AT526418A4 - Seilrolleneinheit für ein trainingsgerät - Google Patents

Abstract

Seilrolleneinheit (1) für ein Trainingsgerät (2), bei welchem eine einer Masse (m) entsprechende Last mittels eines Seils (3) durch einen Benutzer bewegbar ist, die Seilrolleneinheit umfassend eine Seilrolle (8) zur Umlenkung des Seils, wobei die Seilrolle an einem Lagerbolzen (11) um eine Drehachse (9) drehbar gelagert ist und wobei zumindest ein Kraftsensor zur Bestimmung einer quer, vorzugsweise normal, zur Drehachse auf die Seilrolle wirkenden Kraft (F) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine mit der Seilrolle drehfest verbundene Magnetscheibe (10) vorgesehen ist, die sich in einer normal auf die Drehachse stehenden Normalebene erstreckt und zumindest ein Magnetpolpaar mit jeweils einem magnetischen Nordpol (N) und einem magnetischen Südpol (S), die in der Normalebene angeordnet sind, aufweist, und dass zumindest ein Magnetfeldsensor (16) zur Detektion des an seiner Position durch das mindestens eine Magnetpolpaar erzeugten Magnetfelds vorgesehen ist, um bezogen auf die Drehachse eine Drehwinkelposition der Seilrolle zu bestimmen.

Description

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S1m/500380AT

SEILROLLENEINHEIT FÜR EIN TRAININGSGERÄT

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Seilrolleneinheit für ein Trainingsgerät, bei welchem eine einer Masse entsprechende Last mittels eines Seils durch einen Benutzer bewegbar ist, die Seilrolleneinheit umfassend eine Seilrolle zur Umlenkung des Seils, wobei die Seilrolle an einem Lagerbolzen um eine Drehachse drehbar gelagert ist und wobei zumindest ein Kraftsensor zur Bestimmung einer quer, vorzugsweise normal, zur Drehachse auf die Seilrolle wirkenden Kraft vorgesehen

ist.

STAND DER TECHNIK

Aus der DE 3822028 Al ist eine Vorrichtung zur Erfassung, Übertragung und Weiterverarbeitung von Leistungsdaten an Trainings-, Gymnastik- und Therapiegeräten bekannt, bei denen typischerweise Gewichte über ein Seil von einem Benutzer bewegt werden. Hierbei wird die Kraft mittels Dehnmessstreifen, welche in einer feststehenden Hohlwelle einer Seilumlenkrolle angeordnet sein können, bestimmt, wobei das Signal der Dehnmessstreifen außerdem zur Zeiterfassung verwendet werden kann. Eine Wegerfassung erfolgt insbesondere indirekt über eine ebenfalls an der Umlenkrolle installierte,

induktiv arbeitende Impulsscheibe.

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Diese Lösung weist eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen ist die Datenqualität in der Regel nicht besonders hoch. Insbesondere ist die induktive Bestimmung des Wegs, über den der Benutzer die Masse bewegt hat, nur eingeschränkt genau, da die Voraussetzung für die Erzeugung einer Induktionsspannung die Bewegung der Last ist. Bei langsamer Bewegung kommt es

entsprechend zu unvermeidbaren Fehlern.

Weiters ist aus der Kraftmessung alleine eine zuverlässige Bestimmung der Last bzw. der vom Benutzer bewegten Masse tatsächlich nicht oder nur ungenau möglich. Beispielsweise wird das Ergebnis durch unterschiedlich schnell, genauer mit unterschiedlich großen Beschleunigungen, durchgeführte Wiederholungen, verfälscht. Die genaue Bestimmung der Last ist Jedoch für eine wirklich genaue Trainingsauswertung bzw. Trainingssteuerung unabdingbar, zumal die genaue Kenntnis der Last die Basis für weiterführende Auswertungen ist. Dieses Problem ist keineswegs ausschließlich für den Spitzensport relevant, sondern tritt auch im Amateur- bzw. Hobbybereich verstärkt auf, wo es immer häufiger vorkommt, dass der Jeweilige Benutzer die am Trainingsgerät vorhandene bzw. eingestellte Last selbst nicht kontrolliert, sondern sich auf eine entsprechende Auswertung gemessener Parameter verlässt,

welche ihm z.B. auf seinem Smartphone angezeigt wird.

Die mangelhafte Datenqualität erlaubt es auch nicht, Parameter, bei denen, insbesondere mehrfache, zeitliche Ableitungen gebildet werden müssen, zuverlässig zu bestimmen. Ein Beispiel für solche Parameter ist die Kraftproduktionsrate. Aber auch Parameter, bei denen eine Integration erfolgt, sind nicht unproblematisch, da auch die Integration mit Integrationsfehlern behaftet ist. Ein Beispiel hierfür wäre die Bestimmung des zurückgelegten Weges durch Integration einer, insbesondere induktiv, gemessenen

Geschwindigkeit.

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AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung von Trainingsdaten zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile vermeidet. Dabei soll die Vorrichtung insbesondere an möglichst jedem Trainingsgerät, bei welchem eine einer Masse entsprechende Last mittels eines Seils durch einen Benutzer bewegbar ist, auch nachträglich einfach, rasch und problemlos einbaubar

sein.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird bei einer Seilrolleneinheit für ein Trainingsgerät, bei welchem eine einer Masse entsprechende Last mittels eines Seils durch einen Benutzer bewegbar ist, die Seilrolleneinheit umfassend eine Seilrolle zur Umlenkung des Seils, wobei die Seilrolle an einem Lagerbolzen um eine Drehachse drehbar gelagert ist und wobei zumindest ein Kraftsensor zur Bestimmung einer quer, vorzugsweise normal, zur Drehachse auf die Seilrolle wirkenden Kraft vorgesehen ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine mit der Seilrolle drehfest verbundene Magnetscheibe vorgesehen ist, die sich in einer normal auf die Drehachse stehenden Normalebene erstreckt und zumindest ein Magnetpolpaar mit Jeweils einem magnetischen Nordpol und einem magnetischen Südpol, die in der Normalebene angeordnet sind, aufweist, und dass zumindest ein Magnetfeldsensor zur Detektion des an seiner Position durch das mindestens eine Magnetpolpaar erzeugten Magnetfelds vorgesehen ist, um bezogen auf die

Drehachse eine Drehwinkelposition der Seilrolle zu bestimmen.

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Die Seilrolleneinheit kann leicht - auch nachträglich - in praktisch jedes solche Trainingsgerät eingebaut werden, wobei das Seil über die Seilrolleneinheit bzw. die Seilrolle

umgelenkt wird.

