DE102013010499A1

DE102013010499A1 - Trainingsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013010499A1
Application number: DE102013010499.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: DE102013010499B4

Abstract

Es wird eine Trainingsvorrichtung (1) zur Maximalkraftentwicklung und -kontrolle beschrieben, umfassend einen Motor (2) und ein damit zusammenwirkendes Zugseil (3), an dessen Ende ein Griffelement (4) befestigt ist. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine äußerst kompakt bauende Trainingsvorrichtung (1) für isometrisches Muskeltraining bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Trainingsvorrichtung (1) gelöst, bei der eine Ausgangwelle (5) des Motors (2) mit einer Seiltrommel (6) verbunden ist, welche das Zugseil (3) bei Anschalten des Motors (2) auf- oder abtrommelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trainingsvorrichtung zur Maximalkraftentwicklung und -kontrolle umfassend einen Motor und ein damit zusammenwirkendes Zugseil, an dessen Ende ein Griffelement befestigt ist.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Trainingsmethoden bekannt, bei denen die Muskulatur eine isometrische und gleichzeitig eine konzentrische oder exzentrische Funktion abwechselt ausführt. Eine hierfür geeignete Trainingsmaschine beschreibt zum Beispiel die DE 197 33 595 A1 mit einem Elektromotor, der in einem aufrecht stehenden Rahmen über einen Kettenantrieb eine Stange mit konstanter Geschwindigkeit in vertikaler Richtung auf- und abwärts verfährt. Als nachteilig hat sich jedoch bei dieser Trainingsmaschine herausgestellt, dass einerseits ein aufwändiger Rahmen notwendig ist und andererseits der Bewegungsumfang während des Trainings aufgrund der vertikalen Zwangsführung der Stange eingeschränkt ist.
Eine ähnliche und im Hinblick auf die vorliegende Erfindung gattungsbildende Trainingsmaschine ist in der DE 37 27 689 A1 offenbart, wobei hierbei eine Traverse, die mittels zweier in einem senkrechten oder horizontalen Grundrahmen angeordneten Führungsstangen in Bewegungsrichtung zwangsgeführt und über eine von einem Motor angetriebene Spindel verfahren wird. Zusätzlich zu einer starr an der Traverse angreifenden Handhabe lassen sich an der Traverse Zugseile anbringen und über Rollen umgelenkt aus dem Rahmen herausführen. Diese Zugseile ermöglichen während des Trainings über eine vertikale Bewegung hinaus einen deutlich größeren Bewegungsumfang. Nachteilig ist hierbei jedoch der große räumliche Platzbedarf aufgrund der ausladenden Rahmenkonstruktion, welche insbesondere in Trainingszentren eine große und somit teure Trainingsfläche in Anspruch nimmt.
Somit lag der Erfindung ausgehend vom nächstkommenden Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine äußerst kompakt bauende Trainingsvorrichtung für isometrisches Muskeltraining bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Trainingsvorrichtung gelöst, bei der eine Ausgangwelle des Motors mit einer Seiltrommel verbunden ist, welche das Zugseil bei Anschalten des Motors auf- oder abtrommelt.
Bei dem Motor handelt es sich üblicherweise um einen elektrischen Gleichstrommotor mit einer maximalen Leistung von 200 W bis 300 W, besonders bevorzugt 250 W, und einem maximalen Drehmoment vom 100 Nm bis 200 Nm, vorzugsweise 133 Nm. Da das Zugseil während des Auf- oder Abtrommelns unter Biegung belastet ist, sollte dessen Durchmesser nicht zu groß gewählt werden, um den zulässigen Biegeradius nicht zu unterschreiten und ein Brechen einzelner Litzen des Zugseiles zu vermeiden. Geeignet ist insbesondere ein Drahtseil mit einem Durchmesser von 3 mm.
Bei einer festen Getriebeübersetzung des Motors sollte das Zugseil mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/s bis 15 cm/s, besonders bevorzugt 9,5 cm/s bis 10,0 cm/s, auf- und abgetrommelt werden. Die genannten Geschwindigkeiten beziehen sich auf den Verfahrweg des Griffelementes. In dem Geschwindigkeitsbereich ist eine besonders günstige Maximalkraftentwicklung zu verzeichnen.
