Bremszyklus dar. Nachdem die Bremse in ihren Ursprungszustand zurückgekehrt ist, kann das System erneut gestartet werden. The ergometer brake according to the invention and the method on which it is based represents a braking cycle. After the brake has returned to its original state, the system can be started again.
Die erfindungsgemäße Ergometerbremse und das Verfahren zur Imitation eines fluidischen Widerstands basieren auf einer Kombination aus einer Hebelwirkung, einer angebundenen Federkraft sowie die durch ein Magnetfeld ausgelöste Bremswirkung auf eine Sprungscheibe. Die Tiefe bzw. die Stärke der Hebelumlenkung wird durch die Zugkraft des Trainierenden bestimmt. Je intensiver der Hebel auf die Scheibe wirkt, desto höher ist die entstehende Widerstandskraft. Mit Nachlassen der nutzerspezifischen Zugkraft wird der Hebel aufgrund der wirkenden Federkraft von der Schwungscheibe gelöst und ermöglicht einen widerstandslosen Freilauf der Scheibe. Maßgeblich für das Verfahren zur dynamischen Bremskraftveränderung des Trainingsgerätes ist somit, dass bei einer Erhöhung der auf die Kraftübertragungseinrichtung einwirkenden Kraft die Permanentmagnete zur Schwungscheibe bewegt werden, während bei einer Senkung der auf die Kraftübertragungseinrichtung einwirkenden Kraft die Permanentmagnete von der Schwungscheibe weg bewegt werden. Die Gestaltung und Auslegung des Hebels der Kraftübertragungseinrichtung ist abhängig von der Positionierung des Drehpunkts in Verbindung mit der Größe der Schwungscheibe sowie der Anordnung der Umlenkrollen. The ergometer brake according to the invention and the method for imitating fluidic resistance are based on a combination of a lever effect, a connected spring force and the braking effect on a spring disk triggered by a magnetic field. The depth or strength of the lever deflection is determined by the pulling force of the trainee. The more intensively the lever acts on the disc, the higher the resulting resistance force. When the user-specific tensile force decreases, the lever is released from the flywheel due to the acting spring force and allows the disk to run freely without resistance. What is decisive for the method for dynamically changing the braking force of the training device is that when the force acting on the force transmission device increases, the permanent magnets are moved to the flywheel, while when the force acting on the force transmission device is reduced, the permanent magnets are moved away from the flywheel. The design and interpretation of the lever of the power transmission device depends on the positioning of the pivot point in conjunction with the size of the flywheel and the arrangement of the deflection rollers.
Vorzugsweise sind die beiden Umlenkrollen der Kraftübertragungseinrichtung im gleichen Abstand zum Drehpunkt positioniert. Der Hebel ist entweder direkt oder indirekt mit wenigstens einer Feder, vorzugsweise zwei Federn gekoppelt. Bevorzugt ist die Federkraft wählbar oder einstellbar. Die beiden Enden des Hebels definieren im Prinzip auch zwei unterschiedliche Funktionsbereiche, nämlich einen Eintauchbereich und einen Stabilisierungsbereich. Der Stabilisierungsbereich dient der Fixierung der Seilrollen bzw. des Hebels an der Vorrichtung, während der Eintauchbereich dafür Sorge trägt, die Permanentmagnete entweder axial oder radial zur Schwungscheibe zu bewegen. Preferably, the two deflection rollers of the power transmission device are positioned at the same distance from the pivot point. The lever is coupled either directly or indirectly to at least one spring, preferably two springs. The spring force is preferably selectable or adjustable. The two ends of the lever in principle also define two different functional areas, namely an immersion area and a stabilization area. The The stabilization area is used to fix the pulleys or the lever on the device, while the immersion area ensures that the permanent magnets are moved either axially or radially to the flywheel.
