Er zijn verschillende mogelijkheden om de energie van fitnessapparaten af te tappen.
In Gloei! is gewerkt met crosstrainers 95xi van FitLife.

randvoorwaarden
De apparaten bevatten een beeldscherm dat relevante informatie doorgeeft aan de gebruiker. Het aftappen van de energie mag niet leiden tot veranderde data voor de gebruiker. Daarnaast mag niet alle stroom afgetapt worden omdat er een reststroom nodig is om het intern geheugen in de beeldschermen van voeding te kunnen blijven voorzien.
Een crosstrainer moet onbelast kunnen opstarten.

werking van de crosstrainer
Een actieve crosstrainer genereert spanning d.m.v. een interne generator.
 Deze generator kan maximaal 240 watt opwekken. 
Een groot deel van het opgewekte vermogen wordt in de trainer omgezet in warmte d.m.v. weerstanden.
 De regeling van deze weerstanden bepaalt de inspanning van de sporter.
 Een klein deel van de opgewekte spanning wordt ingezet om de bestaande elektronica van de trainer te voeden.

afname stroom voor Gloei!
De generator wekt een spanning op van ca. 9,5 volt.
 Van de generator van 12 trainers wordt ca. 20 watt vermogen permanent afgetapt.

Zodra er spanning geleverd wordt, koppelt een relais de trainer aan de ingang van een converter, waarvan er 4 zijn geplaatst.
De opbouw van de gebruikte converter wordt weergegeven in documentatie van Multicomp.

Met behulp van diodes wordt de spanning van de 12 trainers nog voor de converters gekoppeld en één richting opgestuurd, zodat onderling beïnvloeding uitgesloten is.

Middels de converter wordt de 9,5 volt in een spanning van 24 volt omgezet. Dit levert 12 x 20 watt = 240 watt vermogen op.

De uitgang van de converter levert de bruikbare spanning voor de ledverlichting. De ledverlichting brandt bij inzet van 1 trainer op een vermogen van ca. 8 % (=ca. 20 watt). 
Elke extra trainer die bijgeschakeld wordt laat de verlichting ca 8 % feller branden.

Om dit te regelen wordt gebruikt gemaakt van een dimmer met een 1 tot 10 volt regeling.
 Het opstartrelais van elke bijgeschakelde trainer stuurt middels een weerstandbrug de dimmer aan, waardoor een evenredig deel van het gewenste vermogen geleverd wordt.
 In 12 stappen wordt zo een vermogen geleverd van ca. 190 watt voor de verlichting.

 Per trainer wordt ca. 20 watt afgenomen. Voor de verlichting wordt ca. 16 watt gebruikt. De overige 4 watt wordt gebruikt om twee in serie geplaatste lithium-ion-polymer-accu’s van 10,8 volt 4,4 ah, te laden. 
Deze accu’s leveren het vermogen om de verlichting te laten “nagloeien” op een stand van ca 20 %, nadat de inzet van de trainers is gestopt.

Het gebruikte vermogen voor Gloei! is slechts een klein deel van het door de trainers opgewekte vermogen.
 Dit houdt verband met de eis dat het besturingssysteem van de crosstrainers niet aangepast mag worden i.v.m. uitwisselbaarheid.
 Als deze eis vervalt kan, i.p.v. “affakkelen” van energie in de vorm van warmte, veel meer vermogen worden afgetapt.

Ter indicatie: in dat geval kan tot bijna 3 kw vermogen worden geleverd bij maximale inzet van alle 12 trainers. Een eenvoudige toepassing van deze energie kan bijvoorbeeld gevonden worden in vervanging van de gebruikte weerstanden door een verwarmingselement die het douchewater voorverwarmt.

Hieronder een schema van de elektra zoals toegepast in Gloei!:

De 12 Fitness apparaten van Fit4Less die gebruikt worden voor het project Gloei! zijn allen verbonden met kabels via een kabelgoot.
 De kabels zijn aangesloten via de transformator aan de achterzijde. De bekabeling is afzonderlijk gezekerd en er is een aardekabel voor elk apparaat gelegd.

In samenwerking met FabLab Amsterdam is aanvankelijk een andere methode onderzocht waarbij de DC-elektromotor van de crosstrainer wordt afgeremd door het inschakelen van een vermogensweerstand. De motor van de crosstrainers wordt zowel gebruikt om stroom op te wekken voor eigen gebruik als om af te remmen.

Doordat de stroom (gedoseerd door de weerstand) terug de motor in loopt gaat deze zichzelf tegenwerken en wordt de gebruiker afgeremd.
 De hoeveelheid weerstand bepaalt de afremming, maar omdat de vermogens-weerstand niet gevarieerd kan worden wordt deze heel snel achter elkaar heel kort ingeschakeld.
Dit heet PWM (pulse width modulation).
Elke keer dat de Weerstand ingeschakeld wordt gaat er een grote stroom lopen. (10 Volt / 0,375 Ohm = 27 Ampere! )
Het plan was om in te haken op dit ‘affakkelen’ van energie:

De Energieaftapper bestaat uit de volgende onderdelen:

Hardware

Dit bordje is geproduceerd en getest in het Fablab. Het bevat een set van 8 dip-switches:

1. laatste unit in de RS485 keten
2. ID bit 0
3. ID bit 1
4. ID bit 2
5. ID bit 3
6. ID bit 4
7. ID bit 5
8. nc

Software

De Software bevat de volgende onderdelen:

• Timer
• Communicatie
• Externe Input (vermogens weerstand bemeting)

De timer klokt per 4 microseconden. Het is dus nodig om het verkregen resultaat x4 te doen.

Zodra de Vermogens-weerstand ingeschakeld wordt, wordt de huidige stand van de timer opgenomen.

Zodra de Vermogens-weerstand uitgeschakeld wordt, wordt de tijdsduur van de activiteit bepaald aan de hand van de opgeslagen timer-waarde en de huidige stand van de timer.

Zodra de microcontroller het ID ontvangt dat ingesteld is op de dip-switches (posities 2-7) verstuurt deze:

	tijd weerstand actief 4x hexadecimaal		sessie tijd 4x hexadecimaal
‘t’	XXXX	‘,’	XXXX	‘/n/r’

 

NB toelichting uiteindelijke werkwijze:
Volgens de uitvoerder van Gloei! (Aannemingsbedrijf Boonzaaijer BV, Loosdrecht) is de door Fablab onderzochte methode alleen uitvoerbaar bij een zeer gering vermogen d.w.z. wanneer weinig lichtopbrengst nodig is.
Daarnaast zou relatief veel gesleuteld moeten worden aan de apparaten, waardoor deze bij vervanging lastiger inwisselbaar zijn. Ook is een aanpassing nodig van de Taiwanese programmatuur van de apparaten.
Om op 24 Volt uit te komen (vereist voor de toegepaste Led-strips en schakelapparatuur) werd door Fablab uitgegaan van een zelf te bouwen omvormer op basis van voltage-doublers. Daarmee kom je niet precies uit op 24 Volt en zou het interne laadsysteem beschadigd kunnen raken.
Gewerkt is nu met een bestaande converter (Multicomp) die grote piekspanningen aan kan en een gestabiliseerde 24 Volt uitgang heeft. Met deze spanningsomvormer is het schakelschema (zie boven) bovendien eenvoudiger geworden.

 

Gloei! is een initiatief van Annet Bult en Michiel Huijsman en is uitgevoerd door WISEGUYS Urban Art Projects. Met dank aan de ondersteuning van: Stichting Doen, Mondriaanfonds, AFK, Fit4less en Wally Openbaar Kunstlicht.