Die Verbindung zwischen Ausgangswelle und Seiltrommel kann mittelbar erfolgen, zum Beispiel mittels eines Getriebes. Vorzugsweise ist die Seiltrommel jedoch unmittelbar und drehfest auf der Ausgangswelle befestigt. Hierdurch wird der konstruktive Aufwand und die Abmessungen der Trainingsvorrichtung besonders niedrig gehalten, zumal das für den Trainingsbetrieb notwendige Drehmoment auch ohne Übersetzungsgetriebe von dem Motor bereitgestellt wird.
Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn eine Kraftmesseinrichtung die von der trainierenden Person in das Zugseil eingebrachte Zugkraft misst und das Anschalten des Motors bei Überschreiten einer einstellbaren Mindestzugkraft und ein Abschalten des Motors bei Unterschreiten dieser Mindestzugkraft erfolgt. Der Motor fängt erst an zu laufen, wenn die vom Kraftsensor erfasste Kraft von zum Beispiel 500 N durch die trainierende Person überschritten wird. Solange die Kraftmesseinrichtung einen Wert der von der Person aufgebrachten Zugkraft oberhalb der Mindestzugkraft erfasst, dreht der Motor mit demselben Drehsinn bis zum Erreichen eines Endschalters weiter. Hierdurch ist das Bewegungsmaß der trainierenden Person während der praktizierten Übung vorgegeben. Verringert sich die Zugkraft der trainierenden Person und die Kraftmesseinrichtung detektiert eine Zugkraft unter dem Niveau der Mindestzugkraft, schaltet der Motor aus Sicherheitsgründen ab.
Zweckmäßigerweise ist die Kraftmesseinrichtung unmittelbar von dem Zugseil betätigt. Aus dem Stand der Technik wird häufig eine Kraft im Bereich einer unter der trainierenden Person befindlichen Druckplatte gemessen. Eine derartige Kraftmesseinrichtung liefert jedoch nur einen äußerst ungenauen Messwert. Darüber hinaus lässt sich nur die insgesamt von der Person auf die Druckplatte eingeprägte Kraft einschließlich des Körpergewichtes der trainierenden Person messen und nicht eine Kraft unmittelbar am Zugseil, was insbesondere dann relevant ist, wenn beispielsweise zwei Trainingsvorrichtungen zu einer Trainingsmaschine zusammengefasst sind und die individuelle Zugkraft eines jeden Armes bestimmt werden soll.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Kraftmesseinrichtung einen gegenüber einer Führungshülse beweglich geführten Kolben, der an seinem ersten Ende eine das Zugseil tragende Stützrolle aufweist und an seinem gegenüberliegenden, zweiten Ende mittels eines Druckstempels auf einen Drucksensor einwirkt. Der Drucksensor ist bevorzugt ein wegunabhängiger Drucksensor.
Der Kolben kann gegenüber der Führungshülse federnd gelagert sein, um aus dem Zugseil übertragende Kraftspitzen von dem Drucksensor fernzuhalten.
Zweckmäßigerweise ist das Zugseil beidseitig der Stützrolle jeweils auf eine Tragrolle derart aufgelegt, dass eine resultierende Druckkraft in Bewegungsrichtung des Kolbens wirkt. Das Zugseil verläuft somit S-förmig über die Trag- und Stützrollen.
Vorzugsweise ist der Motor mit einem Steuerungsmittel verbunden, über welches ein Wechsel der Motordrehrichtung einstellbar ist. Günstigerweise umfasst das Steuerungsmittel eine drehbar gelagerte Spindel mit einer darauf ablaufenden Spindelmutter, wobei die Spindelmutter an beiden Enden ihres Verfahrweges gegen verstellbare Endschalter stößt und bei Erreichen von einem der Endschalter die Motordrehrichtung wechselt. Die Spindelmutter ist hierfür gegen Mitdrehen gehalten und die Spindel angetrieben. Der Antrieb der Spindel erfolgt zweckmäßigerweise über den Motor, auf dessen Ausgangswelle oder an der Seiltrommel drehfest ein erstes Zahnrad befestigt sein, welches ein zweites, drehfest an der Spindel befestigtes Zahnrad kämmt.
