Számítógépre adaptált tervezési módszer szobai futógép koncepcionális tervezésére

(1)

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

Számítógépre adaptált tervezési módszer szobai futógép koncepcionális tervezésére

Takács Ágnes

V. éves gépészmérnök hallgató

Konzulens:

Dr. Kamondi László egyetemi docens Gépelemek Tanszéke

Miskolc, 2004

(2)

TDK DOLGOZAT 2

T

ARTALOMJEGYZÉK

SUMMARY 4

BEVEZETÉS 5

1 SZABADALOMKUTATÁS 7

1.1 Mechanikus edzogépezet (1909, T. Volk) 7

1.2 Készülék atlétikai célra (1912, T. R. Barrett) 8

1.3 Tornakészülék (1921, O. L. Samuelson) 9

1.4 Járómalom (1930, A. J. Wood) 11

1.5 Sétáló szerkezet (1931, I. M. Petersime) 12

1.6 Tornázó gépezet (1933, A. S. Fitz Gerald) 13

1.7 Tornázó készülék (1943, E. Le Roy Jones) 14

1.8 Rehabilitációs- és tornáztató szerkezet (1967, J. W. Brown) 15 1.9 Antisztatikus kapaszkodóval ellátott futógép (2004, John C. Pan) 16 1.10 Rehabilitációs adapter négylábúak részére (2002, H Victor Felger) 17

2 AZ ISMERT SZALAGOS FUTÓGÉPEK BEMUTATÁSA 18

2.1 Gravitációs hajtású, fék nélküli, csukható vázas futógép 18 2.2 Fékkel szabályozható, csukható vázas futógép 19 2.3 Vízszintes futófelületu, csukható vázas, motoros hajtású futógép 19 2.4 Motoros hajtású, kézi lejtoállítású, merev vázas futópad 20 2.5 Motoros hajtású, kézi lejtoállítású, csukható vázas futópad 20 2.6 Motoros hajtású, motoros lejtoállítású, merev vázas futópad 21 2.7 Motoros hajtású, motoros lejtoállítású, csukható vázas futópad 21

2.8 Szalagos futógépek Roth-táblázata 21

3 A FUTÓFELÜLET FEJLESZTÉSI LEHETOSÉGEI 24

3.1 Megoldási lehetoségek a futószalag anyagára 24

3.1.1 Futószalag legfontosabb mechanikai követelményei 24 3.1.2 Futószalaggal szembeni ergonómiai követelmények 25 3.1.3 Futószalaggal szembeni esztétikai követelmények 25

3.1.4 A rekortán fajtái 26

3.1.5 Poly 1000 26

3.1.6 Poly 2000 28

3.1.7 Poly 2000- modified 29

3.1.8 Poly 3000 30

3.1.9 Poly 3000 Encapsulated 31

3.1.10 Poly 4000-Rekortan M 32

3.1.11 Poly 4000 Encapsulated 32

3.1.12 Értékelés 33

4 MÓDSZEREK LEÍRÁSA 36

5 FUTÓPAD KONCEPCIONÁLIS TERVEZÉSE 39

5.1 Lehetséges elvi megoldások rendszerezése 39

5.1.1 Merev futófelületu futógépek 40

5.1.2 Merev szegmenses futófelületu gépek 40

5.2 A megvalósított funkciók 41

(3)

TDK DOLGOZAT 3

5.2.1 A funkciók leírása 42

5.3 Ismert megoldások funkcióstruktúrái 45

5.3.1 Gravitációs hajtású, kézi lejtoállítású, csukható vázas futógép 45 5.3.2 Vízszintes futófelületu, csukható vázas, motoros hajtású futógép 46 5.3.3 Motoros hajtású, kézi lejtoállítású, merev vázas futópad 47 5.3.4 Motoros hajtású, kézi lejtoállítású, csukható vázas futópad 48 5.3.5 Motoros hajtású, motoros lejtoállítású, merev vázas futópad 49 5.3.6 Motoros hajtású, motoros lejtoállítású, csukható vázas futópad 50 6 KONCEPCIONÁLIS TERVEK AUTOMATIKUS LÉTREHOZÁSA 51

7 BINÁRIS STRUKTÚRA-GENERÁLÓ PROGRAM 54

7.1 A bináris struktúra -generáló pro gram felhasználó felületének elemei 55 7.2 A bináris struktúra-generáló program fomenüje 56 7.3 A bináris struktúra-generáló program által létrehozott muködoképes

megoldások 60

8 AZ EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE 64

IRODALOMJEGYZÉK 66

(4)

TDK DOLGOZAT 4

S

U M M A R Y

The most exciting and difficult period of a product’s birth is the conceptional design. Costumers do no t even have the slightest idea, what a long chain of ideas a designer-engineer has, till he finds the last and final solution and how many ver- sions he carries out and analyse to make a product’s properties better (cheap, eco- nomic, etc.). At the same time the designer is also doubtful, whether he thought of everything. One of the most exceptional advantages of the methodical design is that it shows all the variables of a product, besides given margin conditions. It increases the safety of a designer and improves the quality of the design if the number of the variable functions is increased. But reaching a big amount of function-number, the variables can be produced only with the aid of a computer.

The topic of this paper is the computer aided methodical machine design, which creates a precedent for a computer aided conceptional design method through a treadmill’s example. The first part of this essay presents a patent investigation and analysis that shows the technical development of the treadmills as well, while concentrating the managed and the manageable functions. Than nowadays often treadmills with endless belt were introduced, with the help of the function- focused analysis again. Last the representation of the hunted out solutions were systemized with the help of the Roth knowledge- matrix.

Creating a programme for a PC that automatically generates function structures from the given function outfit was the aim of this paper. Avoiding and treating the Combinatorial Bang and eliminating the false solutions a ‘rule-box’ can be found in the core of the programme. This function-structure generator was developed by Microsoft Visual Basic.NET. The self-developed programme creates a ‘*.scr’ file that can be played out with AutoDesk Mechanical Desktop 6.0 as it visua lizes the 3D model of the given function structure.

There is a different chapter about different materials can be used as treadmill belt.

Besides analysing the possibilities, the ergonomics was also highlighted.

The bests of the self- made programme generated function-structures were introduced in the last chapter. Among these solutions the best will be chosen with the help of an estimation. My aim is to present the detailed plans of the selected solution as a diploma piece.

(5)

TDK DOLGOZAT 5

B

E V E Z E T É S

A futás történelme az oskorig nyúlik vissza. Ahogy az osember eljutott az evolú- ció azon szintjére, hogy felegyenesedett, úgy fejlodtek képességei. A lábakon való járás, majd a futás elsajátítása után, már képes volt vadat ejteni, vadászni. A járás és a futás természetesen ösztönös cselekvések, ha veszélyben érezzük magunkat, az elso, amit gondolkodás nélkül teszünk, hogy felgyorsítjuk lépteinket, futásnak eredünk.

A futás fontos szerepet töltött be a történelem csatáiban, lehetové tette az Olimpiai játékok kialakulását. Az elso Olimpiai-játékot i. e. 776-ban, Zeusz tiszteletére rendezték meg, aki apját legyozve érdemelte ki foisteni rangját. Ezen az elso Olimpián még csak egyetlen versenyszám volt, a stadionfutás, melyet egy szakács nyert meg, az éliszi Koroibosz. A nok még csak nézoként sem vehettek részt eze- ken az ókori játékokon. A Pennsylvaniai egyetem Archeológiai és Antropológiai Múzeumának honlapja [21] szerint azonban, ugyanilyen játékokat rendeztek Ze- usz feleségének, Héra istennonek tiszteletére is. A Héra tiszteletére rendezett játé- kokon hajadon lányok mérhették össze lábaik képességét.

„Esküszöm Apollónra és Panakeirára, minden istenre és istennore, hogy erom és képességem szerint betartom az alábbi esküt és vallást…”–mondja a Hippokraté- szi-eskü. Az ókori Hellászban élo Hippokratészt az utókor az Orvostudomány Atyjaként ismeri, hiszen könyvei a mai orvoslás alappilléreit jelentik. A terheléses EKG-vizsgálat ugyan több mint 2000 évvel a tudós halála után jelent meg a szív- diagnosztika szakterületén, de neki köszönheto a gyó gyítás iránti elhivatottság, valamint az orvostudomány kifejlodése. Néhány évtizede az infarktus gyanús be- tegeknél alkalmazzák a terheléses EKG- vizsgálatot. A terhelés sokáig egy szoba- kerékpáron való kerékpározást jelentett, melyet az utóbbi néhány évben a futópad kezd felváltani. A vizsgálat lényege, hogy a páciens az elobb említett két speciális edzogép egyikén végez gyakorlatot, miközben EKG-berendezéssel mérik a szív teljesítoképességét.