Letztlich wirkt die Last wie eine Masse im Schwerefeld der Erde, die eine entsprechende Gewichtskraft erzeugt, gegen die das Seil durch den Benutzer bewegt werden kann/muss. Diese Bewegung entspricht wiederum einer Bewegung der Last bzw. der Masse im Schwerefeld, wobei diese nicht notwendigerweise exakt parallel - unter „parallel“ ist hier und im Folgenden stets auch antiparallel zu verstehen, sofern nicht anderes angegeben ist - zur Schwerkraftrichtung erfolgen muss, sondern z.B. auch schräg zur Schwerkraftrichtung denkbar ist. Entsprechend wirkt auf das Seil, wenn dieses vom Benutzer gegen die Last bewegt wird, eine Kraft, die proportional zur Masse ist, da die Kraft im Wesentlichen das Produkt aus der Masse und der Summe der Erdbeschleunigung sowie der vom Benutzer aufgebrachten Beschleunigung ist. Diese Kraft könnte man auch als „Seilkraft“ bezeichnen und wird mit dem mindestens einen Kraftsensor bestimmt bzw. gemessen, wobei die genannte Kraft natürlich nicht nur auf die Seilrolle wirkt, sondern auch auf den Lagerbolzen. Typischerweise ist zumindest ein Griff am Seil für den Benutzer angebracht. Das Seil inkl. Griff hat selbst zwar auch eine Masse, diese ist aber typischerweise im Vergleich zur Last in der Regel vernachlässigbar bzw. trägt zur Last üblicherweise nur einen vernachlässigbaren Betrag

bei.

Indem die Magnetscheibe drehfest bzw. starr mit der Seilrolle verbunden ist, ist sichergestellt, dass jede Drehung der Seilrolle detektiert werden kann. Durch die Bestimmung des Magnetfelds wiederum kann die Drehwinkelposition der Magnetscheibe bzw. Seilrolle unabhängig von einer Drehgeschwindigkeit der Magnetscheibe bzw. Seilrolle präzise

bestimmt werden. Da der Radius der Seilrolle bekannt ist, kann

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entsprechend zu Jedem Zeitpunkt exakt eine „lineare“ oder „tangentiale“ Position bzw. eine Position des mittels der Seilrolleneinheit umgelenkten Seils des Trainingsgeräts bestimmt werden. Rechnerisch, insbesondere durch zeitliche Ableitung oder mittels Filter-Algorithmen, wie sie weiter unten näher erläutert sind, kann eine Drehwinkelgeschwindigkeit sowie eine lineare oder tangentiale Geschwindigkeit bzw. eine Geschwindigkeit des mittels der Seilrolleneinheit umgelenkten Seils des Trainingsgeräts bestimmt werden. Rechnerisch, insbesondere durch eine weitere zeitliche Ableitung oder mittels Filter-Algorithmen, wie sie weiter unten näher erläutert sind, kann eine Drehwinkelbeschleunigung sowie eine lineare oder tangentiale Beschleunigung bzw. eine Beschleunigung des mittels der Seilrolleneinheit umgelenkten Seils des Trainingsgeräts bestimmt werden. Selbstverständlich ist auch die rechnerische Bestimmung von Größen möglich, die noch höheren zeitlichen

Ableitungen entsprechen, wobei analoges gilt.

Diese Bestimmungen sowie die rechnerische Ermittlung weiterer

interessierender Größen können praktisch in Echtzeit erfolgen.

Bei der Bestimmung des Magnetfelds kann der jeweilige Magnetfeldsensor die magnetische Feldstärke und/oder die

magnetische Flussdichte bestimmen.

Die Magnetscheibe kann in der Normalebene einen Querschnitt mit einem kreisförmigen Rand aufweisen, wobei das Kreiszentrum mit der Drehachse zusammenfällt und wobei die Kreissymmetrie vorteilhaft im Hinblick auf ein ungestörtes Drehen der

Seilrolle bzw. der Magnetscheibe um die Drehachse ist.

Insbesondere kann die Magnetscheibe in der Normalebene einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen, um eine Durchführung des Lagerbolzens durch die Magnetscheibe bzw. die Seilrolle zu

ermöglichen.

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In einer umfänglichen Richtung rund um die Drehachse betrachtet ergibt sich entsprechend zumindest eine Abfolge des magnetischen Südpols auf den magnetischen Nordpol bzw.

umgekehrt.

Um eine besonders kompakte Anordnung zu realisieren, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seilrolleneinheit vorgesehen, dass im Lagerbolzen zumindest ein quer, vorzugsweise normal, zur Drehachse verlaufendes Querloch vorgesehen ist, in welchem zumindest ein Dehnmessstreifen, der vorzugsweise als Dünnfilmdehnmessstreifen ausgeführt ist, angeordnet ist. Die quer zur Drehachse wirkende Kraft hat eine Durchbiegung des Lagerbolzens zur Folge, die mit dem mindestens einen Dehnmessstreifen detektiert wird. Der mindestens eine Dehnmessstreifen fungiert somit als der zumindest eine Kraftsensor. Beim mindestens einen Querloch kann es sich um

ein Sackloch oder um ein durchgängiges Loch handeln.

Bei mehreren, insbesondere zwei, Dehnmessstreifen, die in mehreren, insbesondere zwei, Querlöchern angeordnet sind, sind die Dehnmessstreifen typischerweise miteinander elektrisch verschaltet - etwa in einer Brückenschaltung -, um die

Messgenauigkeit zu erhöhen.

Derlei Lagerbolzen sind an sich bekannt und käuflich

erhältlich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seilrolleneinheit ist vorgesehen, dass der Lagerbolzen einen sich zumindest abschnittsweise entlang der Drehachse erstreckenden Hohlraum aufweist, in dem zumindest ein Kabel angeordnet ist. Die Kompaktheit der Anordnung wird hierdurch

weiter gesteigert.

Der Hohlraum kann sich auch durch den gesamten Lagerbolzen

erstrecken.

