DE102009055700A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft für einen Benutzer eines Trainingsgeräts - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft für einen Benutzer eines Trainingsgeräts Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft für einen Benutzer (B) eines Trainingsgeräts (T), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine mit Druck beaufschlagbare Zylindereinrichtung (10; 20) oder einen geregelten Elektromotor (40) aufweist, durch welche die Trainingskraft für den Benutzer (B) des Trainingsgeräts (T) erzeugbar ist, dass ein Ausgang (1'; 21') der Zylindereinrichtung (10; 20) oder der Elektromotor (40) mit einem Ende eines Krafttransferelements (2) verbunden ist, und dass durch das Krafttransferelement (2) der Benutzer (B) des Trainingsgeräts (T) mit der Trainingskraft beaufschlagbar ist, wobei die von der Vorrichtung (1) erzeugte Trainingskraft einen im wesentlichen konstanten Verlauf besitzt oder gemäß einer definierten, vorzugsweise wegabhängigen, Kraftkennlinie verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft für einen Benutzer eines Trainingsgeräts.
  • Ein derartiges Trainingsgerät ist aus der DE 20 2007 008 887 des Anmelders bekannt. Der Benutzer des Trainingsgeräts stützt sich hierbei mit mindestens einer seiner Extremitäten oder mit seinem Rumpf auf einem Grundelement des Trainingsgeräts ab. In der Regel steht oder kniet der Benutzer auf diesem. Durch die Wirkung der Schwerkraft wird er gegen das Grundelement des Trainingsgeräts gedrückt, so dass eine Wirkverbindung zwischen dem Benutzer und dem Trainingsgerät hergestellt wird, welche bewirkt, dass die vom Grundelement des Trainingsgeräts erzeugte Anregung, z. B. periodische und/oder aperiodische Schwingungen, auf den Benutzer einwirken und derart dessen Bewegungsapparat stimulieren.
  • Insbesondere bei Langzeitaufenthalten von Astronauten oder Kosmonauten in einer Raumstation ist es erforderlich, dass deren Bewegungsapparat regelmäßig trainiert wird, um einem Muskelschwund entgegenzuwirken. Da aber im Weltall keine Schwerkraft wirkt, stößt der Einsatz bekannter Trainingsgeräte auf Schwierigkeiten, da in Folge des dort herrschenden schwerelosen Zustands keine sich von selbst einstellende Wirkverbindung zwischen dem Grundelement des Trainingsgeräts und dem Benutzer gegeben ist. Es ist daher erforderlich, auf den Benutzer des Trainingsgeräts eine definierte Trainingslast aufzubringen, welche die Wirkung der Schwerkraft simuliert, so dass wiederum eine Wirkverbindung zwischen dem Trainingsgerät und dem Benutzer gegeben ist.
  • Das Erfordernis, auf einen Benutzer eines Trainingsgeräts eine definierte Trainingskraft (oder auch „Trainingslast”) aufzubringen, tritt aber nicht nur bei extraterrestrischen Anwendungen auf. Auch bei einem Training, insbesondere zu therapeutischen oder Rehabilitationszwecken, ist es erforderlich, dass der Trainierende mit einer definierten Trainingskraft beaufschlagt wird. Bisher werden hierfür Trainingsgewichte zur Erzeugung der Trainingskraft eingesetzt. Eine derartige Maßnahme hat den Nachteil, dass diese Gewichte bei der Trainingsbewegung beschleunigt und abgebremst werden müssen, so dass in diesem dynamischen Fall Kräfte zur Beschleunigung und/oder zur Abbremsung der Trainingsgewichte benötigt werden, welche deutlich größer sind als die Gewichtskraft der Trainingsgewichte. Gerade bei einem therapeutischen Training wird hierdurch eine sicheres Training mit definierten Maximalkräften erschwert, wie dies z. B. bei einer Rehabilitation bei reduzierter erlaubter Belastung gegeben ist.
  • Die EP 92 904 430 beschreibt eine Übungsvorrichtung mit einer Bewegungseinheit, einem Bewegungsübertragungsmechanismus, der mit der Bewegungseinheit verbunden ist, und einem hydraulischen System, welches mit dem Bewegungsübertragungsmechanismus verbunden ist, um die Bewegungen der Bewegungseinheit zu kontrollieren. Das die Trainingskraft der bekannten Übungsvorrichtung erzeugende hydraulische System weist einen Kolben mit einem Kolbenzylinder und einer durchgehenden Kolbenstange auf. Der Kolben hat eine dem oberen Ende des Kolbenzylinders zugewandte Oberfläche, welche dasselbe Maß hat, wie die Fläche in Richtung auf das untere Ende desselben. Die Enden sind mithilfe von zugehörigen Konstantströmungsventilen in einem Kreislauf miteinander verbunden. Diese Konstantströmungsventile gewährleisten eine konstante Geschwindigkeit der Bewegungseinheit, die unabhängig von der aufgebrachten Kraft ist. Je größer die Last, die auf die Kolbenstange und auf das damit zusammenwirkende Konstantströmungsventil aufgebracht wird, ist, desto größer ist die von dem Ventil bereit gestellte Reaktionskraft. Der Widerstand entsteht dabei als Reaktionskraft, die sich kontinuierlich und automatisch an die Last des Benutzers anpasst, die sich während des Übens verändert.
