DE1616895C3 - Dynamo-Ergometer - Google Patents
Dynamo-ErgometerInfo
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
- A61B5/221—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
- A63B21/005—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters
- A63B21/0053—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters using alternators or dynamos
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Description
Die Erfindung betrifft ein Dynamo-Ergometer mit einer Vorrichtung zum Antrieb eines elektrischen
Generators durch eine zu untersuchende Person, einem Lastwiderstand zur Aufnahme der vom Generator
abgegebenen elektrischen Leistung, und einer von einer Stromversorgungsschaltung mit Betriebsleistung versorgten elektrischen Regeleinrichtung, durch die die
vom Lastwiderstand aufgenommene elektrische Leistung auf einen Wert eingerbgelt wird, bei dem die von
der zu untersuchenden Person an die Antriebsvorrichtung abgegebene körperliche Leistung einen von der
Gcncratordrehzahl im wesentlichen unabhängigen, einstellbaren Wert hat.
Die bekannten Dynamo-Ergometer (deutsche Patentschrift 10 54 204, schweizerische Patentschrift 4 32 045)
enthalten im allgemeinen einen Gleichstromgenerator, dessen Ankerwicklung mit einem unveränderlichen
Lastwiderstand verbunden ist und dessen Feldstrom durch eine elektronische Regelschaltung derart geregelt
wird, daß die durch den untersuchenden Arzt voreinstellbare Leistungsabgabe der zu untersuchenden
Person möglichst weitgehend unabhängig von der Antriebsdrehzahl ist.
Die den Feldstrom regelnde elektronische Einrichtung und andere Hilfsvorrichtungen, wie Anzeigelampen u. dgl., werden bei den bekannten Dynamo-Ergome-
tern aus dem Wechselstromnetz mit Betriebsleistung
versorgt. Dies bringt jedoch in der Praxis erhebliche Nachteile mit sich, da Ergometer häufig zusammen mit
anderen elektrischen Untersuchungsgeräten, wie Elektrokardiographen oder elektrischen Geräten zur Mes-
sung des Blutdruckes, Pulses usw. verwendet werden. Diese Geräte sind sehr empfindlich gegen Netzstörungen, insbesonüere wenn sie mit der Ableitung
biologischer Körperpotentiale vom Menschen arbeiten. Man muß daher den Patienten häufig erden, wobei es oft to
notwendig ist, die VDE-S'chutzmaßnahmen zu umgehen, um Erdschleifen zu vermeiden. Außer der Gefahr von
Störungen empfindlicher Meßgeräte durch die Netzwechselspannung besteht also noch die Gefahr von
Unfällen durch die Netzwechselspannung.
Es ist zwar aus der DE-PS 8 80 871 ein Sport- und
* Trainiergerät nach Art eines Dynamo-Ergometers bekannt, bei dem verschiedene Tretwiderstandsstufen
durch Veränderung des Feldwicklungswiderstandes eingestellt werden können und die durch den Generator
gelieferte elektrische Energie zur Instiumentenbeleuchtung und zur Speisung beliebiger anderer Glühlampen benutzt werden kann. Eine Leistungsregelung,
also eine Konstanthaltung einer vom Probanden abzugebenden Soll-Leistung unabhängig von der
Antriebsdrehzahl des Generators ist jedoch nicht vorgesehen, und die Speisung von Glühlampen, die der
Speisung einer Fahrradbeleuchtung durch den Lichtdynamo entspricht, legt nicht nahe, daß die den
Dynamo eines Fahrradergometers enthaltende Leistungsregelschaltung durch den vom Dynamo abgegebenen Strom gespeist werden kann, zumal da man
aus der oben bereits erwähnten CH-PS 4 32 045 weiß, daß der vom Feldregler an die Feldwicklung gelieferte
Feldstrom bei stillstehendem Generator einen Maximalwert haben soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe
zugrunde, ein Dynamo-Ergometer der eingangs genannten Art anzugeben, das keinerlei Netzanschluß
benötigt, so daß Störungen von Diagnosegeräten u. dgl. vermieden werden und keine Schutzmaßnahmen
hinsichtlich der Netzspannung erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Dynamo-Ergometer der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst
Bei dem Dynamo-Ergometer gemäß der Erfindung können keine Netzstöningen von Diagnosegeräten
und keine Unfälle durch die Netzspannung auftreten, da es völlig netzunabhängig arbeitet. Da wegen des
Fehlens eines Netzanschlusses keine diesbezüglichen elektrischen Schutzmaßnahmen erforderlich sind,
vereinfacht und verhilligt sich außerdem der Aufbau des Ergometers. Da kein Netzanschluß benötigt wird, is'.