Um die Rückholfunktion des Zugelements zu gewährleisten, wird vorzugsweise ein elastisches Zugelement verwendet, beispielsweise ein Gummiseil. Die Umlenkung des Zugelements über mehrere Umlenkrollen ermöglicht eine Einsparung des Platzbedarfs, ohne dass dabei das von der Dehnung abhängige elastische Zugelement verkürzt werden muss. Die für eine maximale Dehnung des elastischen Zugelements erforderliche Kraft ergibt sich aus der Messung der Rückholkraft des Zugelements bei Trainingsgeräten mit einem fluiddynamischen Widerstand. Die Hebelgröße des Hebels der Kraftübertragungseinrichtung wird entsprechend den Anforderungen gewählt, ist jedoch abhängig von der Eintauchtiefe des Magnetfeldes in der Schwungscheibe. Das Magnetfeld wiederum hängt u.a. von der Anzahl, der Größe und der Anordnung der verwendeten Permanentmagnete ab. Vorzugsweise umfasst der mit den Permanentmagneten gekoppelte Teil des Hebels ein Aufnahmeelement zur Befestigung der Permanentmagnete. In order to ensure the return function of the tension element, an elastic tension element is preferably used, for example a rubber rope. The deflection of the tension element via several deflection rollers enables the space requirement to be saved without having to shorten the elastic tension element, which depends on the expansion. The force required for maximum stretching of the elastic tension element results from measuring the return force of the tension element in training devices with fluid dynamic resistance. The lever size of the lever of the power transmission device is selected according to the requirements, but depends on the immersion depth of the magnetic field in the flywheel. The magnetic field in turn depends, among other things, on the number, size and arrangement of the permanent magnets used. Preferably, the part of the lever coupled to the permanent magnets comprises a receiving element for fastening the permanent magnets.
Die Federkraft der für die Rückholfunktion erforderlichen Feder ist abhängig von der von dem Zugelement ausgehenden Zugkraft, der Stärke der Rückholkraft des Zugelements und dem Federweg. Der Federweg wird bestimmt durch die Eintauchtiefe des Magnetfeldes bzw. der mit dem Permanentmagneten ausgerüsteten Hebel in die Schwungscheibe. Erst das durch das Magnetfeld erzeugte Bremsmoment wirkt dem Zugmoment entgegen. Das Bremsmoment ist abhängig von der Anzahl der verwendeten Permanentmagnete, dem Abstand des Erregermagnetes zum Drehpunkt und der Bremskraft jedes einzelnen Erregermagnetes. The spring force of the spring required for the return function depends on the tensile force emanating from the tension element, the strength of the return force of the tension element and the spring travel. The spring travel is determined by the immersion depth of the magnetic field or the lever equipped with the permanent magnet in the flywheel. Only the braking torque generated by the magnetic field counteracts the pulling torque. The braking torque depends on the number of permanent magnets used, the distance from the exciter magnet to the pivot point and the braking force of each individual exciter magnet.
In einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die Schwungscheibe aus Aluminium gefertigt ist, da dieses Material, neben der erforderlichen Stabilität, sehr gut elektrische Leitungseigenschaften aufweist. Die Verwendung von Aluminium ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad, wenn das Bremssystem als Wirbelstrombremse ausgelegt ist. In a preferred variant it is provided that the flywheel is made of aluminum, since this material, in addition to the required stability, has very good electrical conduction properties. The use of aluminum enables high efficiency if the braking system is designed as an eddy current brake.
Die Erfindung betrifft auch ein Trainingsgerät, das mit einer hier beschriebenen Ergometerbremse ausgerüstet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Trainingsgerät um ein Ruderergometer. Die erfindungsgemäße Ergometerbremse kann jedoch in Schwimmergometern, Kanuergometern, Fahrradergometern eingesetzt werden. The invention also relates to a training device that is equipped with an ergometer brake described here. The training device is preferably a rowing ergometer. However, the ergometer brake according to the invention can be used in swimming ergometers, canoe ergometers and bicycle ergometers.