  • Die bekannte Übungseinrichtung und die bei ihr zur Erzeugung der Trainingskraft verwendete Vorrichtung besitzen den Nachteil, dass die Trainingskraft zwar unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der sich der Benutzer im Trainingsgerät bewegt oder dieses beaufschlagt, ist. Jedoch ermöglicht die bekannte Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft nicht, eine im wesentlichen konstante Trainingskraft, wie sie etwa der Simulation der Schwerkraft im schwerelosen Raum dient, zu erzeugen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass in einfacher Art und Weise eine definierte Trainingslast auf den Benutzer eines Trainingsgeräts erzeugbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine mit Druck beaufschlagbare Zylindereinrichtung oder einen geregelten Elektromotor aufweist, durch welche die Trainingskraft für den Benutzer des Trainingsgeräts erzeugbar ist, dass ein Ausgang der Zylindereinrichtung oder der Elektromotor mit einem Ende eines Krafttransferelements verbunden ist, und dass durch das Krafttransferelement der Benutzer des Trainingsgeräts mit der Trainingskraft beaufschlagbar ist, wobei die von der Vorrichtung erzeugte Trainingskraft einen im wesentlichen konstanten Verlauf besitzt oder gemäß einer definierten, vorzugsweise wegabhängigen, Kraftkennlinie verläuft.
  • Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass in einfacher Art und Weise eine Wirkverbindung zwischen dem Benutzer eines Trainingsgeräts und letzterem hergestellt werden kann, indem durch die Zylindereinrichtung oder der Elektromotor der Vorrichtung eine Kraft erzeugt wird, die über das Krafttransferelement auf den Benutzer übertragen wird. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen besteht darin, dass die durch die Zylindereinrichtung oder den geregelten Elektromotor erzeugte Kraft im wesentlichen konstant oder nach einer vorgegebenen Kernlinie verläuft, ist, so dass eine definierte Trainingskraft erzeugbar ist, die relativ einfach einstellbar und damit auf individuelle Bedürfnisse des Benutzers abstimmbar ist. Die Verwendung eines Zylinders oder eines geregelten Elektromotors, insbesondere eines Linearmotors, besitzt den Vorteil, dass die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugbare, definierte Trainingskraft im wesentlichen unabhängig vom Weg, der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung des im oder durch das Trainingsgerät bewegten Körpers oder Körperteils des Benutzers ist. Das ist ein deutlicher Vorteil gegenüber Trainingsgeräten, die zur Erzeugung einer Trainingskraft Trainingsgewichte verwenden. Im dynamischen Fall treten aufgrund der geringen Masse der bewegten Teile und der weitgehend geschwindigkeitsunabhängigen Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand keine wesentlichen geschwindigkeits- und beschleunigungsabhängigen Kräfte auf, wie dies bei den bekannten, Trainingsgewichte, also träge Massen verwendenden Vorrichtungen der Fall ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich des weiteren durch ihre universelle Einsetzbarkeit auf, da sie über einfach und schnell zu variierende Betriebsmodi verfügt. Außerdem weist sie eine kompakte und leichte Bauform auf, so dass auch ein mobiler Einsatz möglich ist. Viele Trainingsgeräte können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung leicht nachgerüstet werden, um die bisher verwendeten Trainingsgewichte zu ersetzen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch als einfaches Trainingsgerät verwendet werden.