Vorteilhafterweise ist jeder Endschalter auf einer gemeinsamen, parallel zu der Spindel ausgerichteten Führungsschiene gehalten und linear auf dieser verschiebbar. Die Führungsschiene dient ausschließlich dazu, die Endschalter zu tragen und je nach deren Abstand zueinander den Verfahrweg der Spindelmutter vorzugeben. Aus dem linearen Verfahrweg der Spindelmutter zwischen den Endschaltern resultiert die Anzahl der Umdrehungen der Seiltrommel und darüber das Bewegungsmaß der trainierenden Person in eine Bewegungsrichtung.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jeder Endschalter in einer vorgesehenen Position an der Führungsschiene festsetzbar. Dieses kann formschlüssig erfolgen, indem in der Führungsschiene mehrere Bohrungen angeordnet sind, in welche in der vorgesehenen Positionen der Endschalter ein am jeweiligen Endschalter vorstehender Nocken oder ein Bolzen eingesetzt wird. Ebenso ist eine kraftschlüssige Fixierung und somit kontinuierliche Verstellung der Endschalter möglich, indem jeweils in die verschiebbaren Endschalter ein Gewindebolzen mit einem auf die Führungsschiene drückenden Bremsschuh eingedreht ist.
Die Erfindung ist auch an einer Trainingsmaschine verwirklicht, die zwei seitlich zueinander beabstandete Trainingsvorrichtungen umfasst. Die Trainingsvorrichtungen gestatten zum Beispiel ein individuelles Training der linken oder rechten Körperhälfte, da insbesondere die Intensität der aufzubringenden Zugkraft mittels der jeweiligen Kraftmesseinrichtung und auch das Bewegungsmaß mittels Positionierung der zugehörigen Endschalter auf jede Körperhälfte individuell einstellbar ist.
Beide Trainingsvorrichtungen der Trainingsmaschine sollen ortsfest zueinander montiert sein.
Die Erfindung wird zum besseren Verständnis nachfolgend anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen die
1: eine perspektivische Ansicht auf eine Trainingsmaschine mit zwei Trainingsvorrichtungen und
2: einen Querschnitt durch eine in der Trainingsvorrichtung angeordnete Kraftmesseinrichtung.
Die 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Trainingsmaschine mit zwei nebeneinander angeordneten Trainingsvorrichtungen 1, die technisch identisch ausgebildet sind. Jede Trainingsvorrichtung 1 weist einen Motor 2 auf, aus welchem eine Ausgangswelle 5 herausragt.
In der Verlängerung der Ausgangswelle 5 greift an dieser drehfest eine Seiltrommel 6 an, auf die ein Zugseil 3 mit seinem ersten Ende befestigt und zumindest teilweise aufgewickelt ist. Bei Inbetriebnahme des Motors 2 dreht sich mit derselben Drehzahl der Ausgangswelle 5 auch die Seiltrommel 6 in Motordrehrichtung m, wodurch das Zugseil 3 auf der Seiltrommel 6 auf- oder abgewickelt wird. Im Trainingsbetrieb ergreift die trainierende Person jeweils eines der auf der Seiltrommel 6 abgewandten Seite des Zugseils 3 befindlichen Griffelemente 4 und zieht daran.
Nach einem Verlassen der Seiltrommel 6 ist das Zugseil 3 auf mehrere Tragrollen 15a, 15b, 15c aufgelegt und dadurch in Richtung einer trainierenden Person umgelenkt. Zwischen den zwei benachbarten Tragrollen 15a, 15b ist eine Kraftmesseinrichtung 7 angeordnet, mit welcher eine von dem Zugseil 3 übertragene Zugkraft erfasst werden kann. Die Kraftmesseinrichtung 7 umfasst zunächst eine Stützrolle 11, welche zwischen den Tragrollen 15a, 15b an dem Zugseil angreift, wobei die Stützrolle 11 stets auf der gegenüberliegenden Seite des Zugseils 2, versetzt zu den Tragrollen 15a, 15b angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine resultierende Druckkraft auf die Stützrolle 11, welche mit der von der trainierenden Person aufgebrachten Zugkraft korreliert.
Sofern die trainierende Person eine ausreichend große Zugkraft an den Griffelementen 4 der Zugseile 3 aufbringt, setzt die zugehörige Kraftmesseinrichtung 7 mittels einer nicht weiter gezeigten Steuerungselektronik den jeweiligen Motor 2 in Betrieb. Die Motordrehrichtung m wird dabei von einem Steuerungsmittel 16 vorgegeben und durch das Steuerungsmittel 16 gewechselt.