Die erfindungsgemäße Ergometerbremse hat den Vorteil, dass die Bremskraft dynamisch veränderbar ist. Bei bekannten Systemen wird regelmäßig die Relation von Magnetfeld und Schwungscheibe durch einen der Verstellung der Bremskraft dienenden Mechanismus statisch verändert. Dabei ist es unerheblich, ob sich die Bremswirkung durch eine radiale oder axiale Veränderung des Abstands zwischen Magneten und Schwungscheibe verstellen lässt, und ob dieser Verstellmechanismus mechanisch durch den Hebel oder durch Stellglieder, durch pneumatische oder hydraulische Elemente oder elektromotorisch erfolgt. Die erfindungsgemäße Ergometerbremse ist gekennzeichnet durch eine durch die Bewegung des Trainierenden in Rotation versetzte Schwungscheibe, die durch ein axial oder radial angenähertes Magnetfeld in Relation zur eingesetzten Muskelkraft und das dadurch erzeugte Drehmoment oder die dadurch erzeugte Zugkraft abgebremst wird. Die vom Benutzer erzeugte Zugkraft oder das von ihm im Trainingsgerät entwickelte Drehmoment wird mechanisch auf die Position der Permanentmagnete und damit auf die Ausrichtung und Intensität des Magnetfeldes übertragen. Dadurch wird die Lage des Magnetfeldes in Relation zur Schwungmasse dynamisch verändert. The ergometer brake according to the invention has the advantage that the braking force can be changed dynamically. In known systems, the relationship between the magnetic field and the flywheel is regularly static through a mechanism used to adjust the braking force changed. It is irrelevant whether the braking effect can be adjusted by a radial or axial change in the distance between the magnet and the flywheel, and whether this adjustment mechanism is carried out mechanically by the lever or by actuators, by pneumatic or hydraulic elements or by an electric motor. The ergometer brake according to the invention is characterized by a flywheel set in rotation by the movement of the exerciser, which is braked by an axially or radially approximate magnetic field in relation to the muscle force used and the torque or tensile force generated thereby. The pulling force or torque generated by the user in the training device is transferred mechanically to the position of the permanent magnets and thus to the orientation and intensity of the magnetic field. This dynamically changes the position of the magnetic field in relation to the flywheel.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die vom Trainierenden erzeugte Zugkraft oder das erzeugte Drehmoment sensorisch erfasst wird. Vorzugsweise erfolgt die Annäherung des Magnetfeldes durch einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktor. In a preferred embodiment variant, it is provided that the tensile force or the torque generated by the exerciser is detected by sensors. The magnetic field is preferably approached by an electrical, hydraulic or pneumatic actuator.
Aufgrund des reibungsfreien Bremssystems arbeitet die erfindungsgemäße Ergometerbremse weitgehend geräuschlos. Im Vergleich zu Ruderergometern, die mit einer Luftbremse ausgerüstet sind, konnte bei der erfindungsgemäßen Ergometerbremse eine über 20 dB geringere Lautstärke ermittelt werden. Über zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen des Gehäuses oder der Gehäuseverkleidungen lässt sich diese Lautstärke noch weiter absenken. Die Messung erfolgte in einem Abstand von einem Meter von dem jeweiligen Ergometer. Due to the friction-free braking system, the ergometer brake according to the invention works largely silently. Compared to rowing ergometers that are equipped with an air brake, the ergometer brake according to the invention was found to have a volume that was over 20 dB lower. This volume can be reduced even further using additional damping measures in the housing or housing cladding. The measurement was taken at a distance of one meter from the respective ergometer.