Hallo, Vorab; Bis auf Physik LK und Elektronik Wahlkurs hält sich mein Wissen in Grenzen, ich bitte deshalb um Nachsicht. Die meisten werden diese Trainings Fahrräder in Fitnessstudios kennen, bei welchen man durch digitales einstellen des Schwierigkeitsgrades im Grunde die Stärke des Tretwiderstandes einstellt. Dieser Widerstand wird durch eine Wirbelstrombremse erzeugt. Dieser Widerstand soll wiederum eine Steigung beim Fahrrad fahren simulieren. Für die Umsetzung eines kleinen Projekts möchte ich mir eine solche Bremse selber bauen, jedoch stoße ich in der groben Planung auf ein Problem Wie bereits angesprochen kann die Bremse - um beim Beispiel mit dem Fahrrad zu bleiben - eine konstante Bergsteigung simulieren. Selbiges muss meine Bremse auch können, nur habe ich keine Ahnung wie ich das berwerkstelligen soll. Hier was ich soweit gedacht habe: Die Bremskraft einer Wirbelstrombremse ist u.A abhängig von der relativ Geschwindigkeit des Leiters/Rad zum E-Magnet. Das würde jedoch bedeuten dass wenn ich auf dem Fahrrad schneller trete der Widerstand größer wird. Im Fahrrad-Beispiel bedeutet das, dass je schneller ich trete, desto steiler der Berg wird.Das will ich aber nicht. Die „Steigung des Berges“ soll gleich bleiben unabhängig von der Trittgeschwindigkeit. Daraus schließe ich deshalb, dass im Fahrrad im Fitnessstudio, ausgleichend zur Änderung der Trittgeschwindigkeit die Stärke des Magnetfeldes verändert wird. Die Stärke des Magnetfeldes lässt sich in diesem Fall, meiner Erkenntnis nach, am leichtesten durch Änderung des Stromflusses durch die Spule verändern. Und jetzt: Wie kann ich das auch schaffen? Wie kann ich den Stromfluss durch die Spule so präzise und vor allem so schnell in solch „feinen“ Schritten steuern? Ich hoffe es ist verständlich was ich meine. Vielen Dank für alle hilfreichen Antworten im Voraus :) LG
Eine solche Steuerung ist nicht gut für die Gelenke. Beim realen Fahren wird auch Trägheit vom Rad plus Fahrer mit genutzt. Diese Dynamik setzt einen viel größeren Aufwand voraus.
Hi, danke für die Antwort :) Wieso sollte die Schaltung schlechter für die Gelenke sein, als normales Fahrrad fahren? Die Schaltung simuliert eine konstante Steigung und ein ausreichend großes Schwungrad simuliert Trägheit/Momentum. Hast du vielleicht trotzdem eine Idee wie ich eine solche Stromsteuerung bauen kann?
Ne hat er nicht, nur sinnlos daher faseln. Die Schwungmasse erzeugt durch ihren Aufbau mit magnetischen Partikeln (Feritkerne) in den umliegenden Spulen ein Magnetfeld, Die hier entstehende Spannung/Leistung wird durch Regelung kurzgeschlosen. Die damit erzeugte gegen-EMK bereitet Dir den Trittwiderstand. Diese Fahrräder /Trimmer sind durchaus sinnvoll und bei ausgeglichener Nutzung nicht schädlich.
Das Schwungrad hat systembedingt immer mehr E_kin als der reale Betrieb. Der Aufwand dies besser zu machen, wäre viel zu teuer. Drei bis vier Hinterradnabenmotoren von Pedelecs würden dafür benötigt werden. Die Abwärme los zu werden in der Wirbelstrombremse benötigt auch Drehzahlen, wie das Bremsmoment. Du benötigst dafür eine Aluscheibe und Elektromagnete. Für die Steuerung musst Du auch die Drehzahl messen. Die Kraft ist dann relativ gut proportional zum Bremsmagnetstrom mal Drehzahl. Übrigens ein Asynchronmotor bei dem nur eine Phase, bzw. Wicklung, mit Gleichstrom beaufschlagt wurde, entspräche dem funktionen Prinzip der Wirbelstrombremse.
