DE1803963B2

DE1803963B2 - Laufbandergometer

Info

Publication number: DE1803963B2
Application number: DE19681803963
Authority: DE
Inventors: Franz 8706 Höchberg Hampl
Original assignee: Jaeger, Erich, 8700 Würzburg
Priority date: 1968-10-18
Filing date: 1968-10-18
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE1803963A1; NL7005282A; US3602502A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laufbandergometer zur körperlichen Belastung eines Lebewesens mit einer in ihrer Neigung zur Horizontalen verstellbaren Lauffläche, die durch ein endloses Laufband gebildet wird, welches durch eine einen Elektromotor enthaltende Antriebsvorrichtung mit veränderbarer Geschwindigkeit antreibbar ist.

Beim Laufbandergometer gibt es zwei Möglichkeiten, die körperliche Belastung zu ändern, nämlich erstens durch Änderung der Antriebsgeschwindigkeit des Laufbandes (z. B. zwischen 2 und 20 km/h) und zweitens die Verstellung der Neigung der Lauffläche bezüglich der Horizontalen (z. B. im Bereich zwischen 0° und 45°).

Wenn die Lauffläche einen von 0° verschiedenen Winkel mit der Horizontalen bildet, erzeugt die Schwerkraft des untersuchten Lebewesens eine parallel zum Laufband gerichtete Kraftkomponente, die das Laufband in der normalen Antriebsrichtung anzutreiben strebt

Die bekannten Laufbandergometer enthalten als Antriebsvorrichtung einen Drehstrommotor relativ großer Leistung und ein drehzahlveränderliches Getriebe. Die Eigenreibung des Getriebes ist im allgemeinen ίο so groß, daß ein Antrieb des Laufbandes durch die Schwerkraft des untersuchten Lebewesens nicht möglich ist Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, daß eine dementsprechend große Antriebsleistung benötigt wird und das Gerät daher nicht mehr an eine is gewöhnliche Steckdose (maximale Anschlußleistung ca. Xl kW) angeschlossen werden kann. *

Man könnte die Antriebsleistung zwar dadurch herabsetzen, daß man das drehzahlveränderliche Getriebe durch ein einfaches Untersetzungsgetriebe ersetzt und zum Antrieb einen mittels einer Thyristorschaliung drehzahlgeregelten Gleichstrommotor verwendet Infolge der geringeren Eigenreibung der Antriebsvorrichtung besteht dann jedoch die Möglichkeit, daß das Laufband durch die Schwerkraft des untersuchten Lebewesens angetrieben wird, was zu einer fortlaufenden Steigerung der Laufgeschwindigkeit und zu einer unzulässigen Überschreitung der körperlichen Belastung führen würde.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Laufbandergometer anzugeben, bei dem für den Betrieb eine nur verhältnismäßig geringe elektrische Anschlußleistung erforderlich ist, trotzdem jedoch keine Überschreitung der körperlichen Belastung des untersuchten Lebewesens bei schrägstehender Lauffläche auftreten kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Laufbandergometer der eingangs genannten Art gelöst durch eine Bremsvorrichtung für das Laufband, welche durcn eine Anordnung betätigbar ist, die auf die zwischen Band und Antriebsvorrichtung übertragene Kraft anspricht.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Laufbandergometers zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung, und

Fi g. 2 ein Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In F i g. 1 ist schematisch ein Laufband 10 eines nicht näher dargestellten Laufbandergometers gezeigt, dessen oberes Stück eine Lauffläche 12 bildet. Das Laufband wird durch einen Elektromotor und ein durch eine gestrichelte Linie angedeutetes Getriebe 16 in Richtung des Pfeiles 18 angetrieben.

Die durch einen Pfeil angedeutete Gewichtskraft 20 des zu untersuchenden Lebewesens, z. B. eines Menschen, erzeugt eine Kraftkomponente 22 in Antriebsrichtung, wenn die Lauffläche 12 einen von 0° verschiedenen Winkel« mit der Horizontalen bildet

Wenn die Kraft 22 die Reibungskraft in dem aus dem Laufband 10 und der Antriebsvorrichtung 14, 16 bestehenden System überschreitet, treibt das zu untersuchende Lebewesen das Laufband von sich aus an, wobei dann das Lebewesen gezwungen wird, schneller zu laufen und mehr körperliche Leistung abzugeben als vorgesehen ist

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch vermieden, daß durch eine Wahrnehmungsanordnung 24 festgestellt wird, ob vom Motor 14 zum Laufband 10 Kraft übertragen wird (normaler Betriebszustand) oder ob vom Laufband 10 zum Motor 14 Kraft übertragen wird (anormaler Betriebszustand). Wenn in unerwünschter Weise vom Laufband 10 Kraft zum Motor 14 übertragen wird, d.h. wenn das zu untersuchende Lebewesen das Laufband durch seine Schwerkraft antreibt, betätigt die Wahrnehmungsanordnung 24 eine Bremsvorrichtung 26, durch die eine übermäßige Laufgeschwindigkeit und körperliche Belastung des Lebewesens verhindert werden.