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es handelt sich hierbei um Ausführungsbeispiele, welche das erfindungsgemäße Verfahren zur kraftabhängigen dynamischen Veränderung der Bremskraft eines Trainingsgerätes und eine dahin ausgelegte Ergometerbremse veranschaulichen sollen. Keinesfalls soll die Erfindung auf die beschriebenen Ausführungsvarianten beschränkt werden. Auch die Kombination einzelner oder mehrerer Merkmale verschiedener Ausführungsvarianten ist von der vorliegenden Erfindung umfasst. So ist es beispielsweise für den Fachmann nachvollziehbar, dass anstelle von Permanentmagneten auch induktionsgesteuerte Magnete oder eine Kombination von Magnetbremse und Induktionsbremse zum Einsatz kommen können. The invention is explained in more detail in the following drawings. These are exemplary embodiments which are intended to illustrate the method according to the invention for the force-dependent dynamic change of the braking force of a training device and an ergometer brake designed for this purpose. Under no circumstances should the invention be limited to the embodiment variants described. The combination of individual or several features of different embodiment variants is also covered by the present invention. For example, it is understandable to those skilled in the art that instead of permanent magnets, induction-controlled magnets or a combination of magnetic brake and induction brake can also be used.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen: Short description of the drawings:
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Ergometerbremse; Fig. 2 zeigt ein Ruderergometer, das mit einer erfindungsgemäßen Ergometerbremse ausgerüstet ist; Fig. 1 shows the basic principle of the ergometer brake according to the invention; Fig. 2 shows a rowing ergometer which is equipped with an ergometer brake according to the invention;
Fig. 3 zeigt den Zugkraft-Verlauf eines Trainingsgerätes, welches mit einer erfindungsgemäßen Ergometerbremse ausgerüstet ist. Fig. 3 shows the tensile force curve of a training device which is equipped with an ergometer brake according to the invention.
Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerbliche Anwendbarkeit: Ways to carry out the invention and commercial applicability:
In Fig. 1 ist das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Ergometerbremse gezeigt. Grundbestandteile der Ergometerbremse sind eine Schwungscheibe 22 sowie Permanentmagnete 20, die an einem unteren Ende eines Hebels 16 angeordnet sind. Das obere Ende des Hebels 16 ist kraftschlüssig mit wenigstens einer Feder 11 gekoppelt. Bei Anwendung einer Zugkraft wird über ein Zugelement 10 (z.B. Seil, Gurt oder Kette) die Schwungscheibe 22 in eine Rotationsbewegung versetzt. Dabei wird das Zugelement 10 über Umlenkrollen 12, 14 S- förmig geführt. Die obere Umlenkrolle 12 und die untere Umlenkrolle 14 sind mit gleichem Abstand zu einem zentralen Drehpunkt 13 angeordnet. Der untere Teil des Hebels 16 mit den Permanentmagneten 20 wird bei Anlegen einer nutzerspezifischen Zugkraft zur Schwungscheibe 22 bewegt. Dabei sind die zurückgelegte Wegstrecke und damit das sich ausbildende Magnetfeld abhängig von der angelegten Zugkraft. Lässt die Zugkraft nach, wie es beispielsweise beim Rudern der Fall ist, wenn das Herausgleiten des Ruders aus dem Wasser imitiert werden soll, wird der Hebel von der Schwungscheibe 22 weg bewegt, wodurch der Freilauf der Schwungscheibe 22 ermöglicht wird. An diesem Punkt erfährt das System keine Bremswirkung. The basic principle of the ergometer brake according to the invention is shown in FIG. The basic components of the ergometer brake are a flywheel 22 and permanent magnets 20, which are arranged at a lower end of a lever 16. The upper end of the lever 16 is non-positively coupled to at least one spring 11. When a pulling force is applied, the flywheel 22 is set into a rotational movement via a pulling element 10 (e.g. rope, belt or chain). The tension element 10 is guided in an S-shape over deflection rollers 12, 14. The upper deflection roller 12 and the lower deflection roller 14 are arranged at the same distance from a central pivot point 13. The lower part of the lever 16 with the permanent magnets 20 is moved to the flywheel 22 when a user-specific pulling force is applied. The distance traveled and thus the magnetic field that forms depend on the tensile force applied. If the pulling force decreases, as is the case when rowing, for example, when the oar is to be simulated sliding out of the water, the lever is moved away from the flywheel 22, which enables the flywheel 22 to run freely. At this point the system experiences no braking effect.