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Das Kabel kann zur Energieversorgung des zumindest einen Kraftsensors, insbesondere Dehnmessstreifens, und/oder des zumindest einen Magnetfeldsensors dienen und/oder zur Datenübertragung vom zumindest einen Kraftsensor, insbesondere Dehnmessstreifen, und/oder vom zumindest einen Magnetfeldsensor. Entsprechend kann das zumindest eine Kabel einen oder mehrere ummantelte elektrische Leiter umfassen, wobei die Ummantelung elektrisch isolierend ist und typischerweise aus Kunststoff besteht. Prinzipiell wäre es aber auch denkbar, dass das zumindest eine Kabel einen oder

mehrere, insbesondere glasfaserbasierte, Lichtleiter umfasst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seilrolleneinheit ist vorgesehen, dass die Magnetscheibe mehrere, insbesondere zwei, Magnetpolpaare aufweist. In einer umfänglichen Richtung rund um die Drehachse betrachtet ergibt sich typischerweise eine Abfolge der Magnetpolpaare, sodass Jeweils ein magnetischer Nordpol auf einen magnetischen Südpol folgt bzw. umgekehrt. Die Genauigkeit der Bestimmung der Drehwinkelposition - aber auch der Drehwinkelgeschwindigkeit sowie der Drehwinkelbeschleunigung - lässt sich hierdurch weiter steigern, wobei sich die durch die erhöhte Anzahl der Magnetpolpaare typischerweise ergebende Magnetfeldperiodizität vorteilhaft auswirkt. In der Praxis erweisen sich zwei Magnetpolpaare als ein besonders guter Kompromiss zwischen der

erzielbaren Genauigkeit und den Herstellungskosten.

Um das Magnetfeld möglichst genau messen zu können, ohne dass dieses durch den verwendeten Magnetfeldsensor beeinflusst wird, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seilrolleneinheit vorgesehen, dass der zumindest eine Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor ist. Zudem kann der Aufbau mit solchen Sensoren sehr kompakt gehalten werden. Hall-Sensoren sind an sich - aus gänzlich anderen

Bereichen der Technik, insbesondere der Automobilindustrie -

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bekannt, vgl. etwa https://de.wikipedia.org/wiki/Hall-Sensor,

und kommerziell verfügbar.

Um den Aufbau im Hinblick auf die Anordnung des zumindest einen Magnetfeldsensors besonders kompakt gestalten zu können, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seilrolleneinheit vorgesehen, dass der zumindest eine Magnetfeldsensor auf einer im Wesentlichen Uoder C-förmigen Platine angeordnet ist, welche die Drehachse abschnittsweise umgibt und der Magnetscheibe gegenüberliegend angeordnet ist. Dabei kann der zumindest eine Magnetfeldsensor auf der der Magnetscheibe zugewandten Seit der Platine angeordnet sein. Bei dem zumindest einen Magnetfeldsensor kann es sich dabei, wie bereits erwähnt, um einen Hall-Sensor

handeln.

Um die Genauigkeit der Bestimmung der Drehwinkelposition aber auch der Drehwinkelgeschwindigkeit sowie der Drehwinkelbeschleunigung - noch weiter zu steigern, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seilrolleneinheit vorgesehen, dass mehrere Magnetfeldsensoren vorgesehen sind. Kleinste Änderungen des Magnetfelds aufgrund einer Drehung der Seilrolle werden somit an unterschiedlichen Positionen gleichzeitig registriert, was die genannte

Bestimmungsgenauigkeit erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seilrolleneinheit ist vorgesehen, dass die Seilrolle zwischen zwei lösbar verbundenen Gehäusedeckeln angeordnet ist, wobei die Gehäusedeckel entlang der Drehachse gesehen hintereinander angeordnet sind und zumindest eine Gehäuseausnehmung zur Durchführung des Seils aufweisen. Entsprechend ist die Seilrolle durch die Gehäusedeckel weitestgehend geschützt vor äußeren Einflüssen, wobei die Umlenkung des Seils bzw. das Laufen des Seils über die Seilrolle aufgrund der zumindest

einen Gehäuseausnehmung nicht behindert wird. Vorzugsweise ist

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an jedem Gehäusedeckel zumindest eine Gehäuseausnehmung

vorgesehen.

Indem die Gehäusedeckel voneinander gelöst werden, kann das Seil bequem um die Seilrolle herum geführt werden, was eine einfache Einbindung der Seilrolleneinheit in bestehende

Trainingsgeräte ermöglicht.

Weiters erlauben die Gehäusedeckel die bequeme Anordnung von Mitteln - z.B. Haken oder Ösen -, um die Seilrolleneinheit bequem an das jeweilige Trainingsgerät anzubinden. Grundsätzlich kann die Anbindung aber auch nicht am Gehäuse bzw. an den Gehäusedeckeln, sondern z.B. am Lagerbolzen

vorgenommen werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seilrolleneinheit ist vorgesehen, dass die Platine zwischen der Seilrolle und einem der Gehäusedeckel angeordnet ist, wobei die Platine an diesem Gehäusedeckel, insbesondere lösbar, befestigt ist. Bzw. ist die Platine zwischen der Magnetscheibe und diesem Gehäusedeckel angeordnet. Die Platine mit den darauf angeordneten Bauteilen, insbesondere mit dem mindestens einen Magnetfeldsensor, kann durch diese Anordnung optimal vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Weiters bietet der jeweilige Gehäusedeckel eine stabile Basis für zumindest einen, insbesondere sockelförmigen, Platinenhalter, mit dem die Platine z.B. verschraubt sein kann, um die lösbare Befestigung am Gehäusedeckel zu verwirklichen. Natürlich sind auch andere lösbare Befestigungsarten denkbar, beispielsweise ein

Verrasten.

Erfindungsgemäß ist ein System umfassend eine erfindungsgemäße Seilrolleneinheit vorgesehen, welches außerdem eine Auswerteeinheit umfasst, die signaltechnisch mit der Seilrolleneinheit verbunden und/oder in die Seilrolleneinheit

integriert ist, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet

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ist, mittels des zumindest einen Kraftsensors und des zumindest einen Magnetfeldsensors ermittelte Daten mittels Sensordatenfusion zu fusionieren, um zumindest die Masse zu bestimmen und/oder eine Datenqualitätsverbesserung zu erzielen,

und wobei die Auswerteeinheit vorzugsweise durch einen oder mehrere Computer in einem Netzwerk oder durch einen tragbaren Computer, insbesondere durch ein Smartphone, des Benutzers

ausgebildet ist.

Die signaltechnische Verbindung kann insbesondere via Kabel oder kabellos verwirklicht sein. Dabei kann die kabellose signaltechnische Verbindung in an sich bekannter Weise erfolgen, etwa über WLAN und/oder Bluetooth und/oder Near

Field Communication.