> Das würde jedoch bedeuten > dass wenn ich auf dem Fahrrad schneller trete der Widerstand größer > wird. Im Fahrrad-Beispiel bedeutet das, dass je schneller ich trete, > desto steiler der Berg wird.Das will ich aber nicht. Die „Steigung des > Berges“ soll gleich bleiben unabhängig von der Trittgeschwindigkeit. Da machst Du ein Betrachtungsfehler, zumindest eine Unterlassung von Aspekte. Wenn Du am realen Berg -mit konstanter Steigung- schneller in die Pedalen trittst, dann gewinnst Du sowohl an kinetischer energie (Fahrgeschwindigkeit) wie auch an Lageenergie (potentielle E., Höhe ü.n.N.). Ausserdem nimmt der Luftwiderstand quadratisch zur Geschwindigkeit zu: im niedrigen Geschwindigkeitsbereich ist dieser vernachlässigbar im Verhältnis zu den anderen "Energiesenken", ab einer gewissen Schwelle wird der Luftwiderstand jedoch nicht mehr vernachlässigbar, noch weiter sogar überwiegend als "Energiesenke" sein. Nun ist genau über die Steigung der Bergstrecke der Zusammenhang gegeben: Geschwindigkeits- und Höhenzunahme sind gekoppelt, sie müssen zwingend zusammen verrechnet werden. Wie möchtest Du nun das Verhalten deiner Bremse machen: Konstante Steigung? --> wie schaut da die Leistungskurve P=f(dh/dl) aus? Konstante Leistung? --> wie schaut da die Wegsteigungskurve aus? Wie schauen "diese" Kurven aus, bei einer physikalisch echten Bergstrecke mit konstanter Streckensteigung aus? Und in funktion von was? Sorry dass ich diese letzten Fragen absichtlich verwirrend formuliert habe; ich bin aber der Meinung dass Du deine Gedanken noch sortieren musst, um herauszufinden was Du genau erreichen willst. Ist das sinnvoll, es mit dem Satz "konstante Steigung" zu wollen? oder wäre "konstante Leistung" besser? oder "Simulation einer physikalischen Strecke"? oder "anstreben eines bestimmten Arbeitspunktes"?
Thomas S. schrieb: > Ne ... Was Thomas beschreibt funktioniert nach einem etwas anderen Prinzip und zwar dem des Asynchrongenerators. https://de.m.wikipedia.org/wiki/Asynchrongenerator
Experimentiere (oder simulieren, aber bitte vollständig!) doch mit folgendem Setup: an die Tretkurbel oder an das Hinterrad wird ein Bürstenkommutierter DC-Motor oder ein Brushless-"DC"-Motor mechanisch gekoppelt. Die Leistungsklasse sollte mind. einige hundert Watt betragen damit es nicht gleich kaputt geht, 1kW ergibt sicher eine ziemlich dauerhafte Konstruktion welche auch Dauerbetireb aushält. Der Motor fungiert da im Generatorbetrieb und lässt sich mit diversen Lasten beaufschlagen: ohmsche Lastwiderstände (linear), Glühlampen (unlinear, wg. Temp.abhängigkeit), Konstantstromsenke. (R und Lampen gehen sowohl mit DC wie auch AC: Motorwahl egal, ausser dass BLDC typ. 3 Phasen hat. IconstSenke geht mit DC einfacher --> Bürstenmotor) Was bringt dich näher an das gesuchte? Was fühlt sich eher an wie eine physikalisch reelle (Berg-)Strecke? Was fühlt sich an wie die Wirbelstrombremsen von käuflichen Trainigsgeräte?
Ohne Luftwiderstand muss sich die Kraft bei doppelter Trittfrequenz verdoppeln, die Leistung vervielfachen. Mit Luftwiderstand nochmal mehr. Mit Gangschaltung (haben viele Radfahrer) werden all deine Überlegungen hinfällig: man wählt den Gang so, dass man für die aktuelle Strecke eine optimale Kombination von Kraft und Umdrehungen hat. (Warum man bergauf schwerer trampeln soll, habe ich noch nie verstanden. Wenn, dann muss man seine Fahrt auf im Mittel minimalen Gegenwind optimieren)
Noch ein paar Denkansätze um das Zeugs zu verstehen. Zur Vereinfachung: der Mensch der in die Pedalen tritt, vermag am Anfang eine bestimmte Leistung P über eine gewisse Zeit konstant abzustrampeln, mit zunehmender Ermüdung nimmt P langsam aber stetig ab... Wie ist das nun auf ebener, gerader Strecke? Aus dem Stillstand nimm die Geschwindigkeit v zu bis "zum Arbeitspunkt" wo sie dann konstant bleibt (bis die Ermüdung eintritt). Was geschieht da, wie entwickeln sich Energiefluss, Leistung, usw. über die Zeit, über den Weg? Und nun kommt Steigung hinzu: wie wird es nun?
Phy-Supplement schrieb: > Zur Vereinfachung: der Mensch der in die Pedalen tritt, vermag am Anfang > eine bestimmte Leistung P über eine gewisse Zeit konstant abzustrampeln, > mit zunehmender Ermüdung nimmt P langsam aber stetig ab... Bei mir ist es über 1/2h etwa so, dass ich mich 5 Minuten warm fahre (~220W), dann 10 Minuten mit etwa 300W, dann in mehreren Zyklien zwischen 200 und 300W und am Ende je nach Kondition 300 oder gar weniger als 200. > Wie ist das nun auf ebener, gerader Strecke? Aus dem Stillstand nimm die > Geschwindigkeit v zu bis "zum Arbeitspunkt" wo sie dann konstant bleibt > (bis die Ermüdung eintritt). > Was geschieht da, wie entwickeln sich Energiefluss, Leistung, usw. über > die Zeit, über den Weg? Auf gerader Strecke sind es vereinfacht konstanter Rollwiderstand und ^3 für die Geschwindigkeit. Wieviel hängt von Rad und Position ab. Wurschtel Dir das so zusammen, dass für 200W etwa 20km/h (Hollandrad), 30 (Rennrad) oder 40 (Rennrad Windschatten, aber das ist ein anderes Faß) bei rauskommt. Bergauf kommt das Gewicht hinzu: je kg und Höhenmeter kommt ein g hinzu. Beispiel: 10km/h, 10% Steigung = 100m/h. Bei 100kg (Rad + Fahrer) und g=10 sind es 1E6Nm/h = 1E6Ws/h=1E6W/3600s = 278W Bei 20km/h und 1% Steigung entsprechend 55W.