Die beiden Umlenkrollen 12, 14 befinden sich an dem Hebel 16, der an dem oberen kurzen Ende mit der Feder 11 verbunden ist. Der untere längere Teil des Hebels 16 umfasst das Bremselement (Dauermagnete) zum Abbremsen der angebundenen Schwungscheibe. Durch die Verwendung der Permanentmagnete 20 ist ein geschwindigkeitsabhängiges Bremsverhalten möglich. Aufgrund der entstehenden Seilreibung und Lagerreibung der Umlenkrollen 12, 14 sowie des Zusammenspiels aus Federkraft und Rückholkraft des Zugelements 10 wird der beschriebene untere Teil des Hebels 16 beim Ziehen des Zugelements 10 in Richtung der Schwungscheibe 22 geführt. Die Eintauchtiefe des Hebels 16 wird dabei durch die Zugkraft des Trainierenden bestimmt. Je näher der Hebel 16 an die Schwungscheibe 22 geführt wird, umso größer ist das Magnetfeld und somit die entstehende Bremskraft. Mit Nachlassen der nutzerspezifischen Zugkraft wird der Hebel 16 aufgrund der wirkenden Federkraft von der Schwungscheibe 22 gelöst und ermöglicht den widerstandslosen Freilauf der Scheibe. In Fig. 2 ist ein Ruderergometer gezeigt, welches mit der erfindungsgemäßen Ergometerbremse ausgerüstet ist. In der Abbildung links ist die Nullstellung gezeigt, d.h. die Position, bei der noch keine Zugkraft auf das Zugelement 10 ausgeübt wird. Abhängig von der aufgebrachten Zugkraft dehnt sich die Feder 11 aus und schwenkt das durch die Permanentmagneten 20 am Hebel 16 ausgebildete Magnetfeld unterschiedlich tief in die Schwungscheibe 22 ein. Dies erfolgt entweder radial oder axial, je nach Anwendungsvariante. Nach dem Erreichen des zugabhängigen Kraftmaximums sinkt die Widerstandskraft ab. Hierbei fällt die Feder wieder in ihren Ursprungszustand zurück und zieht damit das Magnetfeld aus der Schwungscheibe 22 zurück. Dadurch kann die Schwungscheibe 22 ungehindert weiterlaufen, was beispielsweise dem Gleiten eines Ruderbootes entspricht. In der gezeigten Ausführungsvariante taucht der Hebel 16 bei einer Zugkraft von 400 N etwa zur Hälfte seiner Breite in die Schwungscheibe ein. In der gezeigten Variante kommen 6 Permanentmagnete als Erregermagnete zum Einsatz (Typ S-15- 08-N; magnetische Flussdichte 0,535 T). Das Widerstandsverhalten ähnelt somit stark dem des reellen Ruderns. The two deflection rollers 12, 14 are located on the lever 16, which is connected to the spring 11 at the upper short end. The lower, longer part of the lever 16 includes the braking element (permanent magnets) for braking the connected flywheel. By using the permanent magnets 20, speed-dependent braking behavior is possible. Due to the resulting cable friction and bearing friction of the deflection rollers 12, 14 as well as the interaction of spring force and return force of the tension element 10, the lower part of the lever 16 described is guided in the direction of the flywheel 22 when the tension element 10 is pulled. The immersion depth of the lever 16 is determined by the pulling force of the exerciser. The closer the lever 16 is brought to the flywheel 22, the greater the magnetic field and thus the resulting braking force. When the user-specific tensile force decreases, the lever 16 is released from the flywheel 22 due to the acting spring force and enables the disk to run freely without resistance. 2 shows a rowing ergometer which is equipped with the ergometer brake according to the invention. The figure on the left shows the zero position, ie the position at which no tensile force is exerted on the tension element 10. Depending on the tensile force applied, the spring 11 expands and pivots the magnetic field formed by the permanent magnets 20 on the lever 16 into the flywheel 22 to different depths. This is done either radially or axially, depending on the application variant. After reaching the tension-dependent force maximum, the resistance decreases. The spring returns to its original state and thus withdraws the magnetic field from the flywheel 22. This allows the flywheel 22 to continue running unhindered, which corresponds, for example, to the gliding of a rowing boat. In the embodiment variant shown, the lever 16 dips into the flywheel about half its width with a tensile force of 400 N. In the variant shown, 6 permanent magnets are used as excitation magnets (type S-15-08-N; magnetic flux density 0.535 T). The resistance behavior is therefore very similar to that of real rowing.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass keine zusätzliche Energiequelle zur Generierung der Bremskraft erforderlich ist. Im Vergleich zu Luftbremsen ist das erfindungsgemäße System erheblich leiser, so dass der Trainierende keine Schallschutzmaßnahmen wie Kopfhörer etc. ergreifen muss. An advantage of the system according to the invention is that no additional energy source is required to generate the braking force. Compared to air brakes, the system according to the invention is considerably quieter, so that the exerciser does not have to take any noise protection measures such as headphones, etc.