A futás pozitív hatásait a gyógyítás területén nemcsak az elobbiekben ismertetett módon használják ki, de ülomunkát végzok számára is javasolják; az izmok me g- mozgatására, valamint a napi stressz feloldására, a mozgáshiány okozta betegsé- gek megelozésére alkalmas. A tornatermi, illetve szobai futás elonyei közt emlí- tést érdemel, hogy a természetes futáshoz nagyon hasonló módon futhatunk, mi- közben az évszak, az idojárás, a környezet, és egyéb káros hatásoktól függetlenül sportolhatunk. Napjainkra a mérnöki munka és az orvostudomány szorosan össze- kapcsolódik, mivel a mérnöki alkotások révén kényelmesebbé, és egészségesebbé válhat rohanó életünk, de a szerkezetek élettani hatásait csak az orvostudomány révén ismerhetjük meg.

(6)

TDK DOLGOZAT 6 TDK feladatomban egy szobai futópad koncepcionális tervezését tuztem ki célul.

Feladatom elso felében a már létezo mego ldásokat rendeztem, ezzel kapcsolatosan a téma szabadalmi kutatását is elvégeztem. Ahol lehetett igyekeztem bemutatni azt, hogy az egyes szabadalmak hogyan épültek be a mai futógépek egyes mego l- dásaiba.

A terméktervezés során rendkívül fontos tényezo a beépített anyagok helyes meg- választása, különösen, ha ennek környezetvédelmi és ergonómiai hatásai is va n- nak. Dolgozatom második részében a futópadoknál alkalmazott futófelületek anyagát kívánom elemezni.

A koncepcionális tervezés során a módszeres géptervezés és a számítógépes ter- vezés eszközrendszerét kívánom felhasználni, illetve ötvözni. A funkcióstruktúrák eloállítását és szelektálását saját fejlesztésu programmal kívánom megvalósítani.

1. ábra

1881-bol származó, állati erovel hajtott járómalom

(7)

TDK DOLGOZAT 7

1 S

Z A B A D A L O M K U T A T Á S

A szabadalomkutatást az Amerikai Szabadalmi Hivatal internetes keresojének segítségével végeztem [9]. A Hivatal lajstromjegyzéke 1790-ig nyúlik vissza, az elso, mai értelemben vett futógépeket, azonban csak az 1900-as századforduló tájékán jegyezték be.

Ebben a fejezetben a kutatás során feltárt, funkcióit tekintve érdekes, és egyedi megoldásokat szeretném bemutatni, illetve összefoglalni.

1.1 Mechanikus edzogépezet (1909, T. Volk)

Az elso feltárt szabadalom Thomas Volk nevét jegyzi, aki 1908. szeptember 9-én nyújtotta be szabadalmi pályázatát, a 3. ábra szerinti elrendezésrol. Ennél a szaba- dalomnál a futófelület nem futószalaggal van megoldva, hanem görgokön gördü- lo, szegmentált felületdarabok alkotják a végtelenített futófelületet. A szalag egyenletes mozgását a 24-es jelu lendkerék biztosította. Az 2. ábra Thomas Volk szabadalmának egy mai, korszeru változatát mutatja be. A szabadalmaztatott megoldás elonye, hogy a gördülo elemek miatt jó hatásfokkal és csendes üzemmel dolgozik a berendezés.

2. ábra

A szabadalom napjainkból származó megoldása

(8)

TDK DOLGOZAT 8 3. ábra

Mechanikus edzogépezet

1.2 Készülék atlétikai célra (1912, T. R. Barrett)

Timothy R. Barrett készülékét 1911-ben nyújtotta be szabadalmi vizsgálatra, mely találmányt 1912. február 6-án végül lajstromoztak. A szerkezet különleges- sége abból a pántból adódik, mely a felhasználó derekára van rögzítve és megaka- dályozza, hogy a berendezés használója „lefusson” a futófelületrol. A készülék másik különlegessége, hogy sebességméro órával van ellátva, mely a korábbi sza- badalmakhoz képest újítást jelentett. A végzett szabadalomkutatás során a ma szé- les körben használt futószalag enné l a megoldásnál jelent meg eloször. A szalag megtámasztása itt még görgosorral történt.

(9)

Készülék atlétikai célra

1.3 Tornakészülék (1921, O. L. Samuelson)

1921. augusztus 2-án jegyezték be O. L. Samuelson találmányát, melyet a sífutó- gépek osének tekinthetünk. Felhasználói oldalról nézve ugyanis a két szerkezet –a mai, illetve az 1921-bol származó– hasonlóan muködik abból a szempontból, hogy nincs futófelület, a sportoló lábai által meghatározott kötött pályán mozo g- nak. Minkét megoldás koordinálja a kezek mozgását is.

Az 6. ábra szerinti megoldás továbbfejlesztette Samuelson ötletét, mert a pedálok nem kör, hanem egy torz, ellipszis jellegu pályán mozognak, ezáltal a berendezés a természetes mozgást jobban közelíti.

(10)

Tornakészülék

6. ábra

Sífutógép napjainkból

(11)

TDK DOLGOZAT 11 1.4 Járómalom (1930, A. J. Wood)

A gépet A. J. Wood találmányaként regisztrálták 1930. június 24-én. A gép a technikai újításokon túl még egy nagyon fontos jellemzovel bír, mégpedig azzal, hogy ez az elso, mely a mai angol elnevezést, vagyis a „treadmill”-t viseli.

Ahogyan az ábrán is látható ez egy fix lejtoju szerkezet. Mivel ebben az idoben még nem jöttek rá arra, hogy a szalag sebességének korlá tozására féket kell beépí- teni, a felhasználóra egy hevedert erosítettek, mely megtartotta a berendezésen.

Az ábra alján kiemelt részletnek külön jelentosége van, hiszen segítségével a szalag feszessége állítható be.

7. ábra Járómalom

(12)

TDK DOLGOZAT 12 1.5 Sétáló szerkezet (1931, I. M. Petersime)

8. ábra Sétáló szerkezet

Az 1931-ben szabadalmat nyert szerkezet érdekessége, hogy ez a futógép volt a motoros futógépek elofutára. Ez a 0°-os lejtoszög mellett is muködoképes szabadalom nagyban hozzájárult a mai sétálógépek és univerzális futógépek kialakulá- sához.

(13)

TDK DOLGOZAT 13 1.6 Tornázó gépezet (1933, A. S. Fitz Gerald)

9. ábra Tornázó gépezet

Fitz Gerald tornázó gépezetét, 1931-ben nyújtotta be szabadalomra. Ez is egy szalagos, motoros futógép volt. A futófelület mentén érzékelok voltak elhelyezve, melyek érzékelték a tornagyakorlatot végzo személy helyét a berendezésen és a szalag sebessége ennek függvényében változott. Ez az automatikus szalag- sebességszabályozás a mai napig sem terjedt el széles körben, pedig az elektroni- ka mai eszközeivel már könnyebb volna a megvalósítás.

(14)

TDK DOLGOZAT 14 1.7 Tornázó készülék (1943, E. Le Roy Jones)

10. ábra Tornázó készülék

A tornázó készülék megalkotása Edward Le Roy Jones nevéhez fuzodik, aki tor- nagépéért 1943-ban megkapta a szabadalmat. A gép, szerkezeti felépítését tekintve hasonló a futógépek ma gyakori szalagos példányaihoz, azonban a rajta végzett feladat inkább a kötélhúzást imitálja, mintsem a futást.

(15)

TDK DOLGOZAT 15 1.8 Rehabilitációs- és tornáztató szerkezet (1967, J. W. Brown)

11. ábra

Rehabilitációs- és tornáztató szerkezet

Az 1967-ben szabadalmaztatott szerkezet a lépcsozés, a futás, és a mai elliptikus futógépek mozgáskomponenseit ötvözi. J. W. Brown eredetileg mozgássérült emberek lábainak tornáztatására szánta szabadalmi elképzelését. Emiatt a beren- dezésbe motor van beépítve (16), mely hajtja a pedálokat és tornáztatja a beteg lábát.

Talán ez a szabadalom tekintheto a mai „taposógépek” (12. ábra) elofutárának.

Ezek azo nban kondicionáló, és nem rehabilitációs készülékek. A taposógép úgy muködik, hogy a sportoló az egyik hengerbol egy fojtáson keresztül a másik he n- gerbe „tapossa” a hidraulika folyadékot.

