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Die
Erfindung betrifft ein Trainingsgerät zur Kräftigung der Muskulatur einer
Person mit einem Bewegungsmechanismus, der über ein Kraftübertragungsmittel
wechselweise Bewegungen gegen Druck oder auf Zug ermöglicht.
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Trainingsgeräte der oben
genannten Art sind in vielfältigen
Ausführungsformen
bekannt und finden im Bereich des Kraft-, Body-Buildings- oder Fitnesstrainings
sowohl im Privatbereich als auch in Fitnessstudios Verwendung. In
der einfachsten Ausführungsform
sind an Seilen, Ketten oder ähnlichem
Gewichte befestigt, wobei über
entsprechende Umlenksysteme für
die Seile je nach Ausführungsform
durch Druck- oder Zuganwendung durch die Benutzungsperson diese
Gewichte gegen die Gravitationskraft angehoben und wieder abgesenkt
werden können. Die
Zug- und/oder Druckkraft
kann durch die jeweils aufgelegten Gewichtsmassen eingestellt werden. Der
Nachteil solcher Geräte
besteht darin, dass die aufgelegten Massen sowohl beim Heben wie
auch beim Absenken bewegt werden müssen, jedenfalls ist eine unterschiedliche
Einstellung der aufzuwendenden Kräfte beim Vor- und Rückhub nicht
möglich. Bei
einfachen Systemen sind zudem Verletzungen nicht auszuschließen, wenn
beim Wiederabsenken der Gewichte die notwendige Haltekraft nicht
aufgebracht werden kann, was beim Loslassen der mit dem Zugmittel
verbundenen Handgriffe, Pedale oder ähnlichem in Folge der freien
Fallbewegung der Gewichte zu einem ruckartigen Zurückschnellen
der mit den Gewichten verbundenen Geräteteile führt.
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Trimm-
oder Fitnessgeräte,
die mit Federn ausgestattet sind, die mittels Druck- oder Zugkraft belastet
werden, haben den Nachteil, dass die aufzuwendende Kraft über den
zurückgelegten
Weg entsprechend der Federkonstanten wächst, also nicht konstant bleibt.
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Nach
dem Stand der Technik sind auch solche Trainingsgeräte bekannt,
bei denen die Widerstandskraft mit Elektromotoren oder Elektromagneten
erzeugt wird.
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In
der
DE 199 03 738
A1 wird ein Gerät
für ein
Fitness-Training oder ein Body-Building beschrieben, bei dem zwei
gegensinnig sich drehende Scheiben, von denen eine mit einem Reibbelag
versehen ist, über
den Reibungswiderstand eine Bremswirkung erzeugen. Je nach eingestelltem
oder einstellbarem Anpressdruck können so aufzuwendende Kräfte verändert werden.
Solche Geräte
unterliegen jedoch einem extrem hohen Verschleiß und arbeiten auch nicht geräuscharm.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Trainingsgerät der eingangs
genannten Art zu schaffen, dass eine zumindest weitgehend verschleißfreie Benutzung
gestattet und mit dem die jeweiligen zur Betätigung aufzuwendenden Kräfte leicht
und möglichst
stufenlos einstellbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch das Trainingsgerät
nach Anspruch 1 gelöst,
bei dem das Kraftübertragungsmittel
mit einem Kolben verbunden ist, der in einem mit einem fließfähigen Medium
gefüllten
Zylindern hin- und herbewegbar ist und der mindestens ein regelbares
Absperrorgan aufweist. Unter einem fließfähigen Medium wird in erster Linie
eine Flüssigkeit,
im einfachsten Fall Wasser oder ein Gemisch verstanden, das über das
im Kolben enthaltene Ventil ab- und zugeführt werden kann.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
besitzt der Kolben mindestens zwei unabhängig voneinander einstellbare
Absperrorgane, mit denen die Durchflussmenge des fließfähigen Mediums
beim Vorhub und beim Rückhub
des Kolbens getrennt regelbar ist. Mit dieser Maßnahme können für den Vor- und den Rückhub individuell
wählbare
Widerstände eingestellt
werden. Vorzugsweise ist der Kolben jeweils über Steuerstangen für die getrennte
Regelung beim Vorhub und beim Rückhub
mit kreissegmentartig ausgebildeten Schiebern ausgestattet, die
jeweils in eine Hubrichtung die Durchflussmenge des fließfähigen Mediums
regeln. Zusätzlich
sind einseitig schwenkbare Klappen am Kolben angelenkt, die beim
Gegenhub durch den Druck des fließfähigen Mediums abschwenken und
die entsprechende Durchflussrichtung freigeben. Durch die Kombination der
Klappen mit den Schiebern wird erreicht, dass sowohl für den Vorhub
als auch für
den Rückhub
der Durchlassquer schnitt ohne Beeinträchtigung durch die beim jeweiligen
Gegenhub eingestellte Durchlassöffnung,
die aufgrund des Öffnens
der Klappe nicht wirksam wird, getrennt steuerbar ist.