  • Durch die Beaufschlagung des Benutzers mit der derart erzeugten definierten Trainingskraft wird dieser dann im Fall eines extraterrestrischen Trainingsgeräts – vergleichbar mit der Wirkung der Schwerkraft – auf ein Grundelement des Trainingsgeräts gedrückt, so dass der Benutzer das Grundelement des Trainingsgeräts beaufschlagt. Hierdurch ist es wieder möglich, die durch das Grundelement des Trainingsgeräts erzeugte Anregung, z. B. periodische und/oder aperiodische Schwingungen, in den Körper des Benutzers einzuleiten und derart seinen Bewegungsapparat zu trainieren.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zylindereinrichtung als eine Überdruck-Zylindereinrichtung ausgebildet ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass verschiedene Druckwerte und somit unterschiedliche Trainingskräfte einfach mittels eines Druckminderers einstellbar sind.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zylindereinrichtung als eine Unterdruck-Zylindereinrichtung ausgebildet ist. Die Verwendung von Unterdruck zur Erzeugung der Trainingskraft besitzt den Vorteil, dass eine derartige Vorrichtung sehr kompakt und leicht baut. Dies ist insbesondere aufgrund der beschränkten Nutzlast von Weltraumtransportern, durch welche die Vorrichtung zu einer Raumstation gebracht werden muss, von Vorteil. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Unterdruck zur Erzeugung der Trainingskraft ist dadurch gegeben, dass der zur Erzeugung der Trainingskraft erforderliche Unter druck relativ rasch aufgebaut werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Unterdruck-Zylindereinrichtung hierfür in der Ruheposition bei minimalem Unterdruckvolumen positioniert ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung einen Ausgleichsbehälter aufweist, dessen Volumen deutlich größer ist als das Volumen der Zylindereinrichtung. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch eine weitgehend konstante Trainingskraft ausgebildet werden kann. Zudem kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit geringem oder minimalen Aufwand mittels eines optional vorsehbaren zusätzlichen Ventils zwischen Ausgleichsbehälter und Überdruck- bzw. Unterdruck-Zylindereinrichtung die Charakteristik von einer annähernd konstanten (wegunabhängigen) Kraft zu einer definierten Kraftkennlinie (wegabhängige Kraft) umgeschaltet werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Elektromotor, insbesondere der Linearmotor, kraft- oder drehmomentgeregelt ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass der mittels eines Steuergeräts kraft- oder drehmomentgeregelte Elektromotor leicht über eine Kennliniensteuerung an die aktuelle Trainingssituation angepasst werden kann, wobei die vom Elektromotor erzeugte Trainingskraft wiederum im wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung des im oder durch das Trainingsgerät bewegten Körpers oder Körperteils des Benutzers ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Trainingsgerät eingesetzt wird, das eine Schlittenanordnung aufweist, zu deren Bewegung der Benutzer die Trainingskraft überwinden muss oder hierbei von der Trainingskraft unterstützt wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die beschriebene Vorrichtung als Trainingsgerät als solches verwendet, wobei die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Kraft auf die trainierende Person übertragen und somit ein resistives Training ermöglicht wird.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im folgenden anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:
  • 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Trainingsgerät,
  • 2: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung,
  • 3: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung,
  • 4: ein viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Trainingsgerät,
  • 5: ein fünftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Trainingsgerät,
  • 6: ein sechstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Trainingsgerät,
  • 7: die Verwendung des fünften Ausführungsbeispiels der Vorrichtung als ein Trainingsgerät,
  • 8: ein siebtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Trainingsgerät,
  • 912: ein achtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Trainingsgerät,
  • 13a, 13b: ein neuntes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zusammen mit einem Trainingsgerät,
  • 14a, 14b: ein zehntes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Trainingsgerät, und
  • 15: ein elftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Vibrationstrainingsgerät.
  • In 1 ist nun ein erstes Ausführungsbeispiel einer allgemein mit 1 bezeichneten Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft zusammen mit einem Trainingsgerät T dargestellt, auf dessen Grundelement G ein Benutzer B mit seinen unteren Extremitäten steht. Das Grundelement G wird von einer Antriebseinrichtung A angetrieben, durch welche das Grundelement G in periodische und/oder aperiodische Schwingungen versetzbar ist. Es ist dem Fachmann klar ersichtlich, dass eine derartige Ausgestaltung des Trainingsgeräts T aber nicht zwingend erforderlich ist.
  • Eine durch die Vorrichtung 1 – wie nachstehen beschrieben – erzeugte Trainingskraft wird durch ein Krafttransferelement 2 auf den Benutzer B übertragen. Im hier gezeigten Fall besteht das Transferelement 2 im wesentlichen aus zwei Seilen 2a und 2b, welche mit einem Ausgang 1' der Vorrichtung 1 verbunden sind und über Umlenkrollen 3a, 3b geführt sind. Die anderen Enden der Seile 2a, 2b sind jeweils mit einem Haltegriff 4a, 4b versehen, so dass der Benutzer B des Trainingsgeräts T sich daran festhalten und sich derart gegen das Grundelement G des Trainingsgeräts T drücken und dieses dadurch beaufschlagen kann.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine mit Druck beaufschlagbare Zylindereinrichtung 10 auf, die bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 als eine Überdruck-Zylindereinrichtung 10 ausgebildet ist. Zur Erzeugung der über das Krafttransferelement 2 auf den Benutzer B übertragbaren Trainingskraft weist die Zylindereinrichtung 10 einen Zugzylinder 11 auf, in dessen Kolbenkammer 12 ein Kolben 13 mit einer Kolbenstange 14 angeordnet ist, welche den Ausgang 1' der Vorrichtung 1 darstellt. Folglich ist das Krafttransferelement 2 mit der Kolbenstange 14 verbunden; im hier gezeigten Fall sind also die beiden Seile 2a, 2b mit ihrem ersten Ende an der Kolbenstange 14 befestigt. Eine Druckbeaufschlagung des Kolbens 13 bewirkt, dass sich die Kolbenstange 14 in 1 nach links verschiebt und derart eine Trainingskraft für den Benutzer des Trainingsgeräts T ausgebildet wird. Diese Druckbeaufschlagung des Kolbens 13 erfolgt im einfachsten Fall dadurch, dass von einer Überdruck-Erzeugungseinheit 15, z. B. einen Kompressor, erzeugte Druckluft über eine Leitung 15a zu einem Eingang 1'' des Kolbenraums 12 geleitet wird.
  • Durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung der Überdruck-Erzeugungseinheit 15 kann der Druck im Kolbenraum 12 – also der Quotient aus der die Kolbenfläche des Kolbens 13 beaufschlagenden Kraft und der Fläche der Kolbenfläche – und somit die auf den Benutzer B des Trainingsgeräts T einwirkende Trainingskraft gesteuert oder geregelt werden.
  • Aufgrund der gering bewegten Massen müssen bei der beschriebenen Vorrichtung 1 in vorteilhafter Art und Weise keine zusätzlichen Kräfte zur Beschleunigung der trägen Masse von sonst benötigten Trainingsgewichten aufgebracht werden. Dies wird aus folgenden Überlegungen ersichtlich: Wird beispielsweise eine Trainingskraft von 100 kg mit Hilfe eines Trainingsgewichts mit einer trägen Masse von 100 kg erzeugt, muss der Benutzer im statischen Fall eine Kraft von ca. 1.000 N aufbringen. Soll nun das Trainingsgewicht bewegt werden, muss es beschleunigt werden. Je nach Beschleunigung würden in diesem dynamischen Fall deutlich höhere Kräfte als die 1.000 N des statischen Falls vom Benutzer aufgebracht werden müssen. Werden aber anstelle der trägen Massen aber die beschriebenen Maßnahmen eingesetzt, so bleibt auch im dynamischen Fall des Trainings die benötigte Kraft weitgehend konstant, da bei der beschriebenen Vorrichtung die bewegten Massen im Bereich weniger Kilogramm liegen und darüber hinaus die bei deren Bewegung auftretende Reibung reduziert oder minimiert werden kann.
  • In 2 ist nun schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zylindereinrichtung 10 dargestellt, die sich von dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel – bei dem die Überdruck-Erzeugungseinheit 15 direkt mit der Kolbenkammer 12 verbunden ist – dadurch unterscheidet, dass zwischen der Überdruck-Erzeugungseinheit 15 und der Kolbenkammer 12 ein Druckspeicher 16 und ein Ausgleichsbehälter 17 angeordnet sind, wobei zwischen dem Druckspeicher 16 und dem Ausgleichsbehälter 17 vorzugsweise ein Druckminderer 18 angeordnet ist. Die Verwendung eines Druckspeichers 16 besitzt den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, dass die Überdruck-Erzeugungseinheit 15 ständig in Betrieb ist, da durch den Druckspeicher 16 eine hinreichend große Druckreserve aufbaubar ist. Außerdem bewirkt der Druckspeicher 16, dass von der Überdruck-Erzeugungseinheit 15 hervorgerufene Druckschwankungen reduziert werden.
  • Der Ausgleichsbehälter 17 ist dabei vorzugsweise derart dimensioniert, dass sein Volumen deutlich größer als das Volumen der Kolbenkammer 12 ist, so dass eine durch eine Auslenkung des Kolbens 13 bewirkte Änderung des mit Druckluft beaufschlagten Volumens der Kolbenkammer 12 nur zu einer geringen Änderung der von der Vorrichtung 1 erzeugten Trainingskraft führt. Ist z. B. das Volumen des Ausgleichsbehälters 17 das Zehnfache des Volumens der Kolbenkammer 12, so variiert die Trainingskraft bei einem vorgegebenen Überdruck maximal um 10%. Die Verwendung eines Ausgleichsbehälters 17 besitzt also den Vorteil, dass hierdurch weitgehend konstante Trainingskräfte erzeugbar sind.
  • Die Verwendung eines Druckminderers 18 besitzt den Vorteil, dass hierdurch in einfacher Art und Weise bei konstantem Druck im Druckspeicher 16 unterschiedliche Drücke in der Kolbenkammer 12 und somit unterschiedliche Trainingskräfte eingestellt werden können.
  • Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass sowohl ein Druckspeicher 16, ein Ausgleichsbehälter 17 und ein Druckminderer 18 vorgesehen sind. Dies ist natürlich nicht zwingend. Es kann also für gewisse Anwendungen durchaus ausreichend sein, dass nur ein Druckspeicher 16 oder nur ein Ausgleichsbehälter 17 vorgesehen sind. Wenn man auf eine variable Einstellung der Trainingskraft verzichten möchte, kann auch dann der Druckminderer 18 entfallen.