In Fig. 3 ist der Kraftverlauf eines mit einer erfindungsgemäßen Ergometerbremse ausgerüsteten Trainingsgeräts im Vergleich zu einem gängigen Ruderergometer zu erkennen. Die Messung liefert Ergebnisse, die dem geforderten Verhalten entsprechen. Der Kraftwert steigt schnell an, erreicht ein individuelles Maximum und sinkt anschließend auf Null ab, so wie es für das Rudern typisch ist. Die Daten zeigen, dass die Defizite gängiger Ruderergometer ausgeräumt werden können, indem ein sich dynamisch verändernder Wirkwiderstand der Bremse erreicht wird. Das erfindungsgemäße Bremssystem arbeitet leise und benötigt keinen Strom und ähnelt in seinem Widerstandsverhalten einem Ruderschlag eines Ruderers. Damit eignet sich die erfindungsgemäße Ergometerbremse zur Umsetzung eines leisen, stromlosen, fluiddynamischen Widerstands. In Fig. 3 the force curve of a training device equipped with an ergometer brake according to the invention can be seen in comparison to a common rowing ergometer. The measurement delivers results that correspond to the required behavior. The strength value increases quickly, reaches an individual maximum and then drops to zero, as is typical for rowing. The data shows that the deficits of common rowing ergometers can be eliminated by achieving a dynamically changing effective resistance of the brake. The braking system according to the invention works quietly and requires no electricity and its resistance behavior is similar to the stroke of a rower. The ergometer brake according to the invention is therefore suitable for implementing a quiet, currentless, fluid dynamic resistance.
Zusammengefasst ermöglicht die erfindungsgemäße Ergometerbremse, dass bei steigender Zugkraft die Geschwindigkeit und das Wirkungsfeld der Magnetkraft auf die Schwungscheibe erhöht wird, was ein höheres Bremsmoment auslöst. In summary, the ergometer brake according to the invention enables the speed and the field of effect of the magnetic force on the flywheel to be increased as the tractive force increases, which triggers a higher braking torque.