Das anhand von Fi g. 1 erläuterte Prinzip läßt sich auf die verschiedenste Weise realisieren. Die Kraftübertragungsrichtung zwischen Motor 14 und Laufband 10 läßt sirii beispielsweise durch eine drehmomentempfindliche Vorrichtung in der Übertragungskette zwischen Motor und Laufbahn ermitteln. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Stator des Motors mit einer auf das rückwirkende urehmoment ansprechenden Vorrichtung, z. B. einer Druckdose, zu versehen. Als Bremsvorrichtung kann eine mechanische Bremse oder eine elektrodynamische Bremse verwendet werden.

F i g. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Antriebsmotor 14 nicht nur zum Antrieb des in Fig.2 dargestellten Laufbandes dient, sondern jeweils auch einen Teil der Wahrnehmungsanordnung und der Bremsvorrichtung bilde*.

Die Antriebsleistung für das Ergometer kann einer gewöhnlichen Wechselstromsteckdose entnommen werden. Die Netzwechselspannung wird einer Vollweggleichrichterschaltung 30 zugeführt, an dessen Ausgang eine unipolare impulsförmige Spannung 32 auftritt. Diese Spannung wird einerseits der Feldwicklung 34 direkt und andererseits dem Anker 36 des als Gleichstrom-Nebenschlußmotor ausgebildeten Elektromotor 14 über einen Thyristor 38 zugeführt. Die Steuerelektrode 40 des Thyristors 38 ist mit einer konventionellen Zündschaltung 42 verbunden, die Zündimpulse mit der Frequenz der impulsförmigen Spannung 32 also mit der doppelten Netzfrequenz liefert. Die Zündschaltung enthält eine bekannte Regelvorrichtung, durch die eine vorgegebene, einstellbare Drehzahl des Elektromotors 14 konstant gehalten wird. Der Zündspannung ist hierzu als Regelspannung die Ankerspannung über eine Regelleitung 44 zugeführt. Die phasensynchrone Erzeugung der Zündimpulse ist durch einen Anschluß 46 der Zündschaltung an den Ausgang der Gleichrichterschaltung 30 gewährleistet. Die bisher beschriebene Schaltungsanordnung ist bekannt und bedarf deshalb keiner weiteren Erläuterung.

Um festzustellen, ob der Motor 14 das Laufband antreibt oder von diesem angetrieben wird, ist die Primärwicklung eines Transformators 48 in die Verbindung zwischen dem Thyristor 38 und dem Anker 36 geschaltet. Die an der Klemme 50 des Ankers 36 liegende Spannung setzt sich aus der über den Thyristor 38 zugeführten phasenanschnittgesteuerten Impulsspannung 52 und der entgegengesetzt gepolten Gegen-EMK des Ankers 36 zusammen. Wenn die Gegen-EMK des Ankers die Antriebsspannung 52 überschreitet, was der Fall ist, wenn der Motor durch das Laufband angetrieben wird, fließen keine Impulse mehr durch die Primärwicklung des Transformators 48 und an den Sekundärklemmen χ tritt dementsprechend auch keine Ausgangsspannung mehr auf. Die Sekundärklemmen χ sind mit einer Steuerschaltung 54 verbunden. Im normalen Betriebszustand, & h. beim Antrieb des Laufbandes durch den Motor 14 wird die Zündschaltung 42 durch die Steuerschaltung 54 freigegeben, so daß der Thyristor 38 zu einem bestimmten Zeitpunkt während jedes Impulses der Spannung 32 gezündet und dem Anker 36 Antriebsleistung zugeführt wird. Wenn jedoch der Motor 14 durch das Laufband angetrieben wird und die Impulse an der Klemme χ verschwinden, wird eine zweite Zündschaltung 56 durch die Steuerschaltung 54 aktiviert, die eine Zündgleichspannung an die Steuerelektrode eines zweiten Thyristors 58 liefert. Dieser Thyristor ist in Reihe mit einem Belastungswiderstand 60 parallel zum Anker 36 geschaltet und so gepolt daß er den vom Anker 36 erzeugten Strom durchlassen kann. Wenn der Thyristor 58 leitet, wird der als Generator arbeitende Motor stark belastet und wirkt dementsprechend als Motorbremse.