  • Wie ebenfalls aus 3 ersichtlich ist, wird bevorzugt, dass zwischen der Zylindereinrichtung 10 und dem Ausgleichsbehälter 17 in der Leitung 15a ein Absperrventil 19 angeordnet ist. Dieses dient dazu, die Kraftkennlinie der Zylindereinrichtung 10 zu verändern, indem durch ein Betätigen des Absperrventils 19 die Charakteristik der Vorrichtung 1 von einer annähernd konstanten (wegunabhängigen) Kraft zu einer definierten Kraftkennlinie (wegabhängige Kraft) umgeschaltet werden kann: Wird das Absperrventil 19 geschlossen, so ist die Verbindung zwischen der Kolbenkammer 12 und dem Ausgleichsbehälter 17 unterbrochen, so dass bei einer Verkleinerung des Volumens der Kolbenkammer 12 durch eine Auslenkung der Kolbenstange 11 der Druck in dieser und somit die von der Vorrichtung 1 erzeugten Kraft zunimmt, da das Produkt aus dem in der Kolbenkammer 12 herrschenden Druck und dem Volumen der Kolbenkammer 12 konstant bleibt, mit der Folge, dass bei einem verkleinerten Volumen der Kolbenkammer 12 der Druck und somit die Trainingskraft ansteigt. Ist hingegen das Absperrventil 19 geöffnet, so bewirkt der Ausgleichsbehälter 17, dass – wie vorstehend beschrieben – die von der Vorrichtung 1 erzeugte Kraft annähernd konstant bleibt.
  • In 3 ist nun schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 dargestellt, welches sich von den ersten beiden Ausführungsbeispielen dadurch unterscheidet, dass anstelle des Zugzylinders 11 ein Druckzylinder 11' verwendet wird. Die Funktionsweise einer derartigen Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer Trainingskraft für den Benutzer B des Trainingsgeräts T ist dem Fachmann leicht aus der vorstehenden Beschreibung ableitbar, so dass es nicht mehr erforderlich ist, hierauf detailiert einzugehen. Von Vorteil ist bei einer mit Überdruck arbeitenden Vorrichtung 1, dass die Verbindung zwischen dem Zylinder 10 und dem Ausgleichsbehälter 17 einen sehr großen Durchmesser aufweist, der – wie aus 3 ersichtlich ist – vorzugsweise dem Durchmesser des Zylinders 11' entspricht oder nur geringfügig kleiner ist. Es ist auch möglich, dass der Zylinder 11' direkt mit dem Ausgleichsbehälter 17, also ohne Zwischenschaltung einer Leitung, verbunden ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass die geschwindigkeitsabhängige Reibungskraft aufgrund der Luftmasse, welche vom Ausgleichsbehälter 17 zum Zylinder 11' strömt, nur äußerst gering ist.
  • In 4 ist nun ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer Trainingskraft für den Benutzer B eines Trainingsgeräts T dargestellt. Dessen grundsätzlicher Aufbau entspricht im wesentlichen demjenigen der 1, so dass einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht mehr näher beschrieben werden. Der wesentliche Unterschied zwischen dem vierten Ausführungsbeispiel und dem ersten Ausführungsbeispiel besteht nun darin, dass die Zylindereinrichtung 20 mit Unterdruck arbeitet. Demzufolge weist sie einen Unterdruck-Zugzylinder 21 auf, dessen Ausgang 21' mit dem Krafttransferelement 2 verbunden ist. Ein Eingang 21'' des Unterdruck-Zugzylinders 21 ist folglich nicht – wie beim ersten Ausführungsbeispiel – mit ei ner Überdruck-Erzeugungseinheit, sondern mit einer Unterdruck-Erzeugungseinheit 25, vorzugsweise mit einer Unterdruckpumpe, verbunden, so dass der dem Eingang 21'' benachbarte Bereich der Kolbenkammer 22 mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist. Diese Beaufschlagung bewirkt, dass ein Kolben 23 in 4 nach links bewegt wird, so dass eine Trainingskraft für den Benutzer B ausgebildet und über das Krafttransferelement 2 auf diesen übertragen wird.
  • Die Verwendung von Unterdruck besitzt den Vorteil, dass hierdurch die Zylindereinrichtung 20 und somit die Vorrichtung 1 sehr kompakt und leicht baut. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Unterdruck wegen des sehr kleinen benötigten Volumens mit einer einfachen kleinen Pumpe schnell aufgebaut werden kann und auch bei sehr langen Hüben des Kolbens relativ konstant bleibt. Auch mit einer einfachen und günstigen Elektropumpe mit einer geringen Förderleistung oder mit einer einfachen Handpumpe können somit leicht Unterdrücke von 0,1 bis 0,05 bar erzeugt werden. Da der maximale Unterdruck bei 0 bar liegt und der die Vorrichtung 1 umgebende Druck im wesentlichen durch den Atmosphärendruck bestimmt und somit bei 1 bar liegt, ergibt sich somit ein maximaler Fehler in der Konstanz der Kraftabhängigkeit der Kolbenposition im Zylinder von unter 10% bzw. unter 5%. Mit aufwendigeren Pumpen können leicht Unterdrücke von 0,01 bar erreicht werden, wobei dann der Fehler bei der Konstanz der Kraft unter 1% liegt.
  • Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Unterdruck besteht darin, dass zur Erzeugung einer annähernd konstanten Kraft kein zusätzlicher Druckregler erforderlich sind, da der im Kolben oder im System „Kolben-Ausgleichsbehälter” einmal eingestellte Unterdruck während der gesamten Übung konstant bleibt. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Unterdruck besteht darin, dass die Zylindereinrichtung 20 sehr einfach aufgebaut ist und eine hohe Betriebssicherheit aufweist, da sie mit Arbeitsdrücken von kleiner als 1 bar arbeitet und nicht – wie z. B. eine mit Überdruck arbeitende Druckerzeugungseinrichtung – mit typischen Arbeitsdrücken von 8 bis 10 bar.
  • Die Verwendung von Unterdruck besitzt den weiteren Vorteil, dass auf einen Druckregler verzichtet werden kann. Bei der Verwendung eines Druckreglers, der kontinuierlich einen Druck in der Zylindereinrichtung 20 abhängig von der momentanen Position des Kolbens 23 in der Kolbenkammer 22 nachregeln müsste, würde ständig ein Über- bzw. Unterdruckvolumen nachgeführt werden müssen, was einen erheblich größeren Aufwand gegenüber der beschriebenen Vorrichtung 1 bezüglich der zur Erzeugung des Drucks eingesetzten Einrichtung, also bezüglich eines aufwendigen Regelventils bzw. dessen Ansteuerung/Regelung bedeuten würde.
  • In 5 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 dargestellt, welch sich von dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch entscheidet, dass zur Realisierung des vorstehend angesprochenen Systems „Kolben-Ausgleichsbehälter” dem Eingang 21' des Unterdruck-Zugzylinders 21 der Ausgleichbehälter 17 vorgeschaltet ist, der über ein optional vorsehbaren Druckminderer 18 mit dem Druckspeicher 16 verbunden ist, welcher seinerseits wiederum über die Druckleitung 15a mit der Unterdruckpumpe 25 verbunden ist. Das fünfte Ausführungsbeispiel ist somit das Unterdruck-Pendant des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Zylindereinrichtung 10 mit einem Überdruck beaufschlagt wird.
  • Vorzugsweise wird sowohl beim vierten als auch beim fünften Ausführungsbeispiel, die Vorrichtung 1 derart ausgebildet, dass sie mit vollem Unterdruck (–1 bar) arbeiten kann, um einen konstanten Verlauf der Trainingskraft zu erreichen. Es ist aber auch möglich, die Zylindereinrichtung 20 derart auszubilden, dass nur ein Teilunterdruck im Zugzylinder 21 und damit ein definierter, wegabhängiger Verlauf der Trainingskraft erzielbar ist. Ein derartiger Teilunterdruck ist insbesondere bei dem in 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 von Vorteil, da durch den Ausgleichsbehälter 17 ein annähernd konstanter Verlauf der Trainingskraft erzielt werden kann, welche aber durch den Druckminderer 18 einstellbar ist.
  • Sowohl beim vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel als auch beim zweiten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Ausgleichsbehälter 17 in den Zylinder 11, 21 integriert ist. Die Darstellung der 3 und 5 sind somit als funktionale Darstellungen zu verstehen und beschränken diese nicht auf einen separaten, vom Zylinder 11, 21 separierten Ausgleichsbehälter 17.
  • In 6 ist nun ein sechstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 dargestellt, welche sich von der in 4 dargestellten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das Krafttransferelement 2 nicht derart ausgebildet ist, dass der Benutzer B des Trainingsgeräts T dieses mit seinen Händen ergreifen muss: Es ist vorgesehen, dass das Krafttransferelement 2 an seinen zweiten Enden Schulterpolster 4c, 4d aufweist, so dass die Trainingskraft an den Schultern des Benutzers B einleitbar ist. Dem Fachmann ist aber aus obiger Beschreibung klar ersichtlich, dass die hier beschriebenen beiden Ausbildungen des Transferelements 2, nämlich einerseits mit Griffen 4a, 4b, andererseits mit Schulterpolstern 4c, 4d oder bei gebeugtem Oberkörper über das Rückenpolster nicht zwingend sind. Vielmehr ist jede Ausgestaltung, z. B. auch ein Hüftgurt möglich, der es erlaubt, die von der Vorrichtung 1 erzeugte Trainingskraft auf den Benutzer B zu übertragen.