(16)

Taposógép

1.9 Antisztatikus kapaszkodóval ellátott futógép (2004, John C. Pan)

13. ábra

Antisztatikus kapaszkodóval ellátott futógép

Az idén, július elso felében szabadalmat nyert futógép újdonságtartalma a sztati- kus elektromosságtól mentes kapaszkodóban fogalmazódik meg.

A szigetelo részegységet a vázszerkezeten helyezték el, hogy meggátolják az elektromos csatlakozású futó-részegység kapaszkodóval való érintkezését. Az antisztatikus kapaszkodó azért lett ilyen elrendezésben felszerelve, hogy megvéd- je a felhasználót a futás közbeni feltöltodéstol.

(17)

TDK DOLGOZAT 17 1.10 Rehabilitációs adapter négylábúak részére (2002, H Victor Felger)

14. ábra

Rehabilitációs adapter

A szabadalomban bemutatott szerkezet kutyák és egyéb négylábúak számára re- habilitációs céllal készült. Látható, hogy a négylábú a futópad vázára szerelt box felso, merevíto eleméhez van kötve, egy hám segítségével. Az adapter méretei könnyen beállíthatók a különféle méretu állítok számára. Az adapter futógéphez való csatlakoztatása is univerzálisan van megoldva, hogy minél több futógép tí- pusra könnyen felszerelheto legyen.

(18)

TDK DOLGOZAT 18

2 A

Z ISMERT S Z A L A G O S F U T Ó G É P E K B E M U T A T Á S A

Ebben a fejezetrészben az irodalomkutatás során feltárt megoldásokat foglaltam össze, elvi kialakításukra, felépítésükre koncentráltan, majd egy táblázat segítsé- gével rendszerezem oket. A felsorolást a legegyszerubb változattal kezdem, majd a felépítés bonyolultságának megfeleloen egy, a technika jelenlegi állása szerinti legbonyolultabb típussal fejezem be.

2.1 Gravitációs hajtású, fék nélküli, csukható vázas futógép

15. ábra 16. ábra

A legolcsóbb kivitelu futópadok gravitációs hajtással, fék nélkül készülnek. Ezek- nél a megoldásoknál a felhasználó súlyának lejtoirányú komponense hajtja a szalagot. Mivel fék nincs beépítve, a futószalag sebessége és a nehézségi fokozat nem változtat ható függetlenül. Mivel muszakilag ez a lehetséges legegyszerubb me g- oldás, így a bennük fellelheto egyetlen bonyolultabb mechanizmus a váz csukha- tóságát teszi lehetové. A mechanikus futópad elvi megoldására a fenti ábrák szo l- gáltatnak illusztrációt. A 15. ábra egy egyfokozatú, míg a 16. ábra egy háromfo- kozatú lejtoállításos mechanikus futópadot ábrázol.

(19)

TDK DOLGOZAT 19 2.2 Fékkel szabályozható, csukható vázas futógép

17. ábra

Az 2.1 pontban jellemzett futógépektol ez a csoport abban tér el, hogy ezekbe a gépekbe egy féket is beépítettek, mely lehetové teszi, hogy a szalag sebessége a lejtoszögtol függetlenül is beállítható legyen. A 17. ábra egy fékes megoldást szemléltetnek.

2.3 Vízszintes futófelületu, csukható vázas, motoros hajtású futógép

18. ábra

A baloldali képen egy motoros szalag- hajtású futógép látható. A motoros fu- tópadok közül ez a megoldás a legegyszerubb, mivel a lejto szöge nem állít- ható. A motoros hajtású megoldások nagy elonye, hogy a beépített motor miatt a szalag sebessége független a lejtoszögtol. Emiatt ezek a berendezé- sek teljesen vízszintes futófelülettel is üzemeltethetok, ezáltal nem csak a futás, de a kényelmes kocogás, és a gyaloglás is imitálható velük. Így idosebb, vagy beteg emberek is haszná l- hatják. A berendezés futófelülete a használaton kívüli idoszakban függole- ges helyzetbe billentheto, a helytakaré- kos tárolás miatt.

(20)

TDK DOLGOZAT 20 2.4 Motoros hajtású, kézi lejtoállítású, merev vázas futópad

Az 19. ábra olyan futógépet ábrázol, mely az elozo pontban említett cso- porttól annyiban tér el, hogy a futófe- lület dolésszöge kézzel beállítható.

Így a vízszintes futástól nagyobb ne- hézségu feladatok is megoldhatók.

Azonban tartalmazza az elozoekben említett lehetoséget, hogy a sportoló- kon és fiatal embereken kívül idosebb, vagy beteg felhasználók is használhatják. Ez a me goldás merev vázzal rendelkezik, így használata fix telepítéssel, kond icionáló termekben, vagy nagyobb lakásokban javasolt.

19. ábra

2.5 Motoros hajtású, kézi lejtoállítású, csukható vázas futópad

20. ábra 21. ábra

A fenti képeken látható modellek nem rendelkeznek kevesebb funkcióval, mint a 19. ábra szerinti modell, de többletfunkcióként megjelenik az összecsukható váz, ezáltal már nem csak edzotermi alkalmazásra, de otthoni használatra is alkalmas.

Összecsukott állapotban a mozgatást a vázra szerelt kerekek segítik.

(21)

TDK DOLGOZAT 21 2.6 Motoros hajtású, motoros lejtoállítású, merev vázas futópad

22. ábra

A futópadok felsokategóriás változata- it azok a megoldások képezik, me- lyeknél a motoros szalaghajtáson kí- vül, a nehézségi fokot meghatározó lejtoszög is motorikusan állítható. Ha ez a mego ldás olyan komputerrel van szerelve, melyben elore tárolt programok vannak, akkor használat közben a gép automatikusan leképezi az elore tárolt terep domborzati viszonyait. Így edzotermi körülmények között valósá- gos terepeket futhatunk be. Egysze- rubb megoldásoknál a kezelopulton található, emelo- és süllyeszto go m- bokkal a felhasználó edzés közben állítja a sebességet és a nehézséget, vagyis a futófelület lejtoszögét.

2.7 Motoros hajtású, motoros lejtoállítású, csukható vázas futópad

A már megvalósított futópadok tanul- mányozása során a 23. ábra szerinti változatot találtam a legösszettebbnek.

A fenti képen látható modell a 22. ábra szerinti futógép minden funkciójával rendelkezik, de többletfunkcióként megjelenik az összecsukható váz, ezá l- tal már nem csak edzotermi alkalma- zásra, de igényesebb felhasználó otthoni eszközévé is válhat. Összecsukott állapotban a futópad mozgatását a váz- ra szerelt kerekek segítik.

23. ábra

2.8 Szalagos futógépek Roth-táblázata

A szalagos futógépek hajtás szempontjából két csoportra oszthatók, a mechanikus hajtású-, valamint a motoros hajtású futópadok csoportjára. A mechanikus hajtású futópadok esetén a szalagsebesség a gép belso súrlódása, a fék hatására alakul ki.

Emiatt ezek a berendezések vízszintes futófelülettel muködésképtelenek. A leg-

(22)

TDK DOLGOZAT 22 egyszerubb mechanikus futópadok dolésszöge általában egy állású, arra az opti- mális értékre állítva, melynél a futás biztonságos körülmények között valósulhat meg. Azonban lehet több állású is, ilyenkor a futás nehézségét mindenképpen a lejto kézi állításával lehet szabályozni. Ez a fékes futópadokra is érvényes, de ezeknél a modelleknél a fék lehetové teszi, hogy ha egy adott fokozatban a szalag a futó számára gyorssá válik, akkor a szalagsebesség csökkentheto legyen. A ma fellelheto, hagyományos megoldások közül a motoros, szalagos futópadok a legel- terjedtebbek, melyekre számos megoldás született, róluk számos adat áll rendel- kezésre. Ezeket a következo táblázat foglalja össze.

H Hobbi S Sportolók

*

B Betegek

O Otthoni felhasználás E Edzotermi felhasználás M Orvosi felhasználás

**

Hajtás módja

Sebességállítás módja

Nehézségi fokozat

Hely- takarékosság

Célcso- port*

Felhasz- nálás helye**

Ábra

Merev váz H O

Fékezetlen gravitációs

hajtás

Van de ne m

állítható Csukható váz H O

15.

ábra 16.

ábra Merev váz H, B O

Mechanikus hajtás

Fékezett gravi- tációs hajtás

Mechanikus

lejto állítás Csukható váz H, B O 17.