Mittels der Sensordatenfusion werden mindestens zwei gemessene Datenarten, nämlich Kraftdaten und Positionsdaten bzw. die davon zeitlich abgeleiteten Bewegungsdaten, insbesondere Geschwindigkeit und Beschleunigung, miteinander verknüpft, wodurch die Datenqualität verbessert wird. Letzteres ist auch dann gegeben, wenn die Masse von vornherein genau bekannt ist und nicht bestimmt werden muss, und ist die Sensordatenfusion

somit auch in diesem Fall sinnvoll.

Aus der gemessenen Kraft bzw. Seilkraft alleine lässt sich nicht exakt die Last bzw. Masse ermitteln. Insbesondere hängt die Kraft von der oben bereits erwähnten Beschleunigung, die der Benutzer bei der Bewegung des Seils bzw. der Last erzeugt, ab. Zudem variiert die Beschleunigung typischerweise während einer Wiederholung der Bewegung, sodass sich bei mehreren Wiederholungen typischerweise ein im Wesentlichen periodischer Kraftverlauf über die Zeit ergibt. Der Beschleunigungs- bzw. Kraftverlauf kann zudem aber auch entsprechend unterschiedlich zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Wiederholungen

verlaufen.

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Die Bestimmung der Positionsdaten bzw. der n-ten zeitlichen Ableitung der Positionsdaten erlaubt eine Sensordatenfusion mit den bestimmten Kraftdaten zur genauen Bestimmung der Masse und/oder zur Steigerung der Datenqualität, wobei letzteres die Entfernung oder zumindest Reduktion eines Bias, von Rauschen

oder von „Ausreißern“ etc. umfasst.

Grundsätzlich ist eine Vielzahl von Methoden für die Sensordatenfusion an sich bekannt, vgl. z.B. Wikipedia unter

https://de.wikipedia.org/wiki/Sensordatenfusion, insbesondere

Klassifikationsverfahren, stochastische Verfahren, KalmanFilter, Fuzzy-Logik, logische Verknüpfungen oder auf Regeln basierende Verfahren. In Anbetracht der zunehmenden Bedeutung von Verfahren basierend auf künstlicher Intelligenz (AI) ist natürlich auch der Einsatz von AI bei der Sensordatenfusion denkbar. Entsprechend kann die Sensordatenfusion auch im Falle des erfindungsgemäßen Systems mit einer oder gg£. natürlich auch mit mehreren dieser Methoden durchgeführt werden. In Jedem Fall wird hierdurch eine bessere bzw. genauere Bestimmung der Masse erreicht, als es durch die Auswertung

separater Daten möglich ist.

Beim Netzwerk kann es sich insbesondere um das Internet

handeln.

Die mehreren Computern können insbesondere in Form von Cloud

Computing zur Verfügung gestellt werden.

Eine für den Benutzer besonders bequeme Lösung stellt die Verwendung seines Smartphones dar, wenn dieses die Auswerteeinheit ausbildet, wobei eine entsprechende Software in Form einer App auf dem Smartphone zur Auswertung verwendet

werden kann.

Aufgrund der heutzutage zur Verfügung stehenden Rechenleistung

kann eine Auswertung in Echtzeit problemlos erzielt werden,

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selbst wenn die Auswerteeinheit durch das Smartphone des

Benutzers ausgebildet ist.

Theoretisch kann die Auswerteeinheit auch durch einen kleinen Computer ausgebildet sein, der an der Seilrolleneinheit angeordnet oder in die Seilrolleneinheit integriert ist. Insbesondere kann die Auswerteeinheit dabei durch eine Chipanordnung auf der Platine ausgebildet sein. Selbstverständlich ist auch in diesem Fall eine Auswertung der

Daten in Echtzeit gewährleistet.

Auch wenn das Smartphone des Benutzers die Auswerteeinheit nicht ausbildet, kann das Smartphone Verwendung finden, etwa um die mit der Auswerteeinheit ausgewerteten Daten weiter zu verarbeiten, beispielsweise indem die Daten aus bewegungs- und sportwissenschaftlicher Sicht mittels einer Software bzw. App interpretiert werden. Weiters können graphische Darstellungen der Daten oder der Ergebnisse der Weiterverarbeitung am Smartphone erfolgen. Analoges gilt für die mögliche Verwendung externer Computer, insbesondere von Cloud Computing, wenn die

Auswerteeinheit in die Seilrolleneinheit integriert ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die Daten mittels eines Kalman-Filters oder

eines erweiterten Kalman-Filters zu fusionieren.

Ein Vorteil des Einsatzes dieser Filter liegt in der wohlbekannten Funktionsweise, da diese Filter in der Praxis heute einen Standard z.B. auf dem Gebiet von Navigationssystemen und GPS darstellen. Ein weiteres Beispiel für die Anwendung dieser Filter findet sich heutzutage in praktisch jedem Smartphone und ist die Fusion von Daten von Gyrosensoren und Beschleunigungssensoren sowie optional Magnetometern und optional eines Barometers zur Bestimmung von

Bewegungen des Smartphones.

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Mit dem jeweiligen Filter wird das jeweilige System zu einem Zeitpunkt bzw. Zeitschritt k durch einen Zustandsvektor Xx beschrieben, der sehr flexibel aufgebaut werden kann. Beobachtet bzw. gemessen wird ein „Messwertevektor“ Zx, wobei die Messwerte durch Messrauschen und Messfehler, verursacht durch deterministische Störungen und stochastische Prozesse, gestört sind. Im Zustandsvektor Xx können sich die durch den Jeweiligen Filteralgorithmus „gefilterten“ Messwerte befinden und/oder direkt oder indirekt davon über die Physik abhängige Werte. Dabei werden die stochastischen Zusammenhänge der Messwerte und deren Störungen berücksichtigt, indem diese über eine Kovarianzmatrix x und ein Prozessrauschen einfließen. Mittels der genannten Filter wird Xx schrittweise immer besser angenähert bzw. geschätzt, indem die vorangegangene Schätzung mit aktuellen Messwerten unter Zuhilfenahme der Kovarianzmatrix Qx der Fehler von Xx% kombiniert wird. Zur exakten Funktionsweise des Kalman-Filters bzw. des erweiterten Kalman-Filters, das eine nichtlineare Version des KalmanFilters darstellt, wird auf einschlägige Literatur verwiesen, vgl. auch Wikipedia unter

https://de.wikipedia.org/wiki/Kalman-Filter oder

https://en.wikipedia.org/wiki/Extended Kalman filter.

Bei dieser Ausführungsvariante kann die Masse im Zuge der Datenverbesserung bestimmt werden durch Berechnung oder als

Komponente des Zustandsvektors des jeweiligen Filters.

