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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fitnessgerät mit
- – einem
Betätigungsorgan,
welches von einem Benutzer des Fitnessgeräts von einer Ausgangsstellung
des Betätigungsorgans
entlang eines Betätigungswegs
zu einer Endstellung des Betätigungsorgans
und zurück
bewegbar ist, und
- – Belastungsmitteln
zur Bereitstellung einer auf das Betätigungsorgan in Richtung zur
Ausgangsstellung hin wirkenden Belastung, die bei der Bewegung des
Betätigungsorgans
in Richtung zur Endstellung hin durch den Benutzer zu überwinden
ist.
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Derartige
Fitnessgeräte
sind in vielfältigen Ausführungen
bekannt und werden auch als ”Kraftgeräte” oder ”Kraftmaschinen” bezeichnet,
da diese vornehmlich für
ein Krafttraining (Muskelaufbau) eingesetzt werden.
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Viele
der bekannten Fitnessgeräte
besitzen einen sehr einfachen Aufbau, bei welchem das Betätigungsorgan
(z. B. eine Griffstange) über
einen Seilzug- und/oder Hebelmechanismus mit einem Satz von Gewichten
verbunden ist. Ein Teil dieser Gewichte wird bei der Hin-und-her-Bewegung
des Betätigungsorgans
im Schwerefeld angehoben bzw. abgesenkt. Die von dem Benutzer des
Fitnessgeräts
dann zu überwindende
Belastung wird durch die Gewichtskraft der angehobenen Gewichte
erzeugt. Für
das Ausmaß der
Belastung (Kraftwert) spielt es hierbei keine Rolle, in welcher
Richtung das Betätigungsorgan
bewegt wird. Ein an solchen Fitnessgeräten durchgeführtes Training
wird von den Benutzern oftmals als eintönig empfunden.
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Die
Erfindung geht gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1 von einem Fitnessgerät der eingangs genannten Art
aus, bei welchem die Belastungsmittel dazu geeignet ausgebildet
sind, das Ausmaß der
Belastung von der Bewegungsrichtung des Betätigungsorgans abhängig vorzusehen.
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Dies
führt unmittelbar
zu einem für
den Benutzer interessanteren Trainingsempfinden. Außerdem hat
sich herausgestellt, dass mit dem von der Bewegungsrichtung abhängigen Belastungsausmaß in vielen
Fällen
sogar die Trainingseffizienz gesteigert werden kann. Insbesondere
ist es möglich,
einen Muskelaufbau in kürzerer
Trainingszeit zu erreichen.
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Mit
einem derartigen gattungsgemäßen Fitnessgerät ist ein
abwechslungsreicheres und/oder effizienteres Training möglich.
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Derartige
gattungsgemäße Fitnessgeräte sind
beispielsweise aus der
US 6,050,920 ,
der
US 5,435,798 und
der
US 4,765,613 bekannt.
Bei diesen bekannten Fitnessgeräten
ist die Abhängigkeit
des Belastungsausmaßes
von der Bewegungsrichtung durch entsprechend angesteuerte elektromotorische Antriebe
realisiert. Nachteilig ist hierbei der mit den vergleichsweise komplizierten
Konstruktionen verbundene Aufwand.
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Aus
der
DE 196 53 862
A1 ist ein Fitnessgerät
mit einer als Betätigungsorgan
fungierenden Kurbel bekannt, an welcher ein gewünschtes Drehmoment durch einen ”schlupfenden” Drehstrommotor bereitgestellt
wird. Hierbei kann vorgesehen sein, das Drehmoment in nicht näher beschriebener
Weise während
jeder aktiven Bewegung bzw. passiven Bewegung zu verändern.
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Aus
der
EP 0 152 995 B1 ist
ein Fitnessgerät mit
einem als Betätigungsorgan
fungierenden Hebelarm bekannt, dessen Drehgeschwindigkeit mittels
einer Geschwindigkeits-Steuereinrichtung
auf einen definierten Maximalwert begrenzt wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfachem Aufbau
eines Fitnessgeräts dennoch
ein effizientes Training zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einem Fitnessgerät
nach Patentanspruch 1. Die abhängigen
Patentansprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine
erste Besonderheit des erfindungsgemäßen Fitnessgeräts besteht
darin, dass die Belastungsmittel eine Kurbeleinrichtung umfassen,
die bei der Bewegung des Betätigungsorgans
eine zyklische Kurbelbewegung derart ausführt, dass bei der Bewegung
des Betätigungsorgans
von der Ausgangsstellung zu der Endstellung ein erster Kurbelbewegungsabschnitt
durchlaufen wird, der bei der Bewegung von der Endstellung zu der
Ausgangsstellung durch einen sich daran anschließenden zweiten Kurbelbewegungsabschnitt
zu einer vollen Umdrehung der Kurbeleinrichtung ergänzt wird.
Der Begriff ”Kurbeleinrichtung” soll hierbei
z. B. ein Rad oder eine Scheibe mit einem außerhalb der Drehachse angelenkten Kraftübertragungsorgan
(z. B. Pleuelstange, Seil etc.) umfassen.
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Zusätzlich können die
Belastungsmittel eine in einem Belastungsübertragungspfad angeordnete Hebeleinrichtung
umfassen, deren Hebelverhältnis im
Bewegungsverlauf des Betätigungsorgans
variiert. Das variierende Hebelverhältnis kann hierbei ein Kraft- bzw. Drehmoment-Übersetzungsverhältnis im Verlauf
des Belastungsübertragungspfads
definieren. In einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Variation des Hebelverhältnisses unter Verwendung einer
Kurbeleinrichtung bewerkstelligt wird, die mit einer Hebelstange
zusammenwirkt, wobei eine Drehachse der Kurbeleinrichtung parallel
zu einer Drehachse der Hebelstange vorgesehen ist.