  • Die 7 zeigt nun die Verwendung der Vorrichtung 1 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel als ein Trainingsgerät als solches. Die Vorrichtung 1 zur Erzeugung der Trainingskraft wird hierbei als ein Trainingsgerät, in dem hier beschriebenen Fall als ein einfaches Trainingsgerät zum Kraft- bzw. Leistungstraining der Armmuskulatur eines Benutzers B eingesetzt. Hierzu ist das Krafttransferelement 2 mit einem Seilzug 2c verbunden, der über zwei Umlenkrollen 3a und 3b, welche an einem Gestell oder beispielsweise einer Wand 26 fixiert sind, zu einem Haltegriff 4c geführt wird, der somit Kraft auf die Hand bzw. den Arm des Benutzers B aufbringt. Somit dient die Vorrichtung 1 in diesem Fall als Ersatz für ein ansonsten eingesetztes Trainingsgewicht.
  • Die beschriebene Vorrichtung 1 ist somit in vorteilhafter Art und Weise auch als einfaches Trainingsgerät einsetzbar.
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist somit exemplarisch für die mögliche Kombination der Vorrichtung 1 mit einem beliebigen Trainingsgerät, welches zur Erzeugung des gewünschten Trainingseffekts Kräfte in den Körper des Benutzers B einleiten muss. Somit kann die Vorrichtung 1 beispielsweise bei Trainingsgeräten, die bislang fixe oder variable Gewichte zur Erzeugung der Trainingskraft einsetzen, eben diese Gewichte mit den zuvor beschriebenen Vorteilen bezüglich geringer bewegter Massen ersetzen.
  • Die 8 zeigt nun ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer definierten Trainingskraft. Die über das Transferelement 2 auf den Benutzer übertragene Trainingskraft wird dadurch erzeugt, dass ein geregelter, hier kraft- oder drehmomentgesteuerter Elektromotor 40 verwendet wird, der mit einem Übertragungselement 41 mit einer Seilrolle 42 verbunden ist, auf der das das Krafttransferelement 2 ausbildende Seil 2c aufgerollt ist. Das Seil 2 verläuft dann über zwei Rollen 3a, 3b und beaufschlagt über einen Griff 4e den Arm des Benutzers. Bevorzugt wird, dass der Elektromotor 40 als kraftgeregelter Linearmotor ausgebildet ist.
  • In den 9 bis 12 ist nun ein Trainingsgerät T zusammen mit einem achten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer Trainingskraft dargestellt. Das Trainingsgerät T weist eine Schlittenanordnung 60 mit einem auf Führungen 61 verschiebbaren Schlitten 62 auf, auf welchem der Benutzer – wie aus den 9a und 9b ersichtlich ist – während des Trainings auf einem Auflagepolster 66 liegt und sich dabei mit seinen Schultern auf einem Polster 63 abstützt. Seine Füße beaufschlagen eine Basisplatte 64. Der Schlitten 62 ist über ein über Umlenkrollen 68a, 68b geführtes Krafttransferelement 2, das hier ebenfalls als Seil 2a ausgebildet ist, mit der Vorrichtung 1 verbunden. Führt der Benutzer nun – wie in den 10a und 10b dargestellt – eine sprungartige Bewegung durch, indem er eine Ausholbewegung durch Abwinkeln des Oberkörpers und der Beine durchführt und sich mit seinen Füßen vom Basiselement 64 abstößt, so muss er dabei die von der Vorrichtung 1 erzeugte Trainingskraft überwinden, um in die in 11 dargestellte Lage zu gelangen.
  • In den 12a und 12b sind nun zwei weitere Varianten des Schlittens 62 dargestellt, welche sich in der Art und Weise unterscheiden, in der das den Benutzer tragendes Auflagepolster 66 ausgebildet ist. Während bei der Variante der 12a das Polster 66 beweglich in einem Auflager 67 angeordnet ist, ist bei der in 12b dargestellten Variante vorgesehen, dass das Auflagepolster 66 mittels Gurte 69 am Schlitten 62 befestigt ist.
  • Die 13a und 13b zeigen nun ein weiteres Trainingsgerät T, welches die Schlittenanordnung 60 der 9 bis 12 verwendet. Der Schlitten 62 ist wie in den 12a und 12b dargestellt ausgebildet, so dass er einer Bewegung des Oberkörpers des Benutzers B folgen kann. Hierbei ist vorgesehen, dass die Schlittenanordnung 60 an einem Kipptisch 70 angeordnet ist und mit diesem über ein Gelenk 71 verbunden ist, so dass die Schlittenanordnung 60 schräggestellt werden kann. Der Kipptisch kann optional mit einem elektromotorischen Spindeltrieb 72 mit Arretierung ausgestattet werden, der die Verstellung des Kippwinkels des Kipptischs 70 ermöglicht.