Wie gesagt, ermöglicht die Verwendung des Kalman-Filters bzw. des erweiterten Kalman-Filters eine große Flexibilität, was die konkrete Gestaltung des Zustandsvektors anbelangt. In der Praxis erweisen sich bestimmte Zustandsvektoren bzw. Zustandsvektoren mit bestimmten Komponenten als besonders geeignet zur gewünschten Datenverbesserung. Entsprechend ist es bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass das Filter einen

Zustandsvektor aufweist, der aus folgenden Komponenten in

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beliebiger Reihenfolge besteht:

- Kraft, Masse; oder

- Beschleunigung, Masse; oder

- Kraft, Beschleunigung; oder

- Beschleunigung, Kraft, Masse; oder

- Position, Geschwindigkeit, Kraft, Masse; oder

- Position (s), Geschwindigkeit (v), Beschleunigung (a), Masse (m) oder

- Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft, Masse.

Unter Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung können hierbei insbesondere die oben genannten linearen oder tangentialen Größen verstanden werden, die einer Seilposition, einer Seilgeschwindigkeit und einer Seilbeschleunigung

entsprechen.

Wie bereits erwähnt, erlaubt die Kenntnis der Last bzw. Masse die genaue Bestimmung weiterer Parameter, deren Kenntnis für ein besonders erfolgreiches Training vorteilhaft ist. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems vorgesehen, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, zusätzlich zumindest einen der folgenden Parameter zu bestimmen: Leistung,

Kraftproduktionsrate, Kraftvolumen, Arbeit.

Ergänzend sei bemerkt, dass die mittels der Sensordatenfusion bestimmte Masse auch dazu verwendet werden kann, die Daten im Nachhinein erneut auszuwerten, wobei die Masse konstant auf den zuvor bestimmten Wert gesetzt wird. Ein Anfangsfehler wird auf diese Weise eliminiert, und kann eine weitere

Datenverbesserung erzielt werden.

Wenn die Magnetscheibe mit den Magnetpolen sich dreht, kann das resultierende zeitlich variierende Magnetfeld mittels Induktion zur Stromerzeugung verwendet werden, beispielsweise um das Smartphone des Benutzers oder einen Akku zur

Energieversorgung des Systems, insbesondere zur

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Energieversorgung der Seilrolleneinheit bzw. der Sensoren der Seilrolleneinheit und/oder zur Energieversorgung der Auswerteeinheit, aufzuladen, was heutzutage einen nicht zu unterschätzenden Vorteil im Hinblick auf den Energieverbrauch darstellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist entsprechend vorgesehen, dass Lademittel vorgesehen sind, um bei Drehung der Seilrolle mit der Magnetscheibe einen Akku mittels Induktion aufladen zu

können.

Wie gesagt, kann es sich bei dem Akku um den Akku des Smartphones des Benutzers handeln oder aber auch um einen separaten Akku zur Energieversorgung des Systems. Der Akku kann dabei auch Teil des Systems sein. Letzteres wäre auch der Fall, wenn es sich um den Akku des Smartphones des Benutzers handelt und die Auswerteeinheit durch dieses Smartphone

ausgebildet ist.

Als Mittel zur induktiven Stromerzeugung bzw. zum induktiven Aufladen kann insbesondere eine Induktionsspulenanordnung mit einer oder mehreren Spulen vorgesehen sein. Dabei kann die Induktionsspulenanordnung auch an der Seilrolleneinheit

angeordnet oder in diese integriert sein.

Darüberhinaus kann auch zumindest ein Kabel vorgesehen sein, um den Akku elektrisch zu kontaktieren, wobei bei einer Integration des Akkus in das System zumindest außenliegende Kabel vermieden werden können, was u.a. auch ästhetische

Vorteile haben kann.

Ein drahtloses Laden ist aber ebenfalls denkbar, wobei das drahtlose Laden an sich bekannt ist, vgl. z.B. den

proprietären Qi-Standard.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls

einengen oder gar abschließend wiedergeben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Trainingsgeräts, in welches eine erfindungsgemäße Seilrolleneinheit

eingebunden ist

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Seilrolleneinheit

Fig. 3 eine axonometrische Darstellung einer Seilrolle der

Seilrolleneinheit

Fig. 4 ein erstes Diagramm zu einem Beispiel einer Sensordatenfusion mittels erweitertem Kalman-Filter, wobei Kraft und Position mittels Sensor bestimmte Daten sind und das Diagramm die mittels des Filters bestimmte Kraft sowie die mittels des Filters

bestimmte Masse zeigt

Fig. 5 ein zweites Diagramm zum Beispiel der Sensordatenfusion, wobei das Diagramm die gemessene Position, die mittels des Filters bestimmte Geschwindigkeit sowie die mittels des Filters

bestimmte Beschleunigung zeigt

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Seilrolleneinheit 1 erkennbar, die in ein Trainingsgerät 2 eingebunden ist. Hierzu kann die Seilrolleneinheit 1 z.B. an einem Rahmen (nicht dargestellt)

des Trainingsgeräts 2 aufgehängt sein.

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Das Trainingsgerät 2 umfasst eine Last, die durch mehrere Gewichtsstücke 4 ausgebildet ist und einer Masse m entspricht. Die Gewichtsstücke 4 sind an einem Seil 3 befestigt, welches über die Seilrolleneinheit 1 bzw. über eine Seilrolle 8 (vgl. Fig. 2) der Seilrolleneinheit 1 geführt und umgelenkt ist und im Bereich eines freien Endes einen Griff 5 aufweist. Ein Benutzer kann am Griff 5 angreifen und am Seil 3 ziehen, um die Gewichtsstücke 4 in einer Bewegungsrichtung 6 zu bewegen, wobei die Bewegungsrichtung 6 antiparallel zur

Schwerkraftrichtung ist.

Die Seilrolleneinheit 1 ist in Fig. 2 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Seilrolle 8 ist an einem Lagerbolzen 11 um eine Drehachse 9 drehbar gelagert. In der Ansicht der Fig. 1 dreht sich die Seilrolle 8 um die Drehachse 9 gegen den Uhrzeigersinn, wenn der Benutzer am Seil 3 zieht und die Gewichtsstücke 4 in Bewegungsrichtung 6 bewegt, und im Uhrzeigersinn, wenn die Gewichtsstücke 4 aufgrund der Schwerkraft wieder gegen die Bewegungsrichtung 6 bewegt werden. Hierbei wirkt auf die Seilrolle 8 und auf den Lagerbolzen 11 eine normal auf die Drehachse 9 stehende Kraft F, welche proportional zur Last bzw. Masse m ist und mittels zumindest eines Kraftsensors der Seilrolleneinheit bestimmt

wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Kraftsensor durch zwei Dünnfilmdehnmessstreifen (nicht dargestellt) ausgebildet, die in zwei Querlöchern 12 des Lagerbolzens 11 angeordnet sind. Die Querlöcher 12 verlaufen dabei normal zur Drehachse 9 und durchsetzen den Lagerbolzen 11 vollständig. Die Dünnfilmdehnmessstreifen sind miteinander elektrisch verschaltet, um die Messgenauigkeit zu erhöhen, und registrieren eine aufgrund der Kraft F auftretende Durchbiegung des Lagerbolzens 11, woraus sich die Kraft F

ergibt.