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Durch
die vorstehend erläuterte,
konstruktiv einfach zu realisierende Kurbeleinrichtung kann in ebenfalls
einfacher Weise die weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Fitnessgeräts bewerkstelligt werden,
nämlich
dass wenigstens an einer Stelle im Bewegungsverlauf von der Endstellung
zur Ausgangsstellung ein Belastungsausmaß bereitgestellt wird, welches
größer ist
als jedes Belastungsausmaß,
welches im Verlauf von der Ausgangsstellung zur Endstellung bereitgestellt
wird. Anders ausgedrückt
ergibt sich über
die Gesamtbewegung (hin und zurück)
betrachtet ein Maximum der Belastung während der ”Zurückbewegung” (von der Endstellung zur Ausgangsstellung).
Eine solche Ausführungsform kann
ohne äußere Energiezufuhr,
also insbesondere mit einem rein mechanisch arbeitenden Mechanismus
realisiert werden.
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Das
erfindungsgemäße Fitnessgerät ist für alle Arten
von physischen Trainings geeignet, insbesondere für ein dem
Muskelaufbau dienendes Krafttraining, aber auch z. B. für ein Ausdauertraining.
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Bei
dem ”Betätigungsorgan” kann es
sich beispielsweise um eine Griffstange handeln (z. B. für Bankdrücken, Latziehen,
etc.). Auch kann es sich um einen Handgriff oder eine Kombination
aus zwei Handgriffen handeln. Ferner kann das Betätigungsorgan
z. B. eine Druckplatte ausbilden (z. B. bei einer Beinpresse). Es
kann sich jedoch auch um beliebige andere vom Benutzer des Fitnessgeräts beim
Training bewegbare Teile handeln, wie sie von an sich bekannten
Fitnessgeräten
dem Fachmann wohlbekannt sind. Oftmals erfolgt die Betätigung des
Fitnessgeräts
mittels so genannter Schwenkpolster (z. B. für Beinstrecken, Beinbeugen,
etc.) oder einer Kombination von zwei Schwenkpolstern (z. B. für Butterfly-Übung).
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Die
obige Aufzählung
verdeutlicht, dass der Begriff ”Betätigungsweg” im Sinne
der Erfindung keineswegs auf geradlinige, rein translatorische Bewegungen
des Betätigungsorgans
begrenzt ist. Vielmehr können
alternativ oder zusätzlich
auch gekrümmte
Bewegungsbahnen bzw. Schwenkbewegungen vorgesehen sein. Der Betätigungsweg
im Sinne der Erfindung kann beispielsweise eine Verlagerungswegstrecke
(geradlinig oder gekrümmt)
sein. Alternativ kann der Betätigungsweg
auch einen Verschwenkwinkel darstellen.
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Bevorzugt
besitzt das Fitnessgerät
Bewegungsanschläge
zur Begrenzung des für
das Betätigungsorgan
zugänglichen
Bewegungsbereichs (z. B. zwischen Ausgangsstellung und Endstellung).
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Der
Begriff ”Belastungsausmaß” kann im Sinne
der Erfindung beispielsweise eine Kraft bedeuten. Dieser Begriff
soll jedoch auch z. B. ein Drehmoment umfassen. Letztere Definition
ist insbesondere bei Fitnessgeräten
zweckmäßig, bei
denen das Betätigungsorgan
eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse herum ausführt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass für
die Bewegung des Betätigungsorgans
von der Ausgangsstellung zu der Endstellung ein betätigungswegabhängiger Verlauf
des Belastungsausmaßes
einstellbar vorgegeben ist und/oder dass für die Bewegung des Betätigungsorgans
von der Endstellung zu der Ausgangsstellung ein betätigungswegabhängiger Verlauf
des Belastungsausmaßes
einstellbar vorgegeben ist. Eine solche Einstellbarkeit des Belastungsverlaufs
trägt vorteilhaft
dem Umstand Rechnung, dass die physische Belastung des Benutzers
jederzeit an dessen physische Kondition angepasst werden sollte. Über längere Zeiträume betrachtet,
etwa von Training zu Training, kann das Belastungsausmaß mit steigender Kondition
des Benutzers dementsprechend erhöht werden.
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Bevorzugt
kann aus einer vorgegebenen Schar von betätigungswegabhängigen Verläufen des Belastungsausmaßes von
dem Benutzer ein bestimmter Verlauf ausgewählt werden, bevor er eine Übung an
dem Fitnessgerät
beginnt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der Benutzer durch eine einzige Einstellung
am Fitnessgerät
betätigungswegabhängige Verläufe des
Belastungsausmaßes
für beide
Bewegungsrichtungen gleichzeitig vorgeben kann.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die für
eine Bewegungsrichtung vorgegebene Verlaufsschar aus einzelnen Verläufen besteht,
die sich in einer grafischen Auftragung des Belastungsausmaßes in Abhängigkeit
vom Betätigungsweg
nicht schneiden. Anders ausgedrückt
liegt in einer solchen grafischen Auftragung dann ein Verlauf stets überhalb
oder unterhalb eines benachbarten Verlaufs.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass für
die Bewegung des Betätigungsorgans
von der Ausgangsstellung zu der Endstellung und/oder umgekehrt ein über den
Betätigungsweg
im Wesentlichen konstantes Belastungsausmaß vorgesehen ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass für
die Bewegung des Betätigungsorgans
von der Ausgangsstellung zu der Endstellung und/oder umgekehrt ein
betätigungswegabhängiges Belastungsausmaß mit einem
Belastungsmaximum in einem mittleren Bereich des Betätigungswegs
vorgesehen ist. Damit kann dem Umstand Rechnung getragen werden,
dass die Belastungsfähigkeit
eines Muskels oftmals ein Maximum in einem mittleren Bereich der
Bewegungsreichweite aufweist.