ábra Merev váz H, S, B O, M

Nincs

Csukható váz H, S, B O 18.

ábra Merev váz H, S, B E 19.

ábra Mechanikus

lejto állítás

Csukható váz H, S, B O

20.

ábra 21.

ábra Merev váz H, S, B E 22.

ábra Kézi vezé rlésu

elektronikus szala gsebesség

Motoros lejto állítás

Csukható váz H, S, B O 23.

ábra Merev váz S, B E , M

Nincs

Csukható váz S, B O

Merev váz S E

Mechanikus lejto állítás

Csukható váz S O

Merev váz S E

Szalagos futógépek Motoros hajtás

Automatikus szalagsebe sség

szabá lyozás

Motoros

lejto állítás Csukható váz S E

(23)

TDK DOLGOZAT 23 A táblázatból látható, hogy muszakilag az utolsó sorban lévo változat a legfejlet- tebb, de emiatt biztosan ez a megoldás lesz a termékmix legdrágább termékvona- la, ezért a célcsoport csak egy nagyon szuk réteg lesz, többnyire edzotermek en- gedhetik meg ezt a termékvonalat.

(24)

TDK DOLGOZAT 24

3 A

F U T Ó F E L Ü L E T F E J L E S ZT É S I L E H E T O S É G E I

3.1 Megoldási lehetoségek a futószalag anyagára

A piackutatás során nem állt rendelkezésre adat a futópad futófelületének anyagá- ra vonatkozóan. Ezért feladatomban olyan anyagokat is vizsgálok, melyek a futást segítik, és alkalmasak arra, hogy egy végtelenített futószalagra felvihetok legye- nek, ellenállva a folyamatos hajtogatásnak. Majd javaslatot teszek arra, milyen anyagból készüljön egy, a késobbiekben általam tervezendo futópad futófelülete.

3.1.1 Futószalag legfontosabb mechanikai követelményei

Kopásállóság: egy futópad igénybevétele egy fitness-szalonban akár rendkívül nagy is lehet, ha figyelembe vesszük, hogy átlagosan napi tizenhat órás, heti hat napos nyitva tartással üzemelnek az ilyen fitness-termek. A kopásnak a futószalag mindkét felülete ki van téve, mivel a belso felület a görgök hatására keletkezo súrlódás miatt, a külso felület pedig a futó talpaitól keletkezo súrlódás miatt ko- pik.

Nyúlás: ezt a fogalmat két irányból kell megvizsgálni.

Súrlódási réteg (a futószalag alsó része): ennek a rétegnek nem szabad nyúlé- konynak lennie, mivel merevíto funkciót is ellát.

Fedoréteg (a futószalag felso része): ennek a rétegnek rugalmasnak kell lennie, hogy megfelelj en a futáshoz szükséges ergonómiai követelményeknek

Öregedésállóság: az anyag öregedése az anyag töredezettségéhez vezethet. Ilyen esetben már nem használható teljes értékkel a futószalag: nem terhelheto maximá- lisan, ezenkívül sem az ergonómiai, sem az esztétikai követelményeket nem elégí- ti ki.

Kifáradás: fontos, hogy az anyag ne fáradjon ki, ellenálljon a futószalag két végén elhelyezett görgoknél történo állandó hajtogatásnak.

(25)

TDK DOLGOZAT 25 3.1.2 Futószalaggal szembeni ergonómiai követelmények

A kemény felületen, például az aszfalton való futást az orvosok többsége ellenzi, mivel az arra érzékeny személyeknél ez csonthártyagyulladáshoz vezethet. A futó- felület keménysége valamelyest korrigálható speciális futócipok segítségével, ezek azonban nagyon drágák. Ezért a futógép futófelülete felé támasztott legfo n- tosabb ergonómiai követelmény, hogy a kényelmesen puha legyen.

3.1.3 Futószalaggal szembeni esztétikai követelmények

Az esztétika és az ergonómia egymáshoz nagyon közel eso fogalmak. Mégis a futószalag színét, mintáját az ergonó miától szétválasztva, az esztétika cím alatt szeretném megvizsgálni.

A modern futópályák építésekor a tervezok szem elott tartották, hogy a hagyomá- nyos salakpályákon rengeteg gondot jelent a pálya rendszeres karbantartása, így új anyagok születtek, úgymint a tartán, majd késobb a rekortán. Az 24. ábra a mis- kolci Herman Ottó Gimnázium tornaudvarát mutatja madártávlatból. A kép balo l- dalán látható 100 m-es futópálya a rekortán pályára mutat példát. A rekortán a futást kényelmessé teszi, kissé rugalmas felületének köszönhetoen a futó lábait szinte eltaszítja magától, ezzel téve örömtelivé a futást. A rekortán egy olyan megoldás, mely nemcsak hogy felidézi osét, a salakot, de nem igényel karbantar- tást, a szemet gyönyörködteti, a futást pedig felpörgeti. Ez utóbbi tulajdonságát nemcsak pszichikai értele mben kell értelmezni, de puha felülete valóban segít a földtol való elrugaszkodásban, a cipo nem tapad a talajra, és a futás szinte légiessé válik.

24. ábra

A gyakorlatban nagyon gyakran alkalmaznak zöld színu szalagot futófelület gya- nánt, mely a zöld füvet, a természet szabadságát idézheti fel. Cél tehát egy olyan futófelület létrehozása, mely az óceán tisztaságát, nyugalmat árasztó moraját jut- tatja a felhasználó eszébe, mindezt a rekortán pozitív tulajdonságaival ötvözve. Az óceán felidézésével a nyugalom gondolata jut el a felhasználóhoz, a kellemes felü- let segítségével pedig a futás könnyusége. E két tulajdonság elegyítésével elérhe- to, hogy a felhasználó mind gyakrabban használja a terméket.

(26)

TDK DOLGOZAT 26 3.1.4 A rekortán fajtái

A poliuretán rendszeru rekortánt 1969-ben, a berlini Olimpiai Stadionban alkal- mazták eloször. Ugyanezt használták 1972-ben a Müncheni Olimpián is, ahol 11 világrekord, és 20 olimpiai rekord született a rugalmas talajú futópályának kö- szönhetoen.

A rekortán gyártásával már számos cég foglalkozik. Dolgozatomban a Tennis and Track Surface Company [12] termékeit vizsgálom, abból a szempontból, hogy alkalmasak-e a futószalag felso rétegének kialakítására.

3.1.5 Poly 1000

25. ábra Poly 1000

Vízátereszto, helyszínen eloállított, szintetikus futópálya- felület újra- hasznosított SBR (butadién-sztirol kopolimer) gumi alapszonyegbe ágyazott poliuretánból. Az eredmény egy tartós és rugalmas, mindenféle idojárást túlélo felület.

Poliuretán: olvadáspontja 180°C-körüli, hostabilitása kicsi, 220°C felet bomlik.

Komponenseinek arányváltoztatásával a keletkezo termék tulajdonságai széles határok között változtathatók. Eloállíthatók lágy és szabályos kristályos polime- rek, valamint amorf, kaucsukszeru anyagok. A poliuretánokat (26. ábra) a fel- használási célnak megfeleloen csoportosítják: szálképzok, habok, elasztomerek, lakkok, ragasztók.

SBR: addíciós polimer, mivel gerince tisztán karbon atomokból áll, és ahogyan a természetes gumi, a monomerek kettos kötéseket tartalmaznak. Monomeregységét a 27. ábra szemlélteti.

26. ábra Poliuretán

(27)

A poliuretán monomeregysége

28. ábra

Poliol+MDI=Poliuretán

A poliuretán két anyag reagáltatásá- val jön létre, és a baloldali ábrán lá t- ható módon viselkedik. A második összetevo fenilizocianát, mely szer- kezetét a 29. ábra szemlélteti. Látha- tó, hogy ez az anyag benzolt is tartalmaz.

29. ábra Fenilizocianát

(28)

TDK DOLGOZAT 28 A Poly 1000 kikészített felületi tulajdonságai:

Szín Fekete

Vastagság Átlag 12mm, vagy ahogy az építész, a mérnök, vagy a vevo rendeli.