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Zum Betreiben bzw. Auslesen der Dünnfilmdehnmessstreifen ist ein Kabel 17 vorgesehen, das von außen in einen Hohlraum, der sich entlang der Drehachse 9 im Lagerbolzen 11 erstreckt,

geführt ist.

An der Seilrolle 8 ist eine ringförmige Magnetscheibe 10 drehfest befestigt, welche in Fig. 3 erkennbar ist. Die Magnetscheibe 10 erstreckt sich in einer normal auf die Drehachse 9 stehenden Normalebene und weist in dieser einen kreisringförmigen Querschnitt auf, um die Durchführung des Lagerbolzens 11 zu ermöglichen. Der der Kreisringform zugrundeliegende Kreis ist dabei um die Drehachse 9 zentriert. Die Magnetscheibe weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Magnetpolpaare N, S mit jeweils einem magnetischen Nordpol N und einem magnetischen Südpol S auf, die in der Normalebene angeordnet sind. In einer umfänglichen Richtung rund um die Drehachse 9 betrachtet sind die Magnetpolpaare N, S hintereinander angeordnet, sodass sich entsprechend eine periodische Abfolge des jeweiligen magnetischen Südpols S auf

den jeweiligen magnetischen Nordpol N bzw. umgekehrt ergibt.

Die Seilrolleneinheit 1 weist zumindest einen Magnetfeldsensor zur Detektion des an seiner Position durch die zwei Magnetpolpaare N, S erzeugten Magnetfelds auf, um bezogen auf die Drehachse 9 eine Drehwinkelposition der Seilrolle 8 zu bestimmen - unabhängig von einer Drehgeschwindigkeit der Seilrolle 8. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Magnetfeldsensoren vorgesehen, die durch Hall-Sensoren 16

ausgebildet sind.

Die Hall-Sensoren 16 sind auf einer im Wesentlichen C-förmigen Platine 15 angeordnet. Die Platine 15 wiederum ist die Drehachse 9 abschnittsweise umgebend angeordnet und liegt der Magnetscheibe 10 gegenüber, wobei die Hall-Sensoren 16 zur

Magnetscheibe 10 weisen.

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Die Platine 15 bzw. die Hall-Sensoren 10 werden über das Kabel

17 mit Energie versorgt bzw. ausgelesen.

Die Platine 15 ist mit zwei sockelförmigen Platinenhaltern 21 verschraubt, welche an einem Gehäusedeckel 13‘ angeordnet sind. Entsprechend ist die Platine 15 mit dem Gehäusedeckel 13‘ 15ösbar verbunden und zwischen dem Gehäusedeckel 13‘ und

der Seilrolle 8 bzw. der Magnetscheibe 10 angeordnet.

Auf der der Platine 15 gegenüberliegenden Seite der Seilrolle 8 ist ein Gehäusedeckel 13 vorgesehen, der entlang der Drehachse 9 gesehen hinter dem Gehäusedeckel 13‘ angeordnet ist und mit dem Gehäusedeckel 13‘ durch Verschraubung lösbar verbunden ist, sodass die Seilrolle 8 - und natürlich auch die Platine 15 - zwischen den beiden Gehäusedeckeln 13, 13‘ angeordnet ist. Der Gehäusedeckel 13‘ weist zur Verschraubung mit dem Gehäusedeckel 13 ein Innengewinde 19 auf und der

Gehäusedeckel 13 entsprechend ein Außengewinde 18.

Die Gehäusedeckel 13, 13‘ weisen zur Durchführung des Seils 3 Jeweils eine Gehäuseausnehmung 14 auf, sodass das Seil 3 auch bei miteinander verschraubten Gehäusedeckeln 13, 13‘ problemlos in und aus der Seilrolleneinheit 1 bzw. über die

Seilrolle 8 geführt werden kann.

Um ein unbeabsichtigtes Öffnen des durch die Gehäusedeckel 13, 13‘ ausgebildeten Gehäuses auszuschließen, ist am Gehäusedeckel 13 eine flanschartige Drehsicherung 20 mit einem Innengewinde vorgesehen. Der Gehäusedeckel 13‘ weist an korrespondierender Stelle ein Loch 22 auf, durch das eine Schraube (nicht dargestellt) geführt werden kann, um mit der Drehsicherung 20 verschraubt zu werden, sodass die beiden Gehäusedeckel 13, 13‘ nicht mehr gegeneinander verdreht werden

können.

Zur Auswertung der mit den Kraft- und Magnetfeldsensoren

ermittelten Daten ist eine Auswerteeinheit 7 vorgesehen, die

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in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Die strichlierte Linie deutet dabei eine, insbesondere kabellose, signaltechnische Verbindung der Auswerteeinheit 7 mit der Seilrolleneinheit 1 an. Grundsätzlich kann die Auswerteeinheit 7 aber auch in die Seilrolleneinheit 1, insbesondere durch eine Chipanordnung auf der Platine 15, integriert sein. Die Seilrolleneinheit 1 und die Auswerteeinheit 7 bilden Bestandteile eines

erfindungsgemäßen Systems.

Die Auswerteeinheit 7 ist dazu eingerichtet, die mit den Dünnfilmdehnmessstreifen und den Hall-Sensoren 16 ermittelten Daten mittels Sensordatenfusion zu fusionieren, um zumindest die Masse m zu bestimmen und/oder eine Datenqualitätsverbesserung zu erzielen, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Sensordatenfusion ein erweitertes

Kalman-Filter Verwendung findet.

In diesem Beispiel wird das erweiterte Kalman-Filter verwendet mit einem Zustandsvektor X, der aus folgenden Komponenten besteht: Position s, Geschwindigkeit v, Beschleunigung a und

Masse m, also

Ss _ vD X =

a

m

Als Messgrößen fungieren die gemessene Kraft F sowie die gemessene Position s, d.h. Geschwindigkeit v und Beschleunigung a sind hier ausschließlich mittels des Filters

berechnete Größen.