  • In den 14a und 14b ist nun ein weiteres Trainingsgerät T dargestellt, welches wiederum die Schlittenanordnung 60 verwendet. Der Unterschied zum Trainingsgerät T der 13a und 13b ist, dass das Krafttransferelement 2 eine dritte Umlenkrolle 68c aufweist, die am oberen Ende der Schlittenanordnung 60 angeordnet ist und somit am oberen Ende des Schlittens 62 angreift. Hierdurch wird eine Reduktion der Trainingskraft erreicht, indem die Vorrichtung 1 einen Teil der vom Benutzer ausgeübten Schwerkraft kompensiert. In diesem Fall wird also die Vorrichtung 1 zur Verminderung der auf einen Benutzer einwirkenden Trainingskraft.
  • In der 15 ist nun ein weiteres Trainingsgerät T dargestellt, welches wiederum eine Schlittenanordnung 60 verwendet. Der Unterschied zum Trainingsgerät T der 13a und 13b ist, dass ein Vibrationstrainingsgerät V eingesetzt wird, wodurch zusätzlich zur Trainingskraft der Vorrichtung 1 ein Vibrationsreiz auf den Benutzer B aufgebracht werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 202007008887 [0002]
    • - EP 92904430 [0005]

Claims (17)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Trainingskraft für einen Benutzer (B) eines Trainingsgeräts (T), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine mit Druck beaufschlagbare Zylindereinrichtung (10; 20) oder einen geregelten Elektromotor (40) aufweist, durch welche die Trainingskraft für den Benutzer (B) des Trainingsgeräts (T) erzeugbar ist, dass ein Ausgang (1'; 21') der Zylindereinrichtung (10; 20) oder der Elektromotor (40) mit einem Ende eines Krafttransferelements (2) verbunden ist, und dass durch das Krafttransferelement (2) der Benutzer (B) des Trainingsgeräts (T) mit der Trainingskraft beaufschlagbar ist, wobei die von der Vorrichtung (1) erzeugte Trainingskraft einen im wesentlichen konstanten Verlauf besitzt oder gemäß einer definierten, vorzugsweise wegabhängigen, Kraftkennlinie verläuft.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindereinrichtung (10) einen mit Überdruck beaufschlagbaren Zugzylinder (11) oder einen Druckzylinder (11') aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Zylinder (11 bzw. 11') eine Kolbenkammer (12) aufweist, in der ein Kolben (13) mit einer Kolbenstange (14) angeordnet ist, dass der Kolbenkammer (12) ein von einer Überdruck-Erzeugungseinheit (15) erzeugter Überdruck zuführbar ist, und dass die Kolbenstange (14) mit dem Krafttransferelement (2) verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Überdruck-Erzeugungseinheit (15) und der Kolbenkammer (13) ein Ausgleichsbehälter (17) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgleichsbehälter (17) und der Überdruck-Erzeugungseinheit (15) ein Druckspeicher (16) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zylinder (11 bzw. 11') der Zylindereinrichtung (10) ein Absperrventil (19) vorgeschaltet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgleichsbehälter (17) ein Druckminderer (18) vorgeschalten ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindereinrichtung (20) einen mit Unterdruck beaufschlagbaren Zugzylinder (21) oder einen Druckzylinder aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang (21') des Zugzylinders (21) mit dem Krafttransferelement (2) verbunden und ein Eingang (21'') des Zugzylinders (21) mit einer Unterdruck-Erzeugungseinheit (25) verbunden ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Kolbenkammer (22) des Unterdruck-Zugzylinders (21) ein Kolben (23) angeordnet und mit dem Krafttransferelement (2) verbunden ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geregelte Elektromotor (40) kraft- oder drehmomentgeregelt ist, insbesondere als kraftgeregelter Linearmotor ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafttransferelement (2) mindestens ein Beaufschlagungselement (4a, 4b, 4c, 4d) zur Beaufschlagung des Benutzers (B) mit der Trainingskraft aufweist, wobei vorzugsweise das Beaufschlagungselement als ein Griff (4a, 4b, 4e), als ein Schulterpolster (4c, 4d), als Auflagepolster (66) oder als ein Hüftgurt ausgebildet ist.
  13. Trainingsgerät, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Trainingsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trainingsgerät (T) eine Schlittenanordnung (60) aufweist, die einen auf einer Führung (61) verschiebbarer Schlitten (62) aufweist, und dass die Schlittenanordnung (60) durch die Vorrichtung (1) mit der Trainingskraft zur Belastung oder Entlastung des Benutzers (B) beaufschlagbar ist, wobei vorzugsweise ein Krafttransferelement (2) den Schlitten (62) mit der Trainingskraft beaufschlagt.
  15. Trainingsgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlittenanordnung (60) auf einem Kipptisch (70) angeordnet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlittenanordnung (60) eine Basisplatte (64) aufweist, und dass auf der Basisplatte (64) ein Vibrationstrainingsgerät (V) angeordnet.
  17. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Trainingsgerät oder als Bestandteil eines Trainingsgeräts.
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