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Für eine besonders
hohe Effizienz bei einem Krafttraining ist es oftmals vorteilhaft,
wenn eine wesentliche Erhöhung
des Belastungsausmaßes
beim Erreichen der Endstellung vorgesehen ist. Damit ist zum einen
insbesondere der Fall gemeint, bei welchem das Belastungsausmaß innerhalb
der letzten 10% des Betätigungswegs
allmählich
um mindestens 5% ansteigt. Zum anderen soll damit jedoch auch der Fall
umfasst sein, bei welchem innerhalb der letzten 10% des Betätigungswegs,
insbesondere im Wesentlichen genau am Ende des Betätigungswegs, eine
sprunghafte Erhöhung
des Belastungsausmaßes
um wenigstens 5% vorgesehen ist.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass das Belastungsausmaß derart vorgesehen ist, dass
die bei der Bewegung des Betätigungsorgans von
der Ausgangsstellung zu der Endstellung vom Benutzer am Gerät geleistete
physikalische Arbeit wenigstens so groß ist wie die bei der Bewegung
des Betätigungsorgans
von der Endstellung zu der Ausgangsstellung vom Gerät am Benutzer
geleistete physikalische Arbeit. Vorteilhaft ist es dann möglich, das
Fitnessgerät
ohne Energiezufuhr von außen
zu betreiben, also z. B. auf einem rein mechanischen Mechanismus
beruhend. Bevorzugt ist hierbei, dass die vom Benutzer am Gerät geleistete
physikalische Arbeit der vom Gerät
am Benutzer geleisteten physikalischen Arbeit entspricht, d. h.
abgesehen von etwaigen Reibungsverlusten identisch mit letzterer
Arbeit ist. Dies trägt
vorteilhaft dem Umstand Rechnung, dass für ein möglichst effizientes Training
in der Regel ein möglichst
großes
Belastungsausmaß insbesondere
für die
Bewegung von der Endstellung zur Ausgangsstellung vorgesehen sein
sollte.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Belastungsmittel einen Energiespeicher
aufweisen, der dazu ausgebildet ist, bei der Bewegung des Betätigungsorgans
in Richtung zur Endstellung hin vom Benutzer geleistete physikalische
Arbeit in einer Energieform zu speichern und bei der Bewegung des
Betätigungsorgans
in Richtung zur Ausgangsstellung hin solche zuvor gespeicherte Energie wieder
abzugeben und damit physikalische Arbeit am Benutzer zu leisten.
Ein solcher Energiespeicher kann z. B. in an sich bekannter Weise
von einem Satz von Gewichten gebildet sein, von welchem bei der ”Hinbewegung” (in Richtung
zur Endstellung hin) ein Teil im Schwerefeld nach oben verlagert
wird. In diesem Fall wird die vom Benutzer geleistete physikalische
Arbeit in potenzielle Energie (Lageenergie) umgewandelt und kann
beim Absenken der Gewichte zur Verrichtung von Arbeit am Benutzer
genutzt werden. Ein solcher Energiespeicher kann jedoch alternativ
oder zusätzlich
auch zur Speicherung einer anderen Energieform ausgebildet sein,
z. B. zur Speicherung von Deformationsenergie (in einer Feder). Bei
der Erfindung können
die Belastungsmittel jedoch nicht ganz einfach aus einem solchen
Energiespeicher bestehen, der über
Kraft- und/oder Drehmomentübertragungsmittel
einer herkömmlichen
Art mit dem Betätigungsorgan
verbunden ist, da bei einer derartigen Konstruktion abweichend von
der Erfindung ein von der Bewegungsrichtung des Betätigungsorgans
unabhängiges
Belastungsausmaß resultiert.
Trotzdem kann ein solcher Energiespeicher, auch wenn er in herkömmlicher
Weise ausgebildet ist, vorteilhaft im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
Damit ist es z. B. möglich,
in an sich bekannter Weise die Einstellung einer von der Bewegungsrichtung
unabhängigen ”Grundbelastung” vorzusehen,
der dann durch weitere Bestandteile der Belastungsmittel eine von
der Bewegungsrichtung abhängige ”Zusatzbelastung” hinzugefügt wird.
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Ganz
allgemein muss an irgendeiner Stelle des erfindungsgemäßen Fitnessgeräts eine
Belastungskraft erzeugt werden, die über einen Kraftübertragungspfad
als Belastung (z. B. als Belastungskraft bzw. Belastungsdrehmoment)
auf das Betätigungsorgan
wirkt. Wenn nun die erzeugte Belastungskraft unabhängig von
der Bewegungsrichtung ist, wie dies beispielsweise bei den in oben
beschriebener Weise angehobenen Gewichten der Fall ist, so muss
der Belastungsübertragungspfad
in irgendeiner Weise ”asymmetrisch” hinsichtlich
der Hinbewegung und Rückbewegung
des Betätigungsorgans
ausgebildet sein. Ein rein mechanisch arbeitender Belastungsübertragungspfad
kann z. B. so ausgebildet sein, dass wenigstens eine in bestimmter
Weise bei der Hinbewegung des Betätigungsorgans bewegte Komponente
bei einer anschließenden
Rückbewegung
des Betätigungsorgans
nicht dieselbe Bewegung in umgekehrter Richtung vollführt sondern
auf irgendeinem anderen Weg zu einer Ausgangsstellung dieser Komponente
zurückkehrt.
Eine diese Eigenschaft aufweisende Komponente kann durch ein ”rotierendes
Bauteil” realisiert
werden, welches trotz einer Hin- und Herbewegung des Betätigungsorgans
stets in derselben Drehrichtung rotiert.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Belastungsmittel einen steuerbaren elektrischen
Antrieb zur Bereitstellung wenigstens eines Teils der auf das Betätigungsorgan
wirkenden Belastung umfassen.
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Dies
ist insbesondere für
eine Gestaltung des Fitnessgeräts
interessant, bei welcher die bei der Hinbewegung des Betätigungsorgans
vom Benutzer geleistete physikalische Arbeit kleiner als die bei
der Rückbewegung
von dem Gerät
wieder abgegebene physikalische Arbeit sein soll. Ein solches ”Energiedefizit” kann zwar
temporär,
gegebenenfalls auch über
mehrere Hin- und Rückbewegungen,
aus einem Energiespeicher ausgeglichen werden, nicht jedoch dauerhaft.