Unter Position s, Geschwindigkeit v und Beschleunigung a sind hierbei lineare oder tangentiale Größen zu verstehen, die einer Seilposition, einer Seilgeschwindigkeit und einer Seilbeschleunigung entsprechen. Die Position s ist gemessen,

weil aus der mit den Hall-Sensoren 16 und der Magnetscheibe 10

15

21

bestimmten Drehwinkelposition aufgrund des bekannten Radius

der Seilrolle 8 unmittelbar die (lineare) Position s folgt.

Die Kovarianzmatrix O kann unter Berücksichtigung der

Bewegungsgleichungen angenommen werden als:

At* „ At? At? _2

70a 70a 70a 0 At® 2 22 2 _ | 0a At“o£ 2At*0oz 0 — / At? 0a At * g2 02 0 0 0 00

wobei 0£ die Varianz der Beschleunigung a ist, oÄ die Varianz der Masse m und t die Zeit. Die die zeitliche Entwicklung des Zustandsvektors beschreibende Matrix MF ergibt sich als Jacobi-Matrix von f(x):

At? Sk-1 + Vr-1ı* At + Ak-1 77

f(x) = Ve-1 + Ap-ı * At

Mg-1

2

1 At = 0

MF=Z= 0 1 At 0

X 0 0 0 0

00 0 1

Die Beobachtungsmatrix H (hat die Dimension Zustände*Messwerte), welche die Werte des Systemzustands bzw. von X auf die Beobachtungen abbildet, ergibt sich als Jacobi-

Matrix von h(x):

ha Et

My_1 * (Ax-ı +9)

HL (l 00 0 ) 8x \O 0 My_ı Ar_ı + Gg /

wobei g die Erdbeschleunigung ist.

15

20

22

Dabei wird im ersten Schritt (kann auch als „Zwischenschritt“

bezeichnet werden) auf Basis des Modells f(x) ein Vektor X

berechnet: = _

Im zweiten Schritt werden die Messwerte verwendet, um den

neuen Zustandsvektor X zu berechnen, wobei X, das Ergebnis vom ersten Schritt (bzw. das „Zwischenergebnis“), verwendet wird, wie dies beim erweiterten Kalman-Filter üblich ist, vgl. auch

https://en.wikipedia.org/wiki/Extended Kalman filter.

Folgende Standardabweichungen sind im dargestellten Beispiel

angenommen: m 0a = 0.1

Om = 0,001 kg,

or =0,01N,

0; = 0,002 m.

Ein Abtastintervall bzw. die Differenz zwischen zwei

aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ist

At = 0,01 s.

Als Startwert wird folgender Zustandsvektor verwendet:

— 0 Xo = 0 10

Fig. 4 stellt ein Diagramm der mittels des Filters geschätzten Kraft F K in kp und einer mittels des Filters geschätzten Masse m K in kg über der Zeit in Sekunden (horizontale Achse) dar. Die gemessene Position s in dm, eine mittels des Filters geschätzte Geschwindigkeit v_K in m/s sowie die mittels des

Filters geschätzte Beschleunigung a_K in m/s? sind aus

15

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25

30

23

Klarheitsgründen nicht in Fig. 4, sondern in Fig. 5

dargestellt. Es ist folgender Verlauf ersichtlich:

- In den ersten Sekunden konvergiert das Filter von seinen Startwerten auf den Istzustand, wobei bereits im ersten Schritt die mittels des Filters berechnete Masse m K vom Startwert abweicht, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Es erfolgt noch keine Bewegung des Seils 3 durch den Benutzer. Das Gewicht am Seil 3 ist entsprechend im Wesentlichen durch

den Griff 5 bedingt.

- Im nächsten Zyklus wird ein Training begonnen. Aufgrund der Messwerte wird die Masse m K am Seil 3 berechnet, welche nach kurzer Zeit auf einen Wert konvergiert. Diese Zeit ist bis zu einem gewissen Grad von den Standardabweichungen, welche für das Filter gewählt

werden, abhängig.

- Bereits nach kurzer Zeit erfolgt eine Stabilisierung der Last bzw. der Gewichtsstücke 4 (entspricht ca. dem Wert von 6 Sekunden auf der horizontalen Achse), vgl. Fig. 4. Ab hier liefert die mittels des Filters bestimmte Beschleunigung a _ K (vgl. Fig. 5) qualitativ gute Werte, wie sie mit einer zweifachen Ableitung der gemessenen

Position s alleine kaum zu erreichen wären.

—- Im letzten Teil (ab ca. dem Wert von 13 Sekunden auf der horizontalen Achse) wird die Last bzw. werden die Gewichtsstücke 4 wieder abgelegt und die geschätzte Masse

m K konvergiert gegen die Masse des Griffs 5.

D.h. durch die geschätzte Masse m K wird die tatsächlich bewegte Masse m in höchstmöglicher Qualität bestimmt, was eine genaue Analyse des Trainings sowie weiterführende Analysen

ermöglicht.

15

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24

Die durch das Filter verbesserte Datenqualität erlaubt zudem nicht nur die Bestimmung der Leistung P = F*v, sondern insbesondere auch die Bestimmung von Parametern, die aufgrund der bei der jeweiligen Berechnung notwendigen Ableitung (en)

möglichst glatte Kurven als Voraussetzung haben. Ein Beispiel hierfür wäre die Kraftproduktionsrate ÖF/öt. Darüberhinaus können auch weitere Parameter, wie z.B. das Kraftvolumen (=Produkt aus Masse m und der Anzahl der Wiederholungen pro Satz, summiert über alle Sätze) oder die Arbeit (=fv*Fdt), mit

höchster Genauigkeit bestimmt werden.

Entsprechend ist die Auswerteeinheit 7 im dargestellten Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, die

Kraftproduktionsrate zu bestimmen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das erfindungsgemäße System außerdem Lademittel auf, um bei Drehung der Seilrolle 8 mit der Magnetscheibe 10 einen Akku mittels Induktion aufladen zu können. Bei diesen Lademitteln handelt es sich um eine Induktionsspulenanordnung 23, die in die Seilrolleneinheit 1 integriert und in Fig. 1 punktiert schematisch angedeutet ist. Die Induktionsspulenanordnung 23 umfasst eine oder mehrere Induktionsspulen, die mittels Induktion elektrische Spannung erzeugen, wenn bei Drehung der Magnetscheibe 10 ein zeitlich variierendes Magnetfeld vorliegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann hierdurch ein Akku (nicht dargestellt), der das System bzw. die Seilrolleneinheit 1 und die Auswerteeinheit 7 mit Energie versorgt oder Teil eines Smartphones des Benutzers ist, aufgeladen werden, wobei hierfür ein Kabel (nicht dargestellt) zur Verbindung des jeweiligen Akkus mit der Induktionsspulenanordnung 23 vorgesehen sein kann. Alternativ

kann auch ein kabelloses Aufladen vorgesehen sein.