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1 . Verfahren zur kraftabhängigen dynamischen Veränderung der Bremskraft eines Trainingsgerätes, bei dem ein Bremssystem bereitgestellt wird, bestehend aus einer Schwungscheibe und einer Mehrzahl von axial oder radial zur Schwungscheibe bewegbaren Permanentmagnete, wobei die Permanentmagnete kraftschlüssig gekoppelt sind mit einer Kraftübertragungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Permanentmagnete erzeugte und auf die Schwungscheibe wirkende Magnetfeld abhängig ist von der auf die Kraftübertragungseinrichtung beaufschlagten Kraft, so dass sich bei einer Erhöhung der auf die Kraftübertragungseinrichtung einwirkenden Kraft das auf die Schwungscheibe wirkende Magnetfeld vergrößert. 1 . Method for the force-dependent dynamic change of the braking force of a training device, in which a braking system is provided, consisting of a flywheel and a plurality of permanent magnets movable axially or radially to the flywheel, the permanent magnets being non-positively coupled to a force transmission device, characterized in that the The magnetic field generated by permanent magnets and acting on the flywheel is dependent on the force applied to the force transmission device, so that when the force acting on the force transmission device increases, the magnetic field acting on the flywheel increases.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einer Erhöhung der auf die Kraftübertragungseinrichtung einwirkenden Kraft die Permanentmagnete zur Schwungscheibe bewegt werden und bei einer Senkung der auf die Kraftübertragungseinrichtung einwirkenden Kraft die Permanentmagnete von der Schwungscheibe wegbewegt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that when the force acting on the force transmission device increases, the permanent magnets are moved to the flywheel and when the force acting on the force transmission device decreases, the permanent magnets are moved away from the flywheel.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinrichtung einen Hebel umfasst, der an einem Ende mit wenigstens einer Feder und an dem anderen Ende mit den Permanentmagneten gekoppelt ist, wobei der an die Permanentmagnete gekoppelte Teil des Hebels in Abhängigkeit von einer nutzerspezifischen Zugkraft zur Schwungscheibe bewegt wird, während bei einem Nachlassen der nutzerspezifischen Zugkraft der Hebel aufgrund der wirkenden Federkraft von der Schwungscheibe gelöst wird und einen Freilauf der Schwungscheibe ermöglicht. 3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the force transmission device comprises a lever which is coupled at one end to at least one spring and at the other end to the permanent magnets, the part of the lever coupled to the permanent magnets being dependent is moved to the flywheel by a user-specific tensile force, while when the user-specific tensile force decreases, the lever is released from the flywheel due to the acting spring force and allows the flywheel to run freely.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftabhängige Bewegung der Permanentmagnete über den Hebel über ein Zugelement erfolgt, das S-förmig über wenigstens zwei Umlenkrollen geführt wird, die im gleichen Abstand zum Drehpunkt angeordnet werden, wobei es sich bei dem Zugelement vorzugsweise um ein Zugseil, eine Kette oder einen Gurt handelt. 4. The method according to claim 3, characterized in that the force-dependent movement of the permanent magnets via the lever takes place via a tension element which is guided in an S-shape over at least two deflection rollers which are arranged at the same distance from the pivot point, which is the tension element preferably a pull rope, a chain or a belt.
5. Ergometerbremse zur kraftabhängigen dynamischen Veränderung der Bremskraft eines Trainingsgerätes, umfassend eine Schwungscheibe (22) und eine Mehrzahl von axial oder radial zur Schwungscheibe (22) bewegbaren Permanentmagnete (16), wobei die Permanentmagnete (16) kraftschlüssig gekoppelt sind mit einer Kraftübertragungseinrichtung, die einen Hebel (16) umfasst, der an einem Ende mit wenigstens einer Feder (11 ) gekoppelt ist und an dem anderen Ende mit den Permanentmagneten (20), wobei das durch die Permanentmagnete (20) erzeugte und auf die Schwungscheibe (22)wirkende Magnetfeld abhängig ist von der auf die Kraftübertragungseinrichtung beaufschlagten Kraft, so dass sich bei einer Erhöhung der auf die Kraftübertragungseinrichtung einwirkenden Kraft das auf die Schwungscheibe (22) wirkende Magnetfeld vergrößert. Ergometerbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (16) der Kraftübertragungseinrichtung an einem Ende mit der wenigstens einen Feder (11) und an dem anderen Ende mit den Permanentmagneten (20) gekoppelt ist, wobei der an die Permanentmagnete (20) gekoppelte Teil des Hebels (16) in Abhängigkeit von einer nutzerspezifischen Zugkraft zur Schwungscheibe (22) bewegbar ist, während bei einem Nachlassen der nutzerspezifischen Zugkraft sich der Hebel (16) aufgrund der wirkenden Federkraft von der Schwungscheibe (22)weg bewegt