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Bei
einem Fitnessgerät
mit Mitteln zur Zufuhr von Energie von außen, insbesondere bei einem
Fitnessgerät,
bei welchem die Belastungsmittel einen steuerbaren elektrischen Antrieb
umfassen, der von einer externen Energiequelle (z. B. Netzanschluss) versorgt
wird, sind die Belastungsmittel bevorzugt derart ausgebildet, dass
die bei der Hinbewegung vom Benutzer geleistete physikalische Arbeit
wesentlich kleiner (z. B. wenigstens 10% kleiner) als die bei der
Zurückbewegung
von dem Gerät
wieder abgegebene physikalische Arbeit ist und/oder das für die Rückbewegung
vorgesehene Belastungsausmaß über den
gesamten Betätigungsweg
größer ist
als jedes im Verlauf der Hinbewegung bereitgestellte Belastungsausmaß. Insbesondere
kann z. B. vorgesehen sein, dass das Belastungsausmaß an einer
bestimmten Stelle des Betätigungswegs
bei der Rückbewegung
stets mindestens 10% größer als
das bei der Hinbewegung an derselben Stelle vorgesehene Belastungsausmaß ist.
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In
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Belastungsmittel eine Erfassungseinrichtung
zur Erfassung der Stellung des Betätigungsorgans und/oder des
Belastungsausmaßes
umfassen. Eine derartige Erfassungseinrichtung kann mechanisch oder
als eine elektronische Sensorik von an sich bekannter Weise ausgebildet
sein. Die Stellung des Betätigungsorgans
lässt sich
z. B. mit bekannten Wegstreckenaufnehmern bzw. Winkelgebern erfassen,
wohingegen ein Belastungsausmaß beispielsweise
anhand der gemessenen Dehnung einer im Belastungsübertragungspfad
angeordneten Komponente erfasst werden kann. Das Erfassungsergebnis kann
in mechanischer und/oder elektrischer Weise auf Komponenten der
Belastungsmittel einwirken, um die erfindungsgemäße Grundidee eines von der Bewegungsrichtung
abhängigen
Belastungsausmaßes
und die oben beschriebenen Weiterbildungsaspekte zu realisieren.
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Eine
bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Fitnessgeräts ist der
Einsatz als Trainingsgerät,
insbesondere Krafttrainingsgerät,
in einem Fitnessstudio, sei es als Sportgerät für gesunde Menschen oder zum
Muskelaufbau im Rahmen einer Rehabilitationsmaßnahme.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es stellen dar:
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1 ist
eine schematische Darstellung wesentlicher Komponenten eines herkömmlichen
Fitnessgeräts
mit einer in ihrer Ausgangsstellung befindlichen Griffstange,
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2 ist
eine der 1 entsprechende Darstellung,
jedoch mit in ihrer Endstellung befindlicher Griffstange,
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3 zeigt
den für
das Fitnessgerät
nach 1 sich ergebenden Verlauf einer Belastungskraft in
Abhängigkeit
von einer Betätigungswegstrecke
der Griffstange,
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4 zeigt
den Verlauf einer Belastungskraft in Abhängigkeit von einer Betätigungswegstrecke
für ein
Fitnessgerät
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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5 zeigt
den Verlauf einer Belastungskraft in Abhängigkeit von einer Betätigungswegstrecke
für ein
Fitnessgerät
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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6 zeigt
den Verlauf einer Belastungskraft in Abhängigkeit von einer Betätigungswegstrecke
für ein
Fitnessgerät
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Fitnessgeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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8 ist
eine schematische Darstellung eines Fitnessgeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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9 ist
eine schematische Darstellung eines Fitnessgeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Zum
besseren Verständnis
der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung wird
zunächst
mit Bezug auf die 1 bis 3 der Aufbau
und die Funktion eines herkömmlichen
Fitnessgeräts
beschrieben.
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1 zeigt
ein herkömmliches
Fitnessgerät (hier:
Latzuggerät) 10,
umfassend eine Griffstange 12, die von einem Benutzer des
Fitnessgeräts
von einer in 1 dargestellten Ausgangsstellung
entlang einer Betätigungswegstrecke
bzw. während
einer durch einen Pfeil 14 symbolisierten Hinbewegung zu einer
in 2 dargestellten Endstellung bewegbar ist. In an
sich bekannter Weise kann der Benutzer die in die Endstellung nach 2 gebrachte
Griffstange 12 sodann wieder ”kontrolliert loslassen” und somit
in entgegengesetzter Richtung entlang der Betätigungswegstrecke zurückbewegen.
Diese Rückbewegung
ist in 2 durch den Pfeil 16 symbolisiert.
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Das
Gerät 10 umfasst
ferner ein mit der Griffstange 12 verbundenes Seil 18,
welches von der Griffstange 12 über zwei Umlenkrollen 20-1 und 20-2 zu
einer nicht detailliert dargestellten Gewichtsstapeleinrichtung 22 führt. Die
Gewichtsstapeleinrichtung 22 besteht im Wesentlichen aus
einem Stapel von vertikal verschiebbar gelagerten Gewichten, von
denen in an sich bekannter Weise bei der Bewegung des Seils 18 ein
Teil (22-1 in 2) mitgenommen wird, wohingegen
ein anderer Teil (22-2 in 2) an Ort
und Stelle verbleibt. Der Benutzer kann vor Beginn seiner Übung an
dem Gerät 10 das
vom Seil 18 mitzunehmende Gesamtgewicht durch Umstecken eines
Mitnehmerstifts einstellen. In der in den Figuren dargestellten
Situation werden beispielsweise vier Gewichte mit einer Masse von
jeweils 10 kg bei der Hin- und Zurückbewegung der Griffstange 12 mitgenommen,
wohingegen die verbleibenden fünf
Gewichte mit ebenfalls jeweils 10 kg an einer (nicht dargestellten)
Basis des Geräts
verbleiben. An dieser Basis sind auch die Drehachsen der Umlenkrollen 20-1, 20-2 ortsfest
gelagert.