das Dynamo-Ergometer gemäß der Erfindung auch hin- SS sichtlich des Aufstellungs- und Einsatzortes nicht an das
Netz gebunden.
Die bekannten Dynamo-Ergometer sind nicht unmittelbar für eine Leistungsversorgung durch den eigenen
Generator geeignet, da ihr Stromverbrauch ein Maximum hat, wenn die Antriebsdrehzahl bei großer
eingestellter Soll-Leistung einen sehr kleinen Wert hat. Bei einem Dynamo-Ergometer gemäß der Erfindung
wird daher vorzugsweise ein Generator verwendet, dessen Feld ganz oder überwiegend durch einen 6j
Permanentmagneten erzeugt wird. Vorzugsweise wird ein Drehstromgenerator verwendet, da bei diesem die
mechanischen Reibungsverlust besonders gering sind.
Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
Fig. I ein Schaltbild eines Teiles eines Dynamo-Ergometers gemäß einem besonders einfachen und
zweckmäßigen Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig.2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
In Fig. I ist nur ein Teil des Generators und der
Regelschaltung dargestellt die übrigen Teile des Ergometers können in bekannter Weise ausgebildet
sein, soweit nicht im folgenden besondere Ausführungen gemacht werden.
Der Generator 10 ist ein Drehstromgenerator mit Permanentmagnetanker und drei Statorwicklungen,
von denen nur die Wicklungen 12 und 12' dargestellt sind.
An die Wicklung 12 ist eine Gle/.jirichterschaltung,
z. B. eine Vollweggleichrichterbrücke 14 -ngeschiossen,
deren Gleichspannungsausgangsklemmen mit 16 bezeichnet sind. An die Klemmen 16 ist eine Reihenschaltung aus einem hochbelastbaren Widerstand 18 und der
Emitter-Kollektor-Strecke eines Niederfrequenz-Hochleistungstransistors 20 angeschlossen. Der Widerstand
18 und der Transistor 20 dienen als veränderliche Belastung zur Aufnahme und Vernichtung der von der
Generatorwicklung 12 abgegebenen elektrischen Leistung. Die in der Belastung 18, 20 verbrauchte (d. h. in
Wärme umgewandelt) elektrische Leistung ist das Produkt aus der an den Klemmen 16 liegenden
Spannung und dem die Belastung 18,20 durchfließenden Strom. Ein dieser Leistung entsprechendes elektrisches
Signal kann z. B. durch eine Multiplikationsschaltung 22
erzeugt werden, die einerseits mit den Klemmen 16 und andererseits mit den Enden des Festwiderstandes 18
verbunden ist. An den Klemmen 16 liegt dieselbe Spannung U\ wie an der Belastung 18, 20, während an
dem hochbelastbaren Festwiderstand 18 eine Spannung Lh abgenommen werden kann, die dem die Belastung
$8, 20 durchfließenden Strom proportional ist. Die Multiplikationsschaltung 22 liefert auf einer leitung 24
dementsprechend ein Signal, das dem Produkt Lh · Lh und damit der in der Belastung in Wärme verwandelten
elektrischen Leistung N proportional ist. Die Leitung 24 ist mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 26
verbunden, dessen anderer Eingangsleitung 28 eine Spannung zugeführt wird, die dem Leistungssollwert
entspricht. Diese Spannung wird von einer veränderlichen Spannungsquelle 30 erzeugt, die z. B. aus einer
Batterie oder, wie dargestellt, eine an die Klemmen 16 angeschlossene Reihenschaltung aus einem Widerstand
32 und einer Zenerdiode 34, der wiederum ein PotentiometerwidcMand 36 parallel geschaltet ist,
enthalten kann. Am Schleifer 38 des Potentiometerwiderstandes 36 läßt sich eine einstellbare Spannung
abgreifen, die die körperliche Leistung bestimmt, die die Versuchsperson aii das Ergometer abgeben soll. Von
der Sollwertspannung am Schleifer 38 kann in einer aus zwei Widerständen bestehenden SummierschalUng 40
eine Kompensationsspannung abgezogen werden, die der Drehzahl des Generators und damit der mechanischen Reibung im Generator wenigstens annähernd
proportional ist. Diese Kompensationsspannung, die an der Klemme 42 zugeführt wird, kann in bekannter
Weise mittels eines Tachometergenerators erzeugt werden.