Keménység Nem mérheto a pórus szerkezet miatt

Nyúlás 83%

Szakító szilárdság 0,7 MPa 38°C-on

Maradó összenyomódás 90-95% 38°C-on (24 órás periódus után) Kopásállóság 0,25g/1000kör

Meszezés 1000 óra változó idojárás után sincs változás Súrlódási együttható Szárazon:1,07 Nedvesen:0,73

Rugalmasság 37-44%

Öregedésállóság 35-53MPa

3.1.6 Poly 2000

30. ábra, Poly 2000

Vízátereszto, helyszínen eloállított szintetikus futópálya felület újrahasznosított SBR (butadién-sztirol kopolimer) gumi alapszonyegbe ágyazott poliuretánból, poliuretán alapú, festett, üvegszál erosí- téses EPDM (etilén/propilén/dién) gu- midarabokat tartalmazó burkola ttal. Az eredmény egy tartós és rugalmas, „négy évszakos” felület

EPDM: az EPDM (32. ábra) hármas kopolimer, etilénbol, propilénbol, és diénbol áll. Kiválóan ellenáll az oxidációnak, valamint az ózon degradációs hatásának.

Szakítószilárdsága 10-20 MPa, rugalmassági modulusa 8,5-18 MPa, szakadási nyúlása 300-400%, Shore A keménysége pedig 70-80.

(29)

32. ábra

EPDM mikroszkópi képe

A kikészített felület tulajdonságai:

Szín Fekete, piros, bézs, zöld, kék, stb.

Keménys ég Nem mérheto a felso réteg pórus szerkezete miatt

Nyúlás 83%

Rugalmasság 37-44%

Öregedésállóság 35-53MPa 3.1.7 Poly 2000-modified

33. ábra, Poly 2000–modified

Vízhatlan, helyben eloállított szintetikus futópálya felület újrahasznosított SBR (butadién–sztirol kopolimer) gumi alapszonyegbe ágyazott poliuretánból, poliu- retán alapú, festett, üve gszál erosítéses EPDM (etilén/propilén/dién) gumidara- bokat tartalmazó burkolattal, valamint egy elsodleges vízzáró réteggel. Az eredmény egy tartós és ruga lmas, „négy évszakos” felület.

(30)

TDK DOLGOZAT 30 A Poly 2000-rel szemben a különbség a vízhatlanság területén jelentkezik, mivel a Poly 2000 vízátereszto volt, anyaga nem tartalmazott vízzáró réteget. Ez a réteg – mely gumibetétként funkcionál– EPDM por, valamint kétkomponensu poliuretánt tartalmaz. A vonal felfestésre ennél az anyagnál is, mint a Poly 2000-nél, egy po- liuretán alapú festék a legalkalmasabb.

A Poly 2000- modified kikészített felületi tulajdonságai:

Szín Fekete, piros, bézs, zöld, kék, stb.

Nyúlás 83%

Rugalmasság 37-44%

Öregedésállóság 35-53MPa 3.1.8 Poly 3000

34. ábra, Poly 3000

A „szendvics”-rendszer, egy helyszínen eloállított, tartós, rugalmas, textúrált,

„négy évszakos”, vízlepergeto kivitelu felület. A Poly3000 poliuretánkötésu, fekete gumialapra épül, melyre folyéko- nyan betáplált, festett poliuretán burkolat kerül. A burkolatra színezett EPDM gumi granulátumot szórnak.

Az alapanyag ebben az esetben is szintetikus, fekete SBR gumi, de a vízhatlansá- got biztosító réteg csupán szintetikus, színezett EPDM gumiból áll. A felület felso borítása szintén ezzel az anyaggal valósul meg.

35. ábra

(31)

TDK DOLGOZAT 31 A Poly 3000 kikészített felületi tulajdonságai:

Szín Piros

Vastagság Alap: 9-10mm, teteje: 3-4mm, átlag: 12-13mm, vagy ahogy az építész, a mérnök, vagy a vevo rendeli.

Keménység Shore A: 45-55, 38°C-on

Nyúlás 82%

Maradó összenyomódás 90-95% 38°C-on (24 órás periódus után) Súrlódási együttható Szárazon:1,07 Nedvesen:0,73

Rugalmasság 33-40%

3.1.9 Poly 3000 Encapsulated

36. ábra

Poly 3000 Encapsulated

A „zárt szendvics”-rendszer, egy helyszínen eloállított, tartós, ruga l- mas, textúrált, „négy évszakos”, víz- lepergeto kivitelu felület. A Poly 3000 Encapsulated poliuretánkötésu, fekete gumialapra épül, melyre fo- lyékonyan betáplált, festett poliuretán burkolat kerül. A burkolatra színezett EPDM gumi granulátumot szórnak.

Egy kiegészíto szórt-réteg alkalmazá- sával zárják le a talajanyagot.

A záró réteg egykomponensu poliuretán, UV-álló alifás vegyületre alapozva.

A Poly 3000 kikészített felületi tulajdonságai:

Szín Piros

Vastagság Alap: 9-10mm, teteje: 3-4mm, átlag: 12-13mm Keménység Shore A: 45-55, 38°C-on

Nyúlás 82%

Rugalmasság 33-40%

(32)

TDK DOLGOZAT 32 3.1.10 Poly 4000-Rekortan M

37. ábra

Poly 4000-Rekortan M

A teljesöntésu-rendszer, egy helyben öntött, tartós, textúrált, „négy évsza- kos”, vízlepergeto kivitelu felület, mely többrétegu felhasználást bizto- sít. A Poly4000 folyékonyan betáplált poliuretánborításból, valamint be- ágyazott SBR vagy EPDM szemcsék- bol áll. A felületi borítás folyékonyan betáplált, festett poliuretán burkolat, melyre színezett EPDM gumi granu- látumot szórnak.

Az alapszemcsék újra feldolgozott SBR-bol, vagy szintetikus, fekete EPDM gu- miból készülnek. A fedo-szemcsék szintetikus, színezett EPDM gumi- granulátumok. A poliuretánborítás kétkomponensu, MDI alapú rendszer, mely poliuretán kötoanyagból, valamint egy festett poliol borításból áll.

A Poly 4000 kikészített felületi tulajdonságai:

Szín Piros

Vastagság 10-13mm

Nyúlás 115%

Rugalmasság 33%

3.1.11 Poly 4000 Encapsulated

38. ábra

Poly 4000 Encapsulated

A zárt, teljesöntésu-rendszer, egy helyben öntött, tartós, textúrált, „négy évszakos”, vízlepergeto kivitelu felü- let, mely többrétegu felhasználást biz- tosít. A Poly 4000 folyékonyan betáp- lált poliuretánborításból, valamint beágyazott SBR vagy EPDM sze m- csékbol áll. A felületi borítás folyéko- nyan betáplált, festett poliuretán burkolat, melyre színezett EPDM gumi granulátumot szórnak. Talapzat- rendszert lezáró kiegészíto réteg egy UV-álló uretánréteg.

(33)

TDK DOLGOZAT 33 A poliuretánborítás ebben az esetben egykomponensu, MDI alapú poliuretán, mely az UV sugárzásnak ellenáll.

A Poly 4000 Encapsulated kikészített felületi tulajdonságai:

Szín Piros

Vastagság 10-13mm

Nyúlás 115%

Rugalmasság 33%

3.1.12 Értékelés

39. ábra 40. ábra

41. ábra 42. ábra

(34)

TDK DOLGOZAT 34 Az elozokben ismertetett és vizsgált rekortán fajták elemzése során kiderült, hogy az EPDM gumi önmagában is hatékonyan alkalmazható, például gyermekek szá- mára kiépített játszószigeteken (39. ábra, 40. ábra, 41. ábra, 42. ábra), ahol a ko- pás, és az igénybevétel nagyon jelentos, hiszen a bölcsodés korú gyermekek elo- szeretettel mászkálnak a talajon.

A következokben táblázat foglalja össze az EPDM tulajdonságait.

EPDM TULAJDONSÁG

JELLEMZOK

Kopásállóság kopásálló

Nyúlás 300-400%

Öregedésállóság

Idojárás-próba: 336 óra UV-sugárzás, majd 8 órányi, 50°C-os kondenzáló fürdo. Eredményként nem mutatkozik semmilyen törés vagy repedés, nem válik ragadóssá, nyúlóssá, viszkózussá.

Ergonómia Rugalmas=puha hatás

Esztétika Színezheto

Az EPDM gumi tulajdonságai alapján javaslom egy újszeru futószalag kialakítá- sát, melynek alapjául a már létezo, végtelenített szállítószalagok szolgálnak.

43. ábra

Felso súrlódási réteg Húzó réteg

Alsó súrlódási réteg

(35)

TDK DOLGOZAT 35 A manapság forgalomban lévo futószalagok általában három részre tagolhatók, úgymint:

• Felso súrlódási réteg

• Húzóréteg

• Alsó súrlódási réteg,

ahogy azt a 43. ábra is mutatja. Az általam javasolt megoldás a szalag felso réte- gét módosítja, a Poly 3000 Encapsulated zárt, „szendvics”-jellegu kivitelét ötvö z- ve. Így tartós, ruga lmas, vízlepergeto, végtelenített felületet kapunk.