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Das
Seil 18, die Umlenkrollen 20-1, 20-2 und die
einstellbare Gewichtsstapeleinrichtung 22 bilden zusammen
Mittel zur Bereitstellung einer auf die Griffstange 12 in
Richtung zur Ausgangsstellung (1) wirkenden
Belastungskraft, die bei der Bewegung der Griffstange 12 in
Richtung zur Endstellung hin (2) durch
den Benutzer zu überwinden
ist.
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Das
Ausmaß dieser
durch die Belastungsmittel bereitgestellten Belastungskraft beträgt sowohl während der
Hinbewegung 14 als auch während der Rückbewegung 16 stets
400 N.
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3 zeigt
diesen Sachverhalt anhand einer grafischen Darstellung des Verlaufs
der Belastungskraft F in Abhängigkeit
von der Betätigungswegstrecke
x. In dieser Darstellung bezeichnet x0 die der Ausgangsstellung
(1) entsprechende Betätigungswegstrecke und x1 die
der Endstellung (2) entsprechende Betätigungswegstrecke.
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Der
Verlauf der Belastungskraft F ist sowohl für die Hinbewegung 14 als
auch für
die Zurückbewegung 16 konstant
und besitzt einen Wert von 400 N.
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Das
Training an einem Fitnessgerät
mit der in 3 dargestellten Belastungscharakteristik
wird von Benutzers oftmals als eintönig empfunden und liefert oftmals
keine zufriedenstellende Trainingseffizienz.
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Gemäß der Erfindung
ist daher eine besondere Belastungscharakteristik vorgesehen, für welche
in den 4 bis 6 anhand einer der 3 entsprechenden
Auftragung drei Beispiele angegeben sind.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
werden die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch
einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform.
Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw.
den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen
eingegangen und im Übrigen
hiermit ausdrücklich
auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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4 veranschaulicht
beispielhaft einen Verlauf der Belastungskraft F in Abhängigkeit
von der Betätigungswegstrecke
x bei einem Fitnessgerät
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Die Belastungsmittel dieses Fitnessgeräts gestatten
bei entsprechender Einstellung durch den Benutzer den in 4 dargestellten
Verlauf der Belastungskraft F.
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Ein
wesentliches Merkmal dieser Kraftcharakteristik ist es, dass der
Wert der Kraft F von der Bewegungsrichtung des Betätigungsorgans
(z. B. Griffstange) abhängig
ist. Sowohl für
die Hinbewegung 14a als auch für die Zurückbewegung 16a ist
jeweils ein betätigungswegabhängiger Verlauf
der Kraft F vorgegeben, wobei diese beiden Verläufe nicht deckungsgleich sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
beginnt die Hinbewegung 14a mit einer konstanten Kraft,
die sodann allmählich
ansteigt, um etwa auf halben Weg der Betätigungswegstrecke von x0 nach
x1 ein Kraftmaximum zu durchlaufen, und sinkt mit Erreichen der
Endstellung x1 wieder auf den Ausgangswert der Kraft (hier: 400
N). Demgegenüber
steigt die Kraft zu Beginn der Zurückbewegung 16a (an
der Stelle x1) sprunghaft an und durchläuft ein im Gesamtverlauf relativ
weit rechts liegendes Maximum (höher
als jede bei der Hinbewegung 14a bereitgestellte Kraft),
um dann im Verlauf zur Ausgangsstellung x0 hin unter den Verlauf
für die
Hinbewegung 14a abzusinken. Unmittelbar vor Erreichen der
Ausgangsstellung x0 ist nochmals ein leichter Anstieg der Kraft
F vorgesehen. Der sprunghafte Anstieg der Kraft F bei Erreichen
der Endstellung x1 kann unmittelbar vor x1, genau bei x1 oder dann
erfolgen, wenn in der Nähe
von x1 die Bewegungsrichtung von der Hinrichtung zur Zurückrichtung
gewechselt wird. Dies hängt
von der konkreten Konstruktion des Fitnessgeräts bzw. von dessen Belastungsmitteln
ab.
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Was
die Einstellung der dargestellten Kraftverläufe anbelangt, so ist im dargestellten
Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass der Benutzer den in 4 dargestellten
Kraftverlauf in fest vorgegebenen Kraftwertstufen verändern kann.
Auf diese Weise können
z. B. bei 100 N, 200 N, 300 N, ... beginnende Kraftverläufe voreingestellt
werden.
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Bei
einer aufwändigeren
Konstruktion des Geräts
kann auch vorgesehen sein, dass der Kraftverlauf bei der Hinbewegung 14a unabhängig von dem
Kraftverlauf bei der Rückbewegung 16a eingestellt
werden kann.
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Der
in 4 dargestellte Gesamtkraftverlauf (für Hinbewegung 14a und
Rückbewegung 16a)
besitzt insofern eine Besonderheit, als die bei der Hinbewegung 14a vom
Benutzer geleistete physikalische Arbeit der bei der Rückbewegung 16a von
dem Gerät
wieder abgegebenen physikalischen Arbeit entspricht. Dies ist in 4 daran
zu erkennen, dass die Fläche
unter dem Kraftverlauf für
die Hinbewegung 14a genauso groß ist wie die Fläche unter
dem Kraftverlauf für
die Rückbewegung 16a.
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Ein
großer
Vorteil einer solchen Kraftcharakteristik ist es, dass das Gerät keiner
Energiezufuhr von außen
bedarf. Es kann also vorteilhaft als rein mechanisch arbeitender
Mechanismus konstruiert werden. Dies gilt auch dann, wenn die Fläche unter dem
Kraftverlauf für
die Hinbewegung 14a größer ist als
die entsprechende Fläche
für die
Rückbewegung 16a.