der Basis 48 des Transistors 20 so verbunden, daß der Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
so lange verändert wird, bis das der Istleistung ensprechende Signal auf der Leitung 24 bis auf die
Regelabweichung mit dem der Soll-Leistung auf der Leitung 28 entsprechenden Signal übereinstimmt.
Die den anderen beiden Statorwicklungen zugeordneten Schaltungsanordnungen sind unter sich gleich und
so ist daher nur die Statorwicklung 12' und die ihr zugeordnete Schaltungsanordnung dargestellt. An die
Statorwicklung 12' ist ebenfalls eine Gleichrichterschaltung 14' angeschlossen, deren Gleichspannungsausgangsklemmen
16' mit einer Belastung verbunden sind, die wieder aus einem hochbelastbaren Festwidersland
18' und einem Transistor 20' besteht, dessen Emitter-Kollektor-Strecke
mit dem Widerstand 18' in Reihe geschaltet ist. Die Basis 48' des Transistors 20' ist mit
ripm Ausgang 44 dp«; Rpgplvprifärkpr* 2fi gpknnpplt r|pr
auch den Transistor 20 steuert. Zur Entkopplung können den Basisleitungen Widerstände 50,50' in Reihe
geschaltet werden. Die Leitung 52 führt zur Basis eines nicht dargestellten dritten Transistors, der nicht
dargestellten dritten Statorwicklung zugewordneten Schaltung, die wie die der Statorwicklung 12' zugeordnete
Schaltung ausgebildet ist.
Die Widerstände 18, 18' und die Transistoren 20, 20' sind so bemessen, daß sie die erforderliche Verlustleistung
aufnehmen können. Dies stellt in der Praxis keine Schwierigkeiten dar. da es sehr preiswerte Niederfrequenz-Leistungstransistoren
mit Kollektor-Verlustleistungen von weit über 100 Watt gibt und die maximale
körperliche Leistung, die ein Mensch für eine nennenswerte Zeit abgeben kann. 400 Watt nur in Ausnahmefällen
übersteigt.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird wieder ein Drehstromgenerator JOa verwendet, an
dessen Ausgangsleitungen eine Gleichrichterschaltung 14a angeschlossen ist, die jedoch im Gegensatz zu den
Gleichrichterschaltungen des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles nur eine geringe Ausgangsleistung
zu liefern braucht. An den Ausgang des Drensirom-Generaiors lüa ist ferner eine Thyristor-Schaltung
15 angeschlossen, die einen Lastwiderstand 18a speist. Die Thyristor-Schaltung 15 kann in
bekannter Weise ausgebildet sein und steuert die an den Verbraucherwiderstand 18a abgegebene elektrische
Leistung entsprechend einer Steuerspannung, die ihr über eine Leitung 24a zugeführt wird. Diese Steuerspan
nung wird durch eine Schaltungsanordnung 30a erzeug die wie die Schaltung 30 in F i g. I ausgebildet sein kanr
Auch hier kann die Steuerspannung wieder in eine Summierschaltung 40a mit einer Kompensationsspan
nung von einer Klemme 42a vereinigt werden. Dii Steuerspannung auf der Leitung 24a steuert ii
bekannter Weise den Stromflußwinkel der Thyristoren.