Vielen herzlichen Dank für die hilfreichen Antworten :) Ich hab festgestellt, dass ich durchaus einiges außer Acht gelassen habe und nicht bedacht habe. Leider habe ich den Fehler gemacht, in meinem ursprünglichen Post nicht von meinem "wahren" Projekt/Ziel zu erzählen, sondern habe lediglich das Beispiel des Fahrrads verwendet weil ich dachte, dass dieses den Diskurs leichter gestaltet, da es möglicherweise ein simples und bildhaftes Beispiel darstellt. Bevor ich jetzt aber erneut anfange zu schreiben, was meine Bremse "beachten" muss (Luftwiderstand, Trägheit,...), sage ich einfach was ich wirklich vor habe: Ich möchte ein Trainingsgerät bauen, welches im Grunde ein einfacher Flaschenzug ist. Da es jedoch unpraktikabel ist, ein Gewicht 15m in die höhe zu ziehen hatte ich die Idee, eine Umlenkrolle in Bodennähe und eine Umlenkrolle in ca. 2m Höhe zu platzieren und eine geschlossene Seil Schleife um beide Rollen zu spannen. Um dabei das Gewicht wie bei einem herkömmlichen Flaschenzug zu simulieren kam ich auf die Wirbelstrombremse in den Fitness-Fahrrädern. Durch digitales Einstellen der "Gewichtskraft", wird ein entsprechender Widerstand durch die Bremse erzeugt. Daher sprach ich auch immer von einer "konstanten Steigung", weil für mich die konstante Steigung gleichbedeutend zu einem konstanten Gewicht am Ende des Seiles von einem "echten Flaschenzug" war. Glücklicherweise spielt der Luftwiderstand fast gar keine Rolle bei Flaschenzügen, wodurch meine Bremse das gar nicht simulieren müsste. Drei wichtige Aspekte sind mir dabei eingefallen: - Simulieren eines konstanten Widerstandes (gleichbleibendes Gewicht beim echten Flaschenzug unabhängig von Zughöhe und Zuggeschwindigkeit) - Nicht nur simulieren eines Widerstandes, sondern einer aktiven Gegenkraft. Beim echten Flaschenzug muss man ja schließlich nicht nur ziehen sondern mit der einen Hand das Gewicht halten, wenn die andere Hand umgreift. - ggf. simulieren einer gewissen Trägheit/Momentum bei ruckartigem ziehen bzw plötlzlichem "nicht mehr ziehen" nach einer hohen Zuggeschwindigkeit. Der erste Aspekt ist wohl der wichtigste. Beim zweiten Aspekt bin ich noch am überlegen, diesen durch einen anderen Mechanismus irgendwie zu erfüllen. Der dritte Aspekt scheint mir im Vergleich zu den beiden anderen recht unbedeutend, weshalb ich diesen erstmal außer Acht lassen würde. Das Problem, von welchem ich ursprünglich in meinem Haupt-Post schrieb, von welchem ich nicht weiß wie ich dieses Problem lösen kann war, dass man an einem Flaschenzug langsam aber auch schnell ziehen kann und sich der Widerstand (das Gewicht) nicht ändert. Lediglich leichte Trägheitseffekte beim erhöhen der "Zuggeschwindigkeit" würden den Widerstand beeinflussen. Bitte nehmt es mir nicht übel, dass ich nicht gleich vom meinem "echten" Projekt geschrieben hatte, das war ein sehr dummer Fehler meinerseits.
Ein Gleichbleibendes Gewicht kannst du nicht mit Reibung oder Wirbelstrom simulieren. Deine Beschreibung D. S. schrieb: > Ich möchte ein Trainingsgerät bauen, welches im Grunde ein einfacher > Flaschenzug ist. enthält zu vage, wie es sich "anfühlen" soll. Soll es tatsächlich einen Flachenzug mit endlos langem Seil simulieren, so gäbe es eine Möglichkeit, dass aus Gewicht, Feder, Umlenkrolle und Reibrad zu simulieren. Wäre aber ein komisches Gefühl als Fitness-Gerät.
D. S. schrieb: > Simulieren eines konstanten Widerstandes Also Drehmoments auf der Umlenkrolle unabhängig von der Geschwindigkeit https://www.magtrol.com/wp-content/uploads/hb_manual_de-1.pdf kann das angeblich. Ein DC Permanentmagnet-Motor mit Konstantstromsenke täte es auch.
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