In diesem Fall wird dem Gerät
bei jedem Bewegungszyklus (Hin- und Rückbewegung) jeweils im Saldo
Energie zugeführt,
die in einfacher Weise vom Gerät
dissipiert (z. B. in Wärme
umgewandelt) werden kann, beispielsweise in einer Bremseinrichtung, die
in einem Kraftübertragungspfad
des Geräts
angeordnet ist. Eine solche Bremse kann beispielsweise rein mechanisch
als Reibungsbremse oder auch elektrisch, z. B. als Wirbelstrombremse
wirken.
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Eine
Kraftcharakteristik, bei welcher die von dem Gerät bei der Rückbewegung geleistete physikalische
Arbeit größer ist
als die bei der Hinbewegung vom Benutzer geleistete physikalische
Arbeit, ist in vielen Anwendungsfällen besonders interessant und
lässt sich
durch Vorsehen einer externen Energieversorgung realisieren. In
diesem Fall ist insbesondere z. B. eine in 5 dargestellte
Kraftcharakteristik realisierbar.
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5 zeigt
eine Kraftcharakteristik, bei welcher die Kraft F sowohl bei der
Hinbewegung 14b als auch bei der Rückbewegung 16b jeweils
im Wesentlichen konstant ist, jedoch verschiedene Werte besitzt.
Bei der Hinbewegung 14b beträgt diese Kraft 400 N, wohingegen
bei der Rückbewegung
eine Kraft von 500 N vorgesehen ist, also eine größere Kraft.
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Auch
hier kann der Benutzer wieder die beiden Verläufe (für Hin- und Rückbewegung)
einzeln oder gemeinsam durch eine entsprechende Voreinstellung am
Gerät wählen, beispielsweise
wieder in Kraftwertstufen oder auch stufenlos.
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6 zeigt
ein weiteres Beispiel für
eine Kraftcharakteristik, bei welcher die Kraft F bei der Hinbewegung 14c monoton
(hier: linear) ansteigt, am Ende dieses Bewegungsvorgangs sprunghaft
ansteigt, um dann bei der Rückbewegung 16c wieder monoton
abzusinken.
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Im
Hinblick auf die konstruktive Gestaltung eines erfindungsgemäßen Fitnessgeräts werden nachfolgend
anhand der 7 bis 9 drei Beispiele
erläutert.
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7 zeigt
ein rein mechanisch arbeitendes Fitnessgerät 10d, umfassend eine
Griffstange 12d, die von einem Benutzer beim Training entlang
einer kreisbogenförmigen
Betätigungswegstrecke
hin- und herbewegt werden kann. Die Bewegungsrichtungen für die Hinbewegung
und die Rückbewegung
sind mit 14d bzw. 16d bezeichnet. Die Griffstange 12d ist über ein
Verbindungsglied 24d mit dem Ende eines Betätigungsschwenkarms 26d verbunden,
der insgesamt L-förmig
ist und an seinem anderen Ende an einem Betätigungsschwenklager 28d um
eine Betätigungsschwenkachse 30d herum
verschwenkbar ist. Die Schwenkachse 30d definiert zusammen
mit dem Schwenkarm 26d somit die für die Griffstange 12d vorgesehenen
Bewegungen 14d, 16d.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass 7 einen
Zustand zeigt, bei welchem die Griffstange 12d sich etwa
auf halbem Weg der Hinbewegung 14d befindet.
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Das
Betätigungsschwenklager 28d ist
ortsfest an einem rechteckigen Geräterahmen 32d vorgesehen.
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Ferner
umfasst das Gerät 10d einen
Bewegungswandler, der die von dem Benutzer durchgeführte Schwenkbewegung 14d, 16d in
eine lineare Bewegung eines zugfesten Kraftübertragungsteils wandelt. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist dieser Bewegungswandler von einer Wickelscheibe 34d gebildet,
die zusammen mit dem Schwenkarm 26d am Schwenklager 28d gelagert
ist und sich zusammen mit dem Schwenkarm 26d dreht. Bei
dieser Drehung der Wickelscheibe 34d wird ein am Umfang der
Wickelscheibe 34d mit einem Ende befestigtes Zugseil 36d am
Scheibenumfang aufgewickelt (für die
Hinbewegung 14d) bzw. abgewickelt (für die Rückbewegung 16d). Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
besitzt die Wickelscheibe 34d eine halbkreisförmige Form.
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Das
Zugseil 36d wird über
am Geräterahmen 32d festgelegte
Umlenkrollen 20d-1 und 20d-2 umgelenkt und ist
mit seinem anderen Ende an einem Kulissenstift 38d befestigt.
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Der
Kulissenstift 38d ist entlang einer elliptischen Führungsbahn
verschiebbar, die von einer hierfür vorgesehenen Kulisse 40d definiert
wird. Die Kulisse 40d besteht im Wesentlichen aus zwei
elliptischen Ringen, einem Innenring und einem Außenring,
zwischen denen die elliptische Führungsbahn verläuft. Die
Kulissenringe sind hierbei an der Flachseite einer plattenförmigen Schutzabdeckung 42d befestigt,
die wiederum an einer Seite des Geräterahmens 32d befestigt
(z. B. verschraubt) ist. In der Figur ist eine zweite Schutzabdeckung
(auf der anderen Seite des Geräterahmens)
weggelassen.
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Wie
es aus der Figur ersichtlich ist, liegen der Geräterahmen 32d, die
Wickelscheibe 34d, das Zugseil 36d mit den Umlenkrollen 20d-1, 20d-2 und
die ellipsenförmige
Kulisse 40d in ein und derselben, vertikalen Ebene.
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Da
sich die dem Kulissenstift 38d am nächsten angeordnete Umlenkrolle 20d-2 unterhalb
der Kulisse 40d befindet, drängt jede Zugspannung im Zugseil 36d den
Kulissenstift 38d im Verlauf der Kulisse stets nach unten.
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Der
in der Kulisse 40d geführte
Kulissenstift 38d wird jedoch auch nach oben belastet.
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Eine
entsprechende, nach oben gerichtete Kraft wird einerseits durch
eine parallel verlaufende Anordnung von zwei gummielastischen Zugseilen 44d hervorgerufen,
deren Enden an Lagern 46d-1 und 46d-2 in einem
oberen Bereich des Geräterahmens 32d festgelegt
sind und welche den Kulissenstift 38d untergreifen.