Das Steuerungsmittel 16 umfasst im Wesentlichen eine Spindel 17 und eine darauf ablaufende, drehfest gegenüber der Spindel 17 gehaltene Spindelmutter 18. Die Spindel 17 und Spindelmutter 18 transferieren die Drehbewegung der Ausgangswelle 5 und der Seiltrommel 6 in eine lineare Bewegung. Das hierfür notwendige Drehmoment wird von einem ersten Zahnrad 22, welches in Verlängerung der Ausgangswelle 5 integral an der Seiltrommel 6 angeformt ist, auf ein zweites Zahnrad 23, welches koaxial auf die Spindel 17 aufgeschoben und starr mit dieser verbunden ist, übertragen.
Im Trainingsbetrieb, das heißt nach dem Aufbringen einer Mindestzugkraft in das Zugseil 3, wandert die Spindelmutter 18 solange in axialer Richtung der Spindel 17, bis diese gegen einen der Endschalter 20a, 20b stößt. Dieser schaltet die Motordrehrichtung m des Motors 2 um, so dass sich auch der Drehsinn der Seiltrommel 6 ändert. Der in der Darstellung der 1 vorne angeordnete Motor 1 trommelt im Trainingsbetrieb bei einer Drehung von Ausgangswelle 5 und Seiltrommel 6 im Uhrzeigersinn das Zugseil 3 auf. Das erste und zweite Zahnrad 22, 23 übertragen auf die Spindel 17 ein gegenläufigen Drehsinn entgegen dem Uhrzeigersinn, so dass die Spindelmutter 18 in Richtung des Endschalters 20b läuft. Die trainierende Person versucht bei dieser Drehrichtung der Seiltrommel 6 im Uhrzeigersinn ein Auftrommeln des Zugseils 3 zu bremsen.
Bei Erreichen des Endschalters 20b wechselt der Motor 2 die Motordrehrichtung m, so dass nunmehr die Seiltrommel 6 das Zugseil 3 abtrommelt. Die trainierende Person versucht dabei durch Ziehen an dem Griffelement 4, das Abtrommeln zu beschleunigen. Die Seiltrommel 6 dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn und die Spindel 17 im Uhrzeigersinn, wodurch die Spindelmutter 18 in Richtung des Endschalters 20a läuft. Erst bei Erreichen des Endschalters 20a schaltet dieser die Motordrehrichtung m des Motors 2 erneut um, so dass die Seiltrommel 6 im Uhrzeigersinn und die Spindelmutter 18 wieder in Richtung des Endschalters 20b wandert.
Das Bewegungsmaß der zu trainierenden Körperteile wird bei jeder Übung durch die Anzahl der Umdrehungen der Seiltrommel 6 bestimmt. Insofern kann es je nach der auszuführenden Übung sinnvoll sein, das Bewegungsmaß zu reduzieren oder zu vergrößern. Erfindungsgemäß sind hierfür die Endschalter 20a, 20b auf einer gemeinsamen Führungsschiene 21 verschiebbar angeordnet, die im Wesentlichen parallel zu der Spindel 17 ausgerichtet ist. In Abhängigkeit des gewünschten Bewegungsmaßes lassen sich die Endschalter 20a, 20b einstellen und lösbar an der Führungsschiene 21 festsetzen. Der Verfahrweg x_S der Spindelmutter 18 ist durch den Abstand zwischen den Endschaltern 20a, 20b vorgegeben.
Die 2 stellt in einem Querschnitt Details der Kraftmesseinrichtung 7 dar. Die Kraftmesseinrichtung 7 ist durch eine Führungshülse 8 gebildet, in welcher in Bewegungsrichtung z_K ein Kolben 9 eingesetzt ist. Die Bewegungsrichtung z_K entspricht der axialen Erstreckung der Führungshülse 8. Der Kolben 9 trägt an seinem ersten Ende 10 die drehbar daran gelagerte Stützrolle 11, welche im Trainingsbetrieb aufgrund der Anordnungen der benachbarten Tragrollen 15a, 15b in Normalkraftrichtung den Kolben 9 belastet.
An einem zweiten Ende 12 des Kolbens 9 ist ein Druckstempel 13 ausgeformt, der einen darunter befindlichen Drucksensor 14 kontaktiert. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Unterseite des Kolbens 9 selbst den Druckstempel 13 bildet.