Der den vom Anker 36 erzeugten Gleichstrom führende Thyristor 58 wird periodisch durch einen dritten Thyristor 62 gelöscht, der in Reihe mit einem Kondensator 64 mit der in F i g. 2 dargestellten Polung an dem Verbindungspunkt zwischen dem Thyristor 58 und dem Widerstand 60 einerseits und Masse andererseits angeFchiossen ist. Der Zündelektrode 66 des Thyristors 62 werden von der Zündschaltung 42 die gleichen Zündimpulse zugeführt wie der Zündelektrode 40 des ersten Thyristors 38. Der Kondensator 64 wird durch einen Widerstand 68 aufgeladen.

Beim normalen Betrieb, also beim Antrieb des Laufbandes durch den Motor 14, wird der Thyristor 38 durch die von der ersten Zündschaltung 42 gelieferten periodischen Zündimpulse 70 periodisch gezündet und der Motor wird durch den den Anker 36 durchfließenden Strom angetrieben. Die Drehzahl wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung in der ersten Zündschaltung auf dem eingestellten Wert konstant gehalten, die Regelung erfolgt über Rückführung der Gegen-EMK des Motors über die Leitung 44. Dabei ergibt sich ein Regelfaktor von ca 1:10. Der Schrittwiderstand des zu belastenden Lebewesens wird dadurch gut ausgeregelt (z.B. 50 km/h ±0,5 km/h).

Wenn das untersuchte Lebewesen jedoch das Laufband und damit den Motor 14 antreibt, verschwinden die Impulse an den Klemmen χ und die Steuerschaltung 54 bewirkt, daß die zweite Zündschaltung 56 eine Zündgleichspannung ai. die Steuerelektrode des Thyristors 58 liefert. Der Thyristor 58 zündet und es fließt ein bremsender Ankerstrom über diesen Thyristor und den Widerstand 60. Der Thyristor 58 wird während jedes Impulses der Spannung 32 einmal durch den dritten Thyristor 62 gelöscht und zündet nur dann wieder, wenn der Motcr immer noch durch das Laufband angetrieben wird. Die Bremsvorrichtung spricht also sehr schnell und genau dosierbar an.

Der Motor 14 kann klein gehalten und über ein einfaches, reibungsarmes Untersetzungsgetriebe mit festem Untersetzungsverhältnis mit dem Laufband verbunden werden, so daß die für das Gerät erforderliche Antriebsleistung ohne weiteres einer normalen abgesicherten zweipoligen Steckdose entnommen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Laufbandergometer zur körperlichen Belastung eines Lebewesens mit einer in ihrer Neigung zur Horizontalen verstellbaren Lauffläche, die durch ein endloses Laufband gebildet wird, welches durch eine einen Elektromotor enthaltende Antriebsvorrichtung mit veränderbarer Geschwindigkeit antreibbar ist, gekennzeichnet durch eine Bremsvorrichtung (26 in F i g. 1; 56, 58, 60 in F i g. 2) für das Laufband (10), welche durch eine Anordnung (24 in Fig. 1; 48, 54 in Fig.2) betätigbar ist, die auf die zwischen Band und Antriebsvorrichtung Obertragende K?aft anspricht

2. Laufbandergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsanordnung für die Bremsvorrichtung auf die Richtung der zwischen Laufband und Antriebsvorrichtung übertragenen Kraft anspricht und die Bremsvorrichtung betätigt, wenn die Antriebsvorrichtung durch das Laufband angetrieben wird.

3. Laufbandergometer nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsanordnung auf die vom Antriebsmotor (14) erzeugte Gegen-EMK anspricht.

4. Laufbandergometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsanordnung auf das auf den Antriebsmotor (14) einwirkende Drehmoment anspricht.

5. Laufbandergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung (36,58,60) eine den Elektromotor der Antriebsvorrichtung enthaltende Motorbremse ist.

6. Laufbandergometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung einen Thyristor (58) enthält, der in Reihe mit einem Belastungswiderstand (60) dem Anker (36) des Motors (14) parallelgeschaltet und mit einer durch die Betätigungsanordnung (54) gesteuerten Zündschaltung (56) verbunden ist.

7. Laufbandergometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (58) mit einer einen zweiten Thyristor (62) enthaltenden Löschschaltung (62, 64, 68) verbunden ist und daß dem zweiten Thyristor (62) Zündimpulse von einer Zündschaltung (42) zugeführt sind, die die Zündimpulse auch an einen die Zuführung von Betriebsleistung zum Motor (14) steuernden Thyristor (38) zugeführt sind.