A szalagra színezett EPDM gumi granulátumot szórva, valamint egy kiegészíto szórt-réteget alkalmazva a fe lület zárt lesz, és a kívánt vízlepergeto hatás elérheto.

Ergonómiailag is hatásos a színezheto felso gumiréteg, hiszen ezáltal lehetoség nyílik arra, hogy a felhasználó a tengerpart homokos talaját, vagy az erdo puha aljzatát képzelje a lábai alá. Ezzel a megoldással kiküszöbölheto a helyhez kötött- ség nyomasztó érzése, melyet a jelenleg forgalomban lévo futópadok többsége nyújt.

44. ábra

Minták a Blue Grass Playgroung Inc. Ajánlatából

(36)

TDK DOLGOZAT 36

4 M

Ó D S Z E R E K L E Í R Á S A

A mérnöki tervezo munka összetettségét, és szépségét a hibák folyamatos javítá- sából adódó iterációs körfolyamatok jelentik. Egy termék tervezése során számos problémát kell figyelembe venni, még ha csak egy, már elavult termék továbbfej- lesztésérol vagy újra tervezésérol van is szó. Figyelembe kell venni a piac, a kör- nyezet, valamint a vállalat igényeit, lehetoségeit (pl.: SWOT-analízis).

45. ábra

A terméktervezés folyamata

(37)

TDK DOLGOZAT 37 A 45. ábra [3] a terméktervezés folyamatát szemlélteti. Látható, ahogy a különbö- zo tudományterületek, a menedzsment, a marketing, a mérnöki munka összekap- csolódik a teljes folyamat során. A mérnöki munka során a tervezés két fázisa –az elvi tervezés és a konstrukciós tervezés– jól elkülönítheto egymástól. Az elvi ter- vezés során az elvi lehetoségeket vesszük számba, azt vizsgáljuk, hogy egy–egy elv figyelembe veheto–e a késobbi konstrukciós tervezés során. A konstrukciós tervezés az egyes elemek egymáshoz kapcsolódását –az elvi tervezés eredménye- it–, valamint a designt használja fel, fedi le.

Az elvi tervezés tulajdonképpen a módszeres terméktervezés, melynek folyamatát a 46. ábra [1] jól szemlélteti. A módszeres tervezés az elvárás egy elembol álló fiktív termékébol indul ki, és egy optimális, még mindig fiktív, ugyancsak egy, vagy kevés számú elembol álló mego ldáshoz vezet. A folyamat során számos megoldás jön létre funkcióábrák formájában; a szelektálás után kapjuk meg az optimális elvi megoldást. Az analízis, és absztrahálás az elvi tervezés elso konkrét lépése. Ebben a szakaszban a mérnök ismereteit bovíti, rendszerezi, melyek az adott termékkel kapcsolatban felmerülnek. Ezeket a már létezo megoldásokat elemzi, bontja vissza az elvi kapcsolatok szintjére, majd az absztrahálás, elvonat- koztatás segítségével új elvi lehetoségeket is vet fel. Ezután az alapelvek, leheto- ségek felsorolásra kerülnek, melyeket különbözo szempontok szerint a mérnök tovább rendszerez, majd funkciókat képez le belolük. A funkciók különféle kom- binálásával funkcióstruktúrák jönnek létre. Ezek képezik a megoldásokat. Ezek azonban lehetnek muködésképtelen megoldások is, tehát hibavizsgálat követke- zik. Ezzel megkezdodik az elvi tervezés szelektálási folyamata, melynek eredmé- nyeképpen létrejönnek a javított megoldások. Ezeket az átdolgozott, elvileg lehet- séges változatokat értékelemzéssel megvizsgálják, melynek eredménye az optimá- lis, elvileg helyes megoldás.

46. ábra

A módszeres géptervezés folyamata

(38)

TDK DOLGOZAT 38 A módszeres tervezést követi a konstrukciós tervezés, mely már az elvi tervezésre is befolyásolja. Ekkor számolja ki a tervezo mérnök a termék adatait, kényszereit, egyéb jellemzo, muszaki paramétereit. Ekkor választ megfelelo anyagot a termék különbözo részeinek megoldására. A konstrukciós tervezés szerves részét teszi ki a design, hiszen a szerkezet belso felépítése szab korlátot, vagy ad lehetoséget a termék formájának. A design nem csak egy termék alakját jelenti, de az ergonó- miai szempontokat –pl. a termék színvilágának megtervezését– is magába foglalja. Ez azonban a konstrukciós tervezéstol manapság már nagymértékben függetle- nítheto, csupán néhány anyag jellemzo tulajdonsága szabhat korlátot a színeknek.

(39)

TDK DOLGOZAT 39

5 F

UTÓPAD K O N C E P C I O N Á L I S T E R V E Z É S E

5.1 Lehetséges elvi megoldások rendszerezése

FUTÓGÉPEK Merev futófelületu Rugalmas futó-

felületu

Merev szegmenses futófelületu

Virtuális futófelüle-

tu Henger

Külso Palást

Henger Belso Palást

Henger Homlok

Felület

Szalag Belso Felület

Szalag Külso Felület

Alsó Vissza–

vezetésu

Elliptikus futópad A fenti táblázat az elvi megoldások lehetoségeit foglalja magába. A „Virtuális futófelület”–elvi megoldással a késobbiekben nem foglalkozom, mivel az elliptikus futógépeknél (47. ábra) nincs valóságos futófelület, átmenetet képeznek a kerékpár, és a futógép között. Pedál segítségével hajtható, mint a szobakerékpár, mégis a futás mozdulatsorát imitálja.

47. ábra Elliptikus futógép

(40)

TDK DOLGOZAT 40 5.1.1 Merev futófelületu futógépe k

MEREV FUTÓFELÜLETU FUTÓGÉPEK

Henger Külso Palást Henger Belso Palást Henger Homlok Felület

48. ábra Hordó-elv

49. ábra Mókuskerék -elv

50. ábra Lemezjátszó-elv

A Henger Homlok Felület–elvét úgy kell elképzelni, mintha a felhasználó a lemez felületén futna (50. ábra). Ezzel a megoldással szemben a henger palástján való futás a lejtoállítás szempontjából jóval elonyösebb, mivel a henger külso– (48.

ábra), vagy belso palástján (49. ábra) való futáskor a lejtoállítás automatikusan megvalósul, a felhasználó súlyánál és a súlypontjának helyzeténél fogva.

A „Rugalmas futófelület” elvén belül a szalag külso felületén való futást, a ha- gyományos értelemben vett futópad jelenti. A szalag belso felületén való futás pedig a „mókuskerék” (49. ábra) analógiáját fedi le, azonban a futófelület ebben az esetben nem merev felület, hanem rugalmas szalag.

5.1.2 Merev szegmenses futófelületu gépek

51. ábra

(41)

TDK DOLGOZAT 41 A szabadalomkutatás, és a piackutatás során feltárt lehetoségek között ismertetett merev szegmenses futófelületu megoldások képezik a futógépek ezen csoportját.

A merev szegmenses futófelületet az 1909-ben szabadalmat nyert megoldásnál a végtelenített futófelületet görgokön gördülo, szegmentált felületdarabok alkotják.

A napjainkban is létezo megoldás esetében (52. ábra) a hasonlóság jól megfigyel- heto, hiszen a szabadalmaztatott, úgynevezett „léc-szalag” (slat-belt), alakját te- kintve az 1909-es megoldással teljesen megegyezik. Ez a megoldás magával hor- dozza a szalag vastagíthatóságának lehetoségét, a futás puhább felületre történo átvitelét, a térdizületek terhe ltségének csökkentését.

52. ábra

5.2 A megvalósított funkciók

A következokben a már megvalósított konstrukciókat funkcióstruktúrába képezem le, általam választott funkcióábrákkal, melyek a következok:

53. ábra

(42)

TDK DOLGOZAT 42 5.2.1 A funkciók leírása

Az 54. ábra a váz- funkciót szemlélteti.

Ez a funkció a futófelület megtámasz- tására és továbbítására szolgál. Segít- ségével a puha és rugalmas, végtelení- tett futószalag merevvé válik, ezáltal alkalmas lesz arra, hogy merev futófe- lületként szolgáljon.