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Andererseits
wird der in der Kulisse 40d geführte Kulissenstift 38d auch
durch eine Hebeleinrichtung stets nach oben belastet. Diese Hebeleinrichtung
umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Hebelstange 48d, die an einem Hebelschwenklager 50d verschwenkbar
gelagert ist und beiderseits dieses Schwenklagers 50d jeweils
einen Hebelarm 52d bzw. 54d ausbildet. Das Schwenklager 50d ist
an einer vertikal verlaufenden Strebe 56d des Geräterahmens 32d angeordnet.
Der Endbereich des in der Figur linken Hebelarms 52d ist
mit einer in Hebelrichtung verlaufenden Langlochkulisse 58d versehen,
die von dem Kulissenstift 38d durchsetzt wird, so dass
der Kulissenstift 38d nicht nur von der Ellipsenkulisse 40d geführt ist
sondern gewissermaßen
auch auf dem Endbereich des Hebelarms 52d verschiebbar
reitet.
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Der
Hebelarm 52d drängt über seine
Kulisse 58d den Kulissenstift 38d deshalb nach
oben, weil der entgegengesetzte (hier in geradliniger Verlängerung
des Hebelarms 52d angeordnete) Hebelarm 54d nach
unten belastet ist.
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Die
Belastung des Hebelarms 54d nach unten erfolgt mittels
eines weiteren Zugseils 60d, von welchem ein Ende in einem
oberen Bereich des Geräterahmens 32d bei 62d festgelegt
ist und das andere Ende am äußeren Ende
des Hebelarms 54d befestigt ist (bei 64d). Eine
in diesem weiteren Zugseil 60d wirkende Zugspannung und
somit auf den Hebelarm 54d nach unten wirkende Kraft wird
durch die Gewichtskraft eines vertikal geführten Gewichtsstapels 22d-1 hervorgerufen,
dessen Gewichtskraft eine bei 66d vorgesehene lose Umlenkrolle
(so genannte Flasche) belastet. Die vertikale Führung des Gewichtsstapels 22d-1 erfolgt
durch ein Gewichtsstapelgestänge 68d,
welches die darauf aufgefädelten einzelnen
Gewichte durchsetzt.
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Wie
es aus der Figur ersichtlich ist, ermöglicht ein oberer abgewinkelter
Bereich des Gewichtsstapelgestänges 68d die
im Hinblick auf die Kraftcharakteristik des Geräts 10d unwirksame
Lagerung von weiteren Gewichten, die an dieser Stelle zu einem weiteren
Gewichtsstapel 22d-2 zusammengeschoben werden können. Durch
Verschieben von Gewichten vom Stapel 22d-2 zum Stapel 22d-1 oder
umgekehrt kann der Benutzer somit die auf das Zugseil 60d wirkende
Kraft wahlweise erhöhen
oder verringern.
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Das
Gerät 10d funktioniert
wie folgt: Wenn der Benutzer die Griffstange 12d bei der
Hinbewegung 14d verschwenkt (in der Figur im Uhrzeigersinn),
so wird das Zugseil 36d auf die Wickelscheibe 34d aufgewickelt
und zieht den Kulissenstift 38d von einer Ausgangsposition,
die etwa am oberen Rand der Ellipsenkulisse 40d liegt,
entlang der elliptischen Führungsbahn
(in der Figur im Gegenuhrzeigersinn) bis der Kulissenstift 38d eine
Position am unteren Ende der Ellipsenkulisse 40d einnimmt.
Diese Bewegung des Kulissenstifts 38d nach unten erfolgt
gegen eine entgegengesetzte Belastung des Kulissenstifts 38d,
die durch die gummielastischen Zugseile 44d sowie durch
den Hebelarm 52d auf den Kulissenstift 38d ausgeübt wird.
Es ist offensichtlich, dass die letztlich vom Benutzer durch dessen
Betätigungskraft zu überwindende
Belastung des Kulissenstifts 38d umso größer ist,
je mehr Gewichte sich im Gewichtsstapel 22d-1 befinden.
Bei der vom Benutzer ausgeführten
Hinbewegung 14d werden diese Gewichte entlang des Gestänges 68d angehoben
und die gummielastischen Zugseile 44d gespannt.
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Wenn
am Ende der Hinbewegung 14d der Kulissenstift 38d seine
untere Endposition innerhalb der Kulisse 40d eingenommen
hat und der Benutzer die Rückbewegung 16d durch ”kontrolliertes
Loslassen” der
Griffstange 12d einleitet, so gelangt der Kulissenstift 38d über diese
Totpunktstellung hinaus in den rechten Teil der Kulissenführungsbahn
und bewegt sich in dieser Bahn wieder nach oben. Getrieben wird
dieser zweite Bewegungsabschnitt des Kulissenstifts 38d durch
die gespannten gummielastischen Seile 44d sowie die ebenfalls
nach oben auf den Kulissenstift 38d wirkende Langlochkulisse 58d der
Hebelstange 48d. Auch die bei diesem ”Loslassvorgang” (Rückbewegung 16d)
vom Benutzer an der Griffstange 12d verspürte Belastung
ist offensichtlich umso größer, je
größer das
im Gewichtsstapel 22d-1 befindliche Gesamtgewicht ist.
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Auf
Grund der beschriebenen, besonderen Konstruktion, insbesondere die
zyklische Bewegung des Kulissenstifts 38d stets in einer
Richtung entlang der Ellipsenbahn trotz mehr oder weniger linearer Hin-
und Herbewegung der übrigen
Komponenten, ergibt sich eine ”asymmetrische
Belastungscharakteristik”,
bei welcher das Ausmaß der
an der Griffstange 12d anliegenden Belastung unterschiedliche
Verläufe
für die
Hinbewegung 14d und die Rückbewegung 16d besitzt.