und einen Freilauf der Schwungscheibe (22) ermöglicht. Ergometerbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftabhängige Bewegung der Permanentmagnete (20) über den Hebel (16) über ein Zugelement (10) erfolgt, das S-förmig über wenigstens zwei Umlenkrollen (12, 14) geführt ist, wobei die wenigstens zwei Umlenkrollen (12, 14) im gleichen Abstand zu einem Drehpunkt (13) angeordnet sind. Ergometerbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zugelement (10) um ein Zugseil, eine Kette oder einen Gurt handelt. Ergometerbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelgröße des Hebels (16) abhängig ist von der Eintauchtiefe des Magnetfeldes in die Schwungscheibe (22). Ergometerbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mit den Permanentmagneten (20) gekoppelte Teil des Hebels (16) ein Aufnahmeelement zur Befestigung der Permanentmagnete (20) umfasst. Ergometerbremse nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der wenigstens einen Feder (11 )in Abhängigkeit von der von dem Zugelement (10) ausgehenden Zugkraft, der Stärke der Rückholkraft des Zugelements (10) und dem Federweg einstellbar ist, wobei der Federweg bestimmt wird durch die Eintauchtiefe des Magnetfeldes in die Schwungscheibe (22). Ergometerbremse nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Bremsmoment generiert wird, das dem Zugmoment entgegenwirkt, wobei das Bremsmoment abhängig ist von der Anzahl der verwendeten Permanentmagnete (20), dem Abstand des Erregermagnetes zum Drehpunkt (13) und der Bremskraft jedes einzelnen Erregermagnetes. Ergometerbremse nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungscheibe (22) aus Aluminium gefertigt ist. Trainingsgerät, ausgerüstet mit einer Ergometerbremse gemäß einem der Ansprüche 5 bis5. Ergometer brake for the force-dependent dynamic change of the braking force of a training device, comprising a flywheel (22) and a plurality of permanent magnets (16) movable axially or radially to the flywheel (22), the permanent magnets (16) being non-positively coupled to a force transmission device, which a lever (16) which has at one end is coupled to at least one spring (11) and at the other end to the permanent magnets (20), the magnetic field generated by the permanent magnets (20) and acting on the flywheel (22) being dependent on the force applied to the force transmission device, so that When the force acting on the power transmission device increases, the magnetic field acting on the flywheel (22) increases. Ergometer brake according to claim 5, characterized in that the lever (16) of the force transmission device is coupled at one end to the at least one spring (11) and at the other end to the permanent magnets (20), the one coupled to the permanent magnets (20). Part of the lever (16) can be moved to the flywheel (22) depending on a user-specific tensile force, while when the user-specific tensile force decreases, the lever (16) moves away from the flywheel (22) due to the acting spring force and the flywheel freewheels (22) enables. Ergometer brake according to claim 6, characterized in that the force-dependent movement of the permanent magnets (20) via the lever (16) takes place via a tension element (10) which is guided in an S-shape over at least two deflection rollers (12, 14), the at least two deflection rollers (12, 14) are arranged at the same distance from a pivot point (13). Ergometer brake according to claim 7, characterized in that the traction element (10) is a traction cable, a chain or a belt. Ergometer brake according to claim 6, characterized in that the lever size of the lever (16) depends on the immersion depth of the magnetic field in the flywheel (22). Ergometer brake according to claim 6, characterized in that the part of the lever (16) coupled to the permanent magnets (20) comprises a receiving element for fastening the permanent magnets (20). Ergometer brake according to one of claims 5 to 10, characterized in that the spring force of the at least one spring (11) is adjustable depending on the tensile force emanating from the tension element (10), the strength of the return force of the tension element (10) and the spring travel, whereby the spring travel is determined by the immersion depth of the Magnetic field into the flywheel (22). Ergometer brake according to one of claims 5 to 11, characterized in that a braking torque is generated which counteracts the tensile torque, the braking torque depending on the number of permanent magnets (20) used, the distance of the excitation magnet to the pivot point (13) and the braking force of each individual exciter magnet. Ergometer brake according to one of claims 5 to 13, characterized in that the flywheel (22) is made of aluminum. Training device equipped with an ergometer brake according to one of claims 5 to
13. Trainingsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Trainingsgerät um ein Ruderergometer handelt. 13. Training device according to claim 14, characterized in that the training device is a rowing ergometer.
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