54. ábra

55. ábra

A gyakorlatban kivitelezett futógépek- nél leggyakrabban alkalmazott mego l- dás a futószalag, mert kis méretek me l- lett is megfelelo méretu sík futófelület alakítható ki vele. Hátránya, hogy szalagos kivitelben csak vékony futófelü- letek alakíthatók ki a szalag hajtogatá- sából adódó kifáradás–veszély miatt.

A futóhenger elméletben létezo me g- oldáselem. Ilyen futófelületu, gyakorlatban kivitelezett futógépet irodalo m- gyujtés során nem találtam. Hátránya, hogy a felhasználónak domború, vagy homorú felületen kell futnia, mely csak igen nagy sugárméret mellett

hanyagolható el. 56. ábra

57. ábra

A szegmenses futófelület gyakorla tban létezo megoldáselem. Elonye a futó- szalaghoz képest, hogy felületén vastag bevonat (Tartán, Rekortán) is ki- alakítható. A gyakorlatban kivitelezett gépeknél a tervezok ezt a tulajdonsá- got hangsúlyozták ki. Az izületi beteg- ségek szempontjából rendkívül ergonómikus megoldás.

A rugalmas futófelületu megoldásoknál (futószalag) a futófelület hátoldalát meg kell támasztani. Mivel a szalag hátfelülete csúszik a megtámasztó ele- men, fontos kritérium a kis súrlódás, és a megfelelo anyagpár kiválasztása a

kopás elkerülése végett. 58. ábra

(43)

A futószalaggal megoldott berendezé- seknél görgoket kell alkalmazni a szalag vezetésére.

A gyakorlatban kivitelezett motoros hajtású, szalagos futógépeknél a hajtó motort az egyik görgo belsejében he- lyezik el. Ezek olyan speciális moto- rok, melyek tengelye áll és rögzített, a köpenye forog. Ilyen motoros görgoket alkalmaznak például anyagmozgató

gépeknél is. (Interroll [22]) 60. ábra

61. ábra

Gravitációs meghajtású berendezések- nél, ha a gravitációs ero szalag irányú komponense túl nagy sebességet ered- ményez, a sebességet fékkel lehet csök- kenteni.

Segédfunkció, mely a mindenkori be- rendezés esetében (motoros, vagy gr a- vitációs) elvégzi a futópad vezérlését (sebesség állítás, lejtoszög állítás) és méri az orvos-diagnosztikai adatokat (vérnyomás, pulzus, stb.).

62. ábra

63. ábra

A futófelület-dolésszög beállításra két ok miatt van szükség. Egyrészt a lejto- szöggel lehet beállítani a gyakorlat nehézségi fokát, másrészt gravitációs hajtás esetén a berendezés vízszintes futófelülettel üzemképtelen.

Motoros lejtoállítás esetén, a futópad kezelopultján lévo gombok segítségé- vel a végzett gyakorlat közben, annak megszakítása nélkül lehet a nehézségi fokot (terepviszonyokat) beállítani.

64. ábra

(44)

A kapaszkodó funkcióra balesetvédel- mi okok miatt van szükség, különös tekintettel az idosebb korú vagy beteg felhasználókra. A futógép formai ki- alakítását leginkább meghatározó design-elem.

A kerék funkció az összecsukható vá l- tozatok esetén a gép mozgatását segíti.

66. ábra

67. ábra

A fix láb feladata a futópad stabil alá- támasztása.

A futógépek fontos központi eleme, mely majdnem minden változatnál megtalálható. Általában ehhez kapcso- lódik a többi funkciót megvalósító elem.

68. ábra

69. ábra

A csukható vázas berendezéseken ta- lálható. Feladata, hogy a használaton kívüli futópad kisméreture összecsuk- ható legyen. Egyes változatoknál a csukló a lejtoszög beállítása során is funkcionál.

(45)

TDK DOLGOZAT 45 5.3 Ismert megoldások funkcióstruktúrái

5.3.1 Gravitációs hajtású, kézi lejtoállítású, csukható vázas futógép

70. ábra

A legolcsóbb kivitelu futópadok motoros hajtás nélkül készülnek. Ezeknél a me g- oldásoknál a felhasználó súlyának lejtoirányú komponense hajtja a szalagot. A lejto állítása hatással van a feladat nehézségi fokára (hegyre futás), valamint a szalag sebességére is. Ezért van szükség fék beépítésére, hogy a szalag sebessége csökkentheto legyen nagy lejtoszög esetén. A 70. ábra erre a megoldásra mutat példát, mely csukható vázzal rendelkezik. Összecsukott állapotban a mozgatást a vázra szerelt kerekek segítik.

71. ábra

(46)

TDK DOLGOZAT 46 5.3.2 Vízszintes futófelületu, csukható vázas, motoros hajtású futógép

72. ábra

A 72. ábra szerinti megoldás motoros szalaghajtású futógépet szemléltet. A motoros futópadok közül ez a megoldás a legegyszerubb, mivel a lejto szöge nem állít- ható. A motoros hajtású megoldások nagy elonye, hogy a beépített motor miatt a szalag sebessége független a lejtoszögtol. Emiatt ezek a berendezések teljesen vízszintes futófelülettel is üzemeltethetok, ezáltal nemcsak a futás, de a kényelmes kocogás és a gyaloglás is imitálható velük. Így idosebb, vagy beteg emberek is használha tják.

73. ábra

(47)

TDK DOLGOZAT 47 5.3.3 Motoros hajtású, kézi lejtoállítású, merev vázas futópad

74. ábra

Az 74. ábra olyan futógépet ábrázol, mely az elozo pontban említett csoporttól annyiban tér el, hogy a futófelület dolésszöge kézzel beállítható. Ezáltal a vízszin- tes futástól nagyobb nehézségu feladatok is megoldhatók. Azonban tartalmazza az elozoekben említett lehetoséget, hogy a sportolókon, és fiatal embereken kívül, idosebb, vagy beteg felhasználók is használhatják. Ez a megoldás merev vázzal rendelkezik, így használata fix telepítéssel, kondicionáló termekben javasolt.

75. ábra

(48)

TDK DOLGOZAT 48 5.3.4 Motoros hajtású, kézi lejtoállítású, csukható vázas futópad

76. ábra

A fenti képen látható modell nem rendelkezik kevesebb funkcióval, mint az 74.

ábra szerinti modell, de többletfunkcióként megjelenik az összecsukható váz, ez- által már nem csak edzotermi alkalmazásra, de otthoni használatra is alkalmas.

Összecsukott állapotban a mozgatást a vázra szerelt kerekek segítik.

77. ábra

(49)

TDK DOLGOZAT 49 5.3.5 Motoros hajtású, motoros lejtoállítású, merev vázas futópad

78. ábra

A futópadok felsokategóriás változatait azok a megoldások képezik, melyeknél a motoros szalaghajtáson kívül, a nehézségi fokot meghatározó lejtoszög is motoro- san állítható.

79. ábra

(50)

TDK DOLGOZAT 50 5.3.6 Motoros hajtású, motoros lejtoállítású, csukható vázas futópad

80. ábra

A már megvalósított futópadok tanulmányozása során a 80. ábra szerinti változa- tot találtam a legösszetettebbnek, melynek funkcióstruktúráját a 81. ábra szemlél- teti.

81. ábra

(51)

TDK DOLGOZAT 51

6 K

O N C E P C I O N Á L I S T E R V E K A U T O M A T I K U S L É T R E H O Z Á S A

Az elozo fejezetben bemutattam, hogy az egyedi funkciók ho gyan kapcsolódnak össze funkció struktúrákká és hogyan valósulnak meg kereskedelemben kapható szerkezetek esetében. Felvetodik a kérdés, hogy az 53. ábra szerinti funkciók, va- riálása, egymással való kombinálása során milyen további új megoldásokat kap- nánk. Ezzel összefüggésben olyan módszert kell keresni, mely a várható nagy- számú változat miatt számítógépre is adaptálható. Azt a végso célt tuztem ki, hogy a számítógépes módszer által létrehozott változatok ne funkcióstruktúra, hanem CAD számítógépes állomány formájában jelenjen meg.

Mivel az egyes változatokat CAD tervezorendszer segítségével kívántam összeha- sonlítani egymással, a munka elso fázisában ki kellett választani az a mérnöki tervezorendszert, melynek programozása a TDK feladathoz rendelkezésre álló ido alatt elsajátítható. Korábbi tanulmányaim során az AutoCAD, I-DEAS, és SolidEdge tervezorendszerekkel volt módom megismerkedni. Ezeket a programo- kat összehasonlítva arra jutottam, hogy a legegyszerubb CAD-programozási lehe- toség az elore definiált makrók (AutoCAD esetében script) futtatása. Mivel ezen makrók létrehozási módja az AutoCAD kézikönyvekben [22, 23, 24, 25] részlete- sen be van mutatva végül az AutoCAD alkalmazása mellett döntöttem.