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12

13,

14

15

16

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19

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25

BEZUGSZEICHENLISTE

Seilrolleneinheit

Trainingsgerät

Seil

Gewichtsstück

Griff

Bewegungsrichtung

Auswerteeinheit

Seilrolle

Drehachse

Magnetscheibe

Lagerbolzen

Querloch

13) Gehäusedeckel

Gehäuseausnehmung

Platine

Hall-Sensor

Kabel

Außengewinde

Innengewinde

Drehsicherung

Platinenhalter

22

23

m

m K

v K

a K

26

Loch

Induktionsspulenanordnung

magnetischer Nordpol

magnetischer Südpol

Masse

Masse, mittels Filter geschätzt

Kraft, gemessen

Kraft, mittels Filter geschätzt

Position, gemessen

Geschwindigkeit

Geschwindigkeit, mittels Filter geschätzt

Beschleunigung

Beschleunigung, mittels Filter geschätzt

Claims (1)

15

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27

ANSPRÜCHE

1. Seilrolleneinheit (1) für ein Trainingsgerät (2), bei

welchem eine einer Masse (m) entsprechende Last mittels

eines Seils (3) durch einen Benutzer bewegbar ist, die

Seilrolleneinheit (1) umfassend eine Seilrolle (8) zur

Umlenkung des Seils (3), wobei die Seilrolle (8) an einem

Lagerbolzen (11) um eine Drehachse (9) drehbar gelagert

ist und wobei zumindest ein Kraftsensor zur Bestimmung

einer quer, vorzugsweise normal, zur Drehachse (9) auf die

Seilrolle (8) wirkenden Kraft (F) vorgesehen ist, dadurch

gekennzeichnet, dass eine mit der Seilrolle (8) drehfest

verbundene Magnetscheibe (10) vorgesehen ist, die sich in

einer normal auf die Drehachse (9) stehenden Normalebene

erstreckt und zumindest ein Magnetpolpaar (N, S) mit

Jeweils einem magnetischen Nordpol (N) und einem

magnetischen Südpol (S), die in der Normalebene angeordnet

sind, aufweist,

und dass zumindest ein Magnetfeldsensor

(16) zur Detektion

des an seiner Position durch das mindestens eine

Magnetpolpaar (N, S) erzeugten Magnetfelds vorgesehen ist,

um bezogen auf die Drehachse (9) eine Drehwinkelposition

der Seilrolle (8) zu bestimmen.

gekennzeichnet, dass im Lagerbolzen (11)

quer, vorzugsweise normal, zur Drehachse

2. Seilrolleneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch

zumindest ein

(9) verlaufendes

Querloch (12) vorgesehen ist, in welchem zumindest ein

Dehnmessstreifen, der vorzugsweise als

Dünnfilmdehnmessstreifen ausgeführt ist,

angeordnet ist.

3. Seilrolleneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2,

dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (11) einen

sich zumindest abschnittsweise entlang der Drehachse (99)

erstreckenden Hohlraum aufweist, in dem zumindest ein

Kabel (17) angeordnet ist.

10

15

20

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30

5.

10.

28

. Seilrolleneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetscheibe (10) mehrere, insbesondere zwei, Magnetpolpaare (N, S)

aufweist.

Seilrolleneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine

Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor (16) ist.

. Seilrolleneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Magnetfeldsensor (16) auf einer im Wesentlichen U- oder Cförmigen Platine (15) angeordnet ist, welche die Drehachse (9) abschnittsweise umgibt und der Magnetscheibe (10)

gegenüberliegend angeordnet ist.

. Seilrolleneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magnetfeldsensoren

(16) vorgesehen sind.

. Seilrolleneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass die Seilrolle (8) zwischen zwei lösbar verbundenen Gehäusedeckeln (13, 13‘) angeordnet ist, wobei die Gehäusedeckel (13, 13‘) entlang der Drehachse (9) gesehen hintereinander angeordnet sind und zumindest eine Gehäuseausnehmung (14) zur Durchführung

des Seils (3) aufweisen.

. Seilrolleneinheit (1) nach Anspruch 8 und Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (15) zwischen der Seilrolle (8) und einem der Gehäusedeckel (13‘) angeordnet ist, wobei die Platine (15) an diesem Gehäusedeckel (13),

insbesondere lösbar, befestigt ist.

System umfassend eine Seilrolleneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie eine Auswerteeinheit

(7), die signaltechnisch mit der Seilrolleneinheit (1)

15

20

25

30

11.

12.

13.

29

verbunden und/oder in die Seilrolleneinheit (1) integriert ist, wobei die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Kraftsensors und des zumindest einen Magnetfeldsensors (16) ermittelte Daten mittels Sensordatenfusion zu fusionieren, um zumindest die Masse (m) zu bestimmen und/oder eine Datenqualitätsverbesserung zu erzielen,

und wobei die Auswerteeinheit (7) vorzugsweise durch einen oder mehrere Computer in einem Netzwerk oder durch einen tragbaren Computer, insbesondere durch ein Smartphone, des

Benutzers ausgebildet ist.

System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, die Daten mittels eines Kalman-Filters oder eines erweiterten

Kalman-Filters zu fusionieren.

System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter einen Zustandsvektor aufweist, der aus folgenden Komponenten in beliebiger Reihenfolge besteht:

- Kraft (F), Masse (m); oder

- Beschleunigung (a), Masse (m); oder

- Kraft (F), Beschleunigung (a); oder

- Beschleunigung (a), Kraft (F), Masse (m); oder

- Position (s), Geschwindigkeit (v), Kraft (F), Masse (m); oder

- Position (s), Geschwindigkeit (v), Beschleunigung (a), Masse (m) oder

- Position (s), Geschwindigkeit (v), Beschleunigung (a),

Kraft (F), Masse (m).

System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, zusätzlich zumindest einen der folgenden Parameter zu bestimmen: Leistung, Kraftproduktionsrate,

Kraftvolumen, Arbeit.

14, System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Lademittel vorgesehen sind, um bei Drehung der Seilrolle (8) mit der Magnetscheibe (10) einen

Akku mittels Induktion aufladen zu können.