In Abhängigkeit der von der trainierenden Person aufgebrachten Zugkraft drückt der Kolben 9 mit dem Druckstempel 13 nach unten auf den Druckssensor 14, der wiederum bei Identifikation einer Mindestzugkraft den Motor 2 anschaltet.
Der Kolben 9 stützt sich mittels eines Federelementes 24 gegenüber der Führungshülse 8 ab, wodurch ein Aufschlagen des Druckstempels 13 auf den Drucksensor 14 insbesondere bei erstmaligem Aufbau der Zugkraft in dem Zugseil 3 gemildert wird.
Bezugszeichenliste

1: Trainingsvorrichtung
2: Motor
3: Zugseil
4: Griffelement
5: Ausgangswelle
6: Seiltrommel
7: Kraftmesseinrichtung
8: Führungshülse
9: Kolben
10: erstes Ende Kolben
11: Stützrolle
12: zweites Ende Kolben
13: Druckstempel
14: Drucksensor
15a–c: Tragrolle
16: Steuerungsmittel
17: Spindel
18: Spindelmutter
19a, b: Ende Verfahrweg
20a, b: Endschalter
21: Führungsschiene
22: erstes Zahnrad Ausgangswelle
23: zweites Zahnrad Spindel
24: Federelement
x_S: Verfahrweg Spindelmutter
z_K: Bewegungsrichtung Kolben
m: Motordrehrichtung

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 19733595 A1 [0002]
DE 3727689 A1 [0003]

Claims

Trainingsvorrichtung (1) zur Maximalkraftentwicklung und -kontrolle umfassend einen Motor (2) und ein damit zusammenwirkendes Zugseil (3), an dessen Ende ein Griffelement (4) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangwelle (5) des Motors (2) mit einer Seiltrommel (6) verbunden ist, welche das Zugseil (3) bei Anschalten des Motors (2) auf- oder abtrommelt.
Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiltrommel (6) drehfest auf der Ausgangswelle (5) befestigt ist.
Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftmesseinrichtung (7) die vom Benutzer in das Zugseil (3) eingebrachte Zugkraft misst und das Anschalten des Motors (2) bei Überschreiten einer einstellbaren Mindestzugkraft und ein Abschalten des Motors (2) bei Unterschreiten dieser Mindestzugkraft erfolgt.
Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung (7) unmittelbar von dem Zugseil (3) betätigt ist.
Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung (7) einen gegenüber einer Führungshülse (8) beweglich geführten Kolben (9) umfasst, der an seinem ersten Ende (10) eine das Zugseil (3) tragende Stützrolle (11) aufweist und an seinem gegenüberliegenden, zweiten Ende (12) mittels eines Druckstempels (13) auf einen Drucksensor (14) einwirkt.
Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugseil (3) beidseitig der Stützrolle (11) jeweils auf eine Tragrolle (15a, 15b) derart aufgelegt ist, dass eine resultierende Druckkraft in Bewegungsrichtung (z_K) des Kolbens (9) wirkt.
Trainingsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (2) mit einem Steuerungsmittel (16) verbunden ist, über welches ein Wechsel der Motordrehrichtung (m) einstellbar ist.
Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel (16) eine drehbar gelagerte Spindel (17) mit einer darauf ablaufenden Spindelmutter (18) umfasst, wobei die Spindelmutter (18) an beiden Enden (19a, 19b) ihres Verfahrweges (x_S) gegen verstellbare Endschalter (20a, 20b) stößt und bei Erreichen von einem der Endschalter (20a, 20b) die Motordrehrichtung (m) wechselt.
Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Endschalter (20a, 20b) auf einer gemeinsamen, parallel zu der Spindel (17) ausgerichteten Führungsschiene (21) gehalten und linear auf dieser verschiebbar ist.
Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Endschalter (20a, 20b) in einer vorgesehenen Position an der Führungsschiene (21) festsetzbar ist.
Trainingsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ausgangswelle (5) drehfest ein erstes Zahnrad (22) befestigt ist, welches ein zweites, drehfest an der Spindel (17) befestigtes Zahnrad (23) kämmt.
Trainingsmaschine umfassend zwei Trainingsvorrichtungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese seitlich zueinander beabstandet angeordnet sind.
Trainingsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beide Trainingsvorrichtungen (1) ortsfest zueinander montiert sind.