A munka következo fázisában minden tervezett funkcióhoz konkrét méretekkel rendelkezo alkatrészt terveztem. Mivel az AutoCAD nem volt alkalmas olyan söpréssel kialakítható alkatrészek létrehozásához –mint a futópad szabadívu ka- paszkodója– végül a különféle AutoCAD programok közül a Mechanical Desktop 6.0 változatot használtam.

82. ábra

Csukló- és lejtoállítás- funkciókból funkció-összevonással kialakított komplex részegységek

(52)

TDK DOLGOZAT 52 Az alkatrészek tervezése során a funkció-összevonás elvét is alkalmaztam, mert az 53. ábra szerinti 16 db önálló funkció a várakozások szerint rendkívül nagy- számú funkcióstruktúrához veze tett volna. A számítógépes változat- generáláshoz nem készítettem elo olyan segédfunkciókat, amelyek gépészeti szempontból nem játszanak fontos szerepet (pl. orvos-diagnosztikai számítógép).

Minden funkcionális részegység CAD modelljét külön, a részegység nevével ellá- tott fólián hoztam létre az AutoCAD segítségével. Az egyes változatok megjelení- tésére a CAD-fóliák tulajdonságai közül a fóliák láthatóságának vezérlését használtam fel. Tehát, ha egy változatnál a benne szereplo részegységek fóliáit bekapcsoljuk, mialatt a többi fólia láthatatlan marad, akkor a CAD képernyon látszani fog az adott struktúra vázlattal jellemzett változat háromdimenziós CAD modellje (83. ábra).

83. ábra

A fóliavezérlo párbeszédablak és a bekapcsolt rétegeknek megfelelo CAD modell Az elobbiek szerint, tehát egy olyan programot kell kifejleszteni, mely ki-be kap- csolgatja az AutoCAD fóliákat az összes lehetséges kombinációban.

A fóliák vezérlésével eloállítható változatok száma az alábbiak szerint számítható:

V=2

^f

(1)

ahol:

V, a változatok száma,

f, a változatképzésben résztvevo fóliák (funkciók) száma

(53)

TDK DOLGOZAT 53 A következo fejezetben ismertetésre kerülo „Bináris struktúra-generáló prog- ram”, és az erre épülo módszer az (1) egyenle t alapján kapta a nevét. Komoly problémát okoz, hogy az elvi változatok száma ketto hatványai szerint növekszik, emiatt eloáll a kombinatorikus robbanásnak nevezett helyzet. A kombinatorikus robbanás nem matematikai értelemben jelent végtelen nagy darabszámot, hanem az emberi áttekinto képesség határát haladja meg a változatok száma.

Ezt a helyzetet két módon igyekeztem kezelni: egyrészt a variálható fóliák számát maximálisan 12 darabra korlátoztam (maximálisan: 2¹²=4096 változat lehetsé- ges), másrészt a programot alkalmassá kell tenni arra, hogy a keletkezo változatok közül a program automatikusan kizárja a javíthatatlan, elvileg is rossz változato- kat (pl.: a struktúrában nem szerepel futószalag). Az elképzelt struktúrageneráló programnak a 84. ábra szerinti folyamatábrával jellemzett feladatot kell teljesíteni.

84. ábra

Fóliavezérlésen alapuló változatgeneráló módszer folyamata

(54)

TDK DOLGOZAT 54

7 B

I N Á R I S S T R U K T Ú R A

-

G E N E R Á L Ó P R O G R A M

A módszeres géptervezés elozoekben ismertetett elvi alapjainak felhasználásával, a Visual Basic.NET segítségével egy olyan programot készítettem, mely a szobai futógép megadott funkcióinak felhasználásával az összes lehetséges elvi mego l- dást legenerálja és AutoDesk Mechanical Desktop 6.0 segítségével ezeket a lehet- séges megoldásokat CAD környezetben, automatikusan felépíti. A program elore definiált alkatrész-funkciók segítségével készíti el az utasítás listát a Mechanical Desktop számára, mely lista egyetlen parancs beírásával betöltheto és futtatható.

A program jelenlegi verziója maximum 12 darab funkció teljes kombinációját képes elvégezni. A címben szereplo „bináris” jelzo arra utal, hogy a program AutoCAD rétegek ki-be kapcsolásával fogja megjeleníteni az egyes változatokat.

85. ábra

A Bináris struktúra-generáló program felhasználói felülete

(55)

TDK DOLGOZAT 55 7.1 A bináris struktúra-generáló program felhasználó felületének el emei

A program felhasználói felületét a Visual Basic.NET elore definiált objektumai- nak segítségével építettem fel, így a programablak a következo részekre bontható:

− Ablak objektum

− Fomenü objektum

− Eszköztár objektum, nyomógomb gyujteménnyel

− Csoport doboz objektum

− Képdoboz objektum

− Szövegdoboz objektum

− Nyomógomb objektum

− Címke objektum

A felhasználó számára rejtve, a program további ilyen ablakalkotó elemeket tartalmaz, melyek a következok:

− Image- lista objektum

− Fájldialógus nyitó panel

− Fájldialógus mento panel

86. ábra

A program vezérlo moduljának képernyoterve

A látható ablakalkotó elemek közül a fomenü elemei koordinálják a program mu- ködését. Tizenhárom eleme tizenhárom különbözo feladatot lát el, melyek termé-

(56)

TDK DOLGOZAT 56 szetesen függnek egymástól. Az eszköztár elemei ugyanazokat a feladatokat hajt- ják végre, melyeket a hozzájuk tartozó menüelemek.

A Rétegrend az a csoportdoboz, ahol tizenkét darab képdoboz, szövegdoboz, il- letve nyomógomb áll rendelkezésre. Itt lehet beállítani a nyomógomb lenyomásá- val felbukkanó fájldialógus ablak segítségével, hogy melyik képdoboz milyen képet tartalmazzon. A szövegdobozok automatikusan a felettük beállított képek nevét jeleníti meg. A Változatok száma címu csoportdoboz két darab címkét, két darab szövegdobozt, és egy nyomógombot tartalmaz. A struktúra generálás után itt jelenik meg a beállított projekt alapján képezheto helyes mego ldások száma. A Törlés nyomógombbal a csoportdobozon belül található szövegdobozok tartalma kitörölheto.

7.2 A bináris struktúra-generáló program fomenüje

A fomenüben 13 darab menüelem található, melyek közül az elso a Projekt muv e- letek címet viseli. Ide tartoznak a fomenü azon elemei, melyek az alkatrész- funkciók betöltésével, illetve mentésével kapcsolatosak.

87. ábra

Menüpontok–Projekt muveletek

A Létezo projekt betöltése menüponttal már korábban mentett projektet lehet be- tölteni, illetve egy korábbi projekt változtatása esetén, a Projekt mentése menü-

(57)

TDK DOLGOZAT 57 ponttal az újabb változat elmentheto. A Törlés menüpont használata a beállított projekt teljes törlését eredményezi.

88. ábra

Menüpontok–Változatok generálása

A Változatok generálása menüpont alatt lévo Start menüelem megnyomásával indul el az a ciklus, melyen a szurofeltételeket végigfuttatva a program megtalálja az elvileg jó megoldásokat. Ha a generálás befejezodött, akkor jelenik meg az alsó csoportdobozban a jó megoldások száma. A fomenü ezen elemeinek csoportjában lehetoség van a változatok megtekintésére, mentésére, valamint a Szurofeltételek egyéni beállítására is.

(58)

A szurofeltételek beállítása

90. ábra

A változatok megtekintése

A fomenü harmadik csoportja a Programinfo, a Help, valamint a program Vége menüpontokat foglalja magába. A Programinfo menüpont kiválasztásával a 92.

ábra szerinti ablak jelenik meg.

(59)

Menüpontok–Program

92. ábra Programinfo

(60)

TDK DOLGOZAT 60 7.3 A bináris struktúra-generáló program által létrehozott muködo-

képes megoldások

93. ábra 94. ábra

A 93. ábra 94. ábra szerinti változatok a következo funkcióelemekkel rendelkeznek:

− Keret

− Kapaszkodó (kapasz1)

− Lejtoállítás + csukló

− Váz

− Futószalag

− Fix hátsóláb

A 94. ábra szerinti változat csak annyiban tér el a másiktól, hogy ez az összeállítás féket is tartalmaz.

95. ábra 96. ábra