Die Anordnung zur Erzeugung der an der Klemme 4; liegenden Kompensationsspannung kann einen mit de
Antriebsvorrichtung 17 des Ergometers gekuppeltei
Tachometergenerator 19 enthalten, der einerseits eil
Drehzahlanzeigeinstrument 21 und andererseits eim Gleichrichterschallung 23 speist, deren Ausgang übe
,, einen Einstelluiderstand 25 mit der Klemme 42,
verbunden ist. Solche Schaltungen sind im Prinzi| bekannt (schweizerische Patentschrift 4 32 045). Di«
Kpcr*hripH<>n«>ri AljsführüncTC!!)e!Srl!e!e können selbstver
ständlich in der verschiedensten Weise abgewandel werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschrei
(en. Die drei Statorwicklungen des Generators Ii können mit einer Dreiphasen-Gleichrichterschaltunj
verbunden sein, an deren Gleichstromauvgangsklem men dann nur eine Schaltung angeschlossen ist. wie si«
mit den Klemmen 16 verbunden ist Selbstverständlicl müssen dann der Widerstand 18 und der Transistor 2(
eine entsprechende Belastbarkeit haben.
Die Klemmen 16, 16' können auch beispielsweise ar die Ausgangsklemmen eines selbsterregten Gleich
Stromgenerators angeschlossen sein.
Wenn besonders hohe Anforderungen an di« Genauigkeit gestellt werden, können die mit der
verschiedenen Stalorwicklungen verbundenen Schal tungen jeweils eine Multiplikationsschaltung und einer
1S Regelverstärker enthalten, so daß dann nur di«
Leistungsvorwahlschaltung 30 und die Kompensation schaltung 40, 42 usw. allen drei Phasen gemeinsam ist
Schließlich kann man jeder Phase zwar eine eigen« Multiplikationsschaltung zuordnen, die Ausgangssignal«
.„ dieser Multiplikationsschaltungen dann aber übei
Summierwiderstände dem einen Eingang eines Regel Verstärkers zufuhren, der die veränderlichen Giieuei
der jeweiligen Regelschaltungen steuert.
Statt Transistoren und Thyristoren können al· veränderliche Glieder im Belastungskreis auch Trans
duktoren verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Dynamo-Ergometer mit einer Vorrichtung zum Antrieb eines elektrischen Generators durch eine zu
untersuchende Person, einem Lastwiderstand zur Aufnahme der vom Generator abgegebenen elektrischen Leistung, und einer von einer Stromversorgungsschaltung mit Betriebsleistung versorgten
elektrischen Regeleinrichtung, durch die die vom Lastwiderstand aufgenommene elektrische Leistung
auf einen Wert eingeregelt wird, bei dem die von der zu untersuchenden Person an die Antriebsvorrichtung abgegebene körperliche Leistung einen von der
Generatordrehzahl im wesentlichen unabhängigen, einstellbaren Wert hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungsschaltung
der elektrischen Regeleinrichtung vom Ergometer-Generator (iO) gespeist ist.
Z Ergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstromgenerator, insbesondere ein Drehstrom-Generator (10,10a) verwendet
wird, an dessen Ausgangsklemmen eine Gleichrichterschaltung (14,14', 14a), die Gleichspannungsausgleichsklemmen (16,16') autweist, angeschlossen
ist
3. Ergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichspannungsgenerator mit
Gleichspannungs-Ausgangsklemmen verwendet wird.
4. Ergometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß an die Gleichspannungsausgangsklemmen die aus de<
Reihenschaltung eines Widerstandes (18) und eines steuerbaren Bauelementes (20) bestehende Belastung und die das
steuerbare Bauelement steuernde Regelschaltung (22,26,30) angeschlossen sind.
5. Ergometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Bauelement (20) ein
Leistungstransistor ist und daß die Regelschaltung eine Anordnung (22) zur Erzeugung eines Signals,
das der von der Belastung (18, 20) aufgenommenen elektrischen Leistung proportional ist, eine Anordnung (30, 40, 42) zur Erzeugung eines Signals, das
dem vorgegebenen Wert der Leistung proportional ist, und einen Regelverstärker (26) enthält, der ein
von der Abweichung des dem Leistungs-Ist-Wert entsprechenden ersten Signals von dem dem
Leistungs-Soll-Wert entsprechenden zweiten Signals abhängiges Fehlersignal liefert, das das so
steuerbare Bauelement (20) steuert.
6. Ergometer nach Anspruch 5 mit einem drei Drehstrom-Ausgangsklemmen aufweisenden Drehstromgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß jede
Generator-Ausgangsklemme mit einer eigenen Gleichrichterschaltung (14, 14') verbunden ist und
daß an die Gleichspannungsausgangsklemmen (16, 16') der Gleichrichterschaltungen jeweils eine
eigene Belastung (18, 20, 18', 20') angeschlossen ist.
7. Ergometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Regelschaltung (22,26,30)
die steuerbaren Bauelemente (20, 20') aller drei Belastungen steuert.
8. Ergometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jede Ausgangsklemme des
eine mehrphasige Wechselspannung liefernden Generators eine eigene Belastung und eine eigene
Regelschaltung angeschlossen sind.
9. Ergometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Erzeugen des
Signals, das der von der Belastung aufgenommenen Leistung proportional ist, eine Multiplikationsschaltung (22) enthält, der Signale zugeführt werden, die
der an der Belastung liegenden Spannung bzw. dem durch die Belastung fließenden Strom proportional
sind.
10. Ergometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Erzeugen des
Leistungs-Sollwertes entsprechenden Signals eine Schaltungsanordnung (30) zum Erzeugen einer
einstellbaren Spannung, eine Schaltungsanordnung (19,23,43) zum Erzeugen eines der Generatordrehzahl proportionalen Signals, und eine Summierschaltung, in der das der Drehzahl proportionale Signal
von der konstanten Spannung abgezogen wird, enthält
11. Ergometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung (ISa) an die Wechseispannungsausgangsklemmen des Generators (10a)
über eine Steuerschaltung (15) angeschlossen ist und daß die Regelschaltung (30a), die ein den Stromfluß
von den Wechselspannungsausgangsklemmen zur Belastung mittels der Steuerschaltung (15) regelndes
Signal liefert, über eine Gleichrichterschaltung (14a)
an die Wechselspannungsklemme angeschlossen ist
IZ Ergometer nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (15) mindestens einen Thyristor enthält, dessen Stromflußwinkel durch das von der Regelschaltung (30a)
gelieferte Signal gesteuert wird.
13. Ergometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Wechselspan nungsausgangsklemmen des Generators mindestens ein Transduktor (Magnetverstärker) angeschlossen ist, der den
Stromfluß vom Generator zur Belastung entsprechend einem von der Regelschj'tung gelieferten
Signal steuert.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEJ0035819 | 1968-03-01 |
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DE1616895A1 DE1616895A1 (de) | 1971-06-03 |
DE1616895B2 DE1616895B2 (de) | 1976-06-16 |
DE1616895C3 true DE1616895C3 (de) | 1981-02-12 |
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ID=7205548
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19681616895 Expired DE1616895C3 (de) | 1968-03-01 | 1968-03-01 | Dynamo-Ergometer |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE1616895C3 (de) |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
DE2423150C2 (de) * | 1974-05-13 | 1982-10-21 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Ergometer mit einem von einem Patienten in Umdrehungen versetzten Rad |
DE2608313C2 (de) * | 1976-02-28 | 1982-10-07 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Ergometer |
DE2852702C3 (de) * | 1978-12-06 | 1984-09-13 | Vogel & Halke, 2000 Hamburg | Ergometer |
-
1968
- 1968-03-01 DE DE19681616895 patent/DE1616895C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1616895A1 (de) | 1971-06-03 |
DE1616895B2 (de) | 1976-06-16 |
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