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Mit
dem dargestellten Fitnessgerät 10d ergibt
sich damit ein vollkommen neuartiges, von vielen Benutzern als interessant
empfundenes Trainingsgefühl.
Außerdem
kann in vielen Fällen
durch diese besondere Belastungscharakteristik bzw. Belastungsasymmetrie
ein rascherer Trainingserfolg erzielt werden.
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Ein
weiterer Vorteil des Geräts 10d besteht darin,
dass es rein mechanisch arbeitet und somit in einfacher Weise in
jeder Fitness- oder Rehabilitationseinrichtung installiert und betrieben
werden kann.
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8 zeigt
schematisch eine weitere Ausführungsform
eines Fitnessgeräts 10e,
bei welchem eine von der Bewegungsrichtung einer Griffstange 12e unabhängige Grundbelastung
in herkömmlicher Weise
mittels einer Gewichtsstapeleinrichtung 22e bereitgestellt
wird und ein von der Bewegungsrichtung abhängiger Belastungsanteil durch
einen auf ein Zugseil 18e kraftüberlagernd einwirkenden elektrischen
Antrieb 70e bereitgestellt wird.
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Der
eine positive oder negative Zusatzbelastung bewirkende Antrieb 70e wird
von einer Steuereinheit 72e mit einem geeigneten Steuersignal
s1 beaufschlagt, welches in programmgesteuerter Weise von der Steuereinheit 72e erzeugt
wird.
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Die
einen Mikrocontroller enthaltende Steuereinheit 72e berücksichtigt
hierbei Sensorsignale s2, die von einem Sensor 74e zur
Messung der Stellung, Bewegungsrichtung und Belastung der Griffstange 12e im
Verlauf eines Kraftübertragungspfads zwischen
der Griffstange 12e und dem elektrischen Antrieb 70e angeordnet
ist.
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Des
weiteren berücksichtigt
die Steuereinheit 72e bei der Ansteuerung des Antriebs 70e die vor
Beginn der Übung
vom Benutzer an einer Bedienungseinrichtung 76e vorgenommenen
Einstellungen. Diese über
eine Benutzerschnittstelle der Bedienungseinrichtung 76e vorgenommenen
Einstellungen betreffen z. B. die Größe und den betätigungswegabhängigen Verlauf
der vom Antrieb 70e zu erzeugenden Zusatzbelastung. Ferner
weist die in Kommunikationsverbindung mit der Steuereinheit 72e stehende
Bedienungseinrichtung 76e eine Anzeigeeinrichtung (Display)
auf, an welchem der Benutzer über
seine Einstellungen und/oder Kenngrößen seines Trainings (z. B.
Anzahl der durchgeführten Übungen)
informiert wird. Zur Energieversorgung der elektrisch betriebenen
Komponenten des Geräts 10e dient
ein Stromanschlusskabel 78e.
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Ein
großer
Vorteil des Geräts 10e besteht
darin, dass auf Grund der externen Energieversorgung prinzipiell
vollkommen beliebige Belastungscharakteristiken vorgesehen werden
können.
Insbesondere können
völlig
problemlos beispielsweise sämtliche der
oben mit Bezug auf die 4 bis 6 beschriebenen
Belastungscharakteristiken realisiert werden.
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Wenn
bei dem Gerät 10e der
Benutzer die Griffstange 12e ausgehend von der Ausgangsstellung
bewegt, aber bereits vor Erreichen der Endstellung die Bewegungsrichtung
umkehrt, so kann vorgesehen sein, dass der bis dahin vorgesehene
Belastungsverlauf in umgekehrter Richtung wieder zurück durchlaufen
wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Belastung dann (sprunghaft
oder allmählich) auf
einen für
die Rückbewegung
vorgesehenen Belastungsverlauf erhöht bzw. abgesenkt wird, der
verschieden von dem Belastungsverlauf für die ”Hinbewegung” ist. Dies
hängt von
der Programmierung der Steuereinheit 72e bzw. den Benutzereinstellungen ab.
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9 veranschaulicht
in noch weiter schematisierter Form ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Fitnessgerät 10f.
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Ein
Betätigungsorgan 12f (z.
B. Griffstange) steht in Wirkverbindung mit einem Überlagerungsgetriebe 80f,
wobei Bewegungsparameter des Betätigungsorgans 12f einschließlich der
davon ausgeübten
Belastung von einer Erfassungseinrichtung 74f detektiert
werden.
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Die
Erfassungseinrichtung 74f gibt entsprechende Sensorsignale
s2 an eine elektronische Steuereinheit 72f aus.
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Das Überlagerungsgetriebe 80f steht
wiederum in Verbindung mit einem elektrischen Antrieb 70f,
mittels welchem ein durch die Steuereinheit 72f definierter
Belastungsanteil durch Ansteuerung mit dem Signal s1 vom Antrieb 70f auf
das Überlagerungsgetriebe 80f ausgeübt werden
kann.
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Ein
reversibler Energiespeicher 22f (z. B. Gewichtsstapeleinrichtung)
dient zur temporären Speicherung
von Energie und steht ebenfalls in Wirkverbindung mit dem Überlagerungsgetriebe 80f.
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Schließlich ist
eine ebenfalls auf das Überlagerungsgetriebe 80f einwirkende
Bremseinrichtung 82f vorgesehen, die mittels eines Ansteuersignals
s3 von der Steuereinheit 72f angesteuert wird.
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Die
elektrisch betriebenen Komponenten des Geräts 10f werden über ein
elektrisches Anschlusskabel 78f mit Energie versorgt.
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Wenngleich
oben konkrete Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Fitnessgeräts beschrieben
wurden, so ist es selbstverständlich,
dass daran Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der
Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können eine Vielzahl von anderen
Kraft- oder Drehmomentverläufen
vorgesehen sein, die von den beispielhaften Darstellungen der 4 bis 6 erheblich
abweichen. Auch können
vorteilhaft einzelne Details miteinander kombiniert werden, die
oben jeweils nur für
ein Ausführungsbeispiel
explizit beschrieben wurden.