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Um
die Rückstellung
der Klappen bewirken zu können,
sind diese durch mindestens eine Rückstellfeder am Kolben schwenkbar
befestigt, so dass bei nachlassendem Druck auf die Klappen in Folge der
vor dem Umschalten auf den Gegenhub verlangsamten Strömungsgeschwindigkeit
des durchfließenden
Mediums eine zwangsweise Rückführung in
die Schließstellung
erfolgt.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist der Kolben in einer nur zum Teil mit einem fließfähigen Medium,
vorzugsweise einer Flüssigkeit,
gefüllten oben
offenen vertikalen Säule
auf- und abbewegbar. Der Kolben besitzt ein federbelastetes Ventil,
dessen in Richtung eines Ventilsitzes gegen den Druck mindestens
einer Feder beweglicher Ventilteil an einer Führung lösbar festgeklemmt ist. Diese
Führung
ist in dem Kolben bei gelöster
Klemmung längsverschiebbar
angeordnet und mit dem Kraftübertragungsmittel verbunden.
Zusätzlich
durchragt den Kolben mindestens eine nach oben offene Luftröhre, die
fest mit dem Kolben verbunden ist und die an der oben offenen Säule arretierbar
ist. Die Funktionsweise dieses Trainingsgerätes, auf die später noch
im Detail eingegangen wird, beruht darauf, dass der Kolben bei geöffnetem
Ventil in die Flüssigkeit
abgesenkt wird und hiernach das Ventil, unterstützt durch den Federdruck, wieder
schließt. Über die
Führung,
die mit einem Kraftübertragungsmittel
verbunden ist, kann der Kolben nunmehr bei entsprechender Zugbelastung
in der Säule
angehoben werden. Das zu bewegende Gewicht resultiert aus dem vernachlässigbaren
kleinen Kolben/Ventilgewicht und der über dem Kolben angestauten
Fluidmenge. Diese Fluidmenge bzw. das hydrostatische Gewicht kann
stufenlos durch entsprechendes Absenken des Kolbens in die Fluid-Säule eingestellt
werden bis hin zu einem Wert, bei dem der Kolben bis zum Boden der
oben offenen vertikalen Säule
abgesenkt wird. Da der Kolben an der Innenwand der vertikalen Säule im Wesentlichen
fluiddicht anliegt, wird der unterhalb des Kolbens notwendige Druckausgleich
durch über
die Luftröhre einströmende Umgebungsluft
geschaffen. Die über dem
Kolben stehende Fluid-Säule
kann nun über
entsprechende Zugmittel auf- und abgesenkt werden, wobei die Reibung
des Kolbens an der Innenwand der vertikalen Säule in Verbindung mit dem unterhalb des
Kolbens liegenden Luftpolster, das über die Luftröhre beim
Herabsenken des Kolbens verdrängt
werden muss, einen dämpfenden
Effekt hat.
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Vorzugsweise
wird das bewegliche Ventilteil durch eine Platte oder eine Scheibe
realisiert, die vorzugsweise an der dem Kolben zugewandten Seite eine
Dichtung aufweist.
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Weiterhin
vorzugsweise ist die Höhe
des aus dem Kolben nach oben herausragenden Teiles der Luftröhre größer als
die Höhe
der maximal in der Säule
anstehenden Flüssigkeit,
womit verhindert wird, dass bei einem größtmöglichen Absenken des Kolbens
Flüssigkeit
in die Luftröhre
einfließt.
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Bei
beiden Ausführungsformen
wird nach einer Weiterbildung der Erfindung als fließfähiges Medium
eine Flüssigkeit,
vorzugsweise Wasser, das aus optischen Gründen auch mit einem Farbstoff
versetzt sein kann, verwendet. Dies schließt jedoch nicht aus, dass in
dem Wasser auch Festkörper
mit gleichem oder geringerem spezifischem Gewicht als Wasser verwendet
werden, die als „Schwebeteilchen" ebenfalls die vorhandenen
Absperrorgane passieren können.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mit dem fließfähigen Medium
gefüllte
Zylinder bzw. die oben offene Säule
aus lichttransparentem Material. Aus technischer Sicht hat dies
den Vorteil, dass jeweils von außen der momentane Aufenthaltsort
des Kolbens bzw. die jeweils verdrängte Fluidmenge erkennbar sind.
Dieser Effekt wird noch verstärkt,
wenn das verwendete Fluid eine Farbe aufweist bzw. gegebenenfalls
eingefärbt
ist.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es zudem möglich, die beiden vorbeschriebenen
alternativen Ausführungsformen
miteinander zu kombinieren, wobei über ein und dasselbe Zugmittel
beide beschriebenen Kolben-Zylindereinheiten „in Serie geschaltet" zusammenwirken.
In entsprechender Weise wird dabei eine Hub- Absenkbewegung der Wassersäule über die
individuell regelbare Durchflussmenge beim Vor- und beim Rückhub überlagert.
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Weitere
Einzelheiten und Ausführungsformen
der Erfindung sind den Figuren zu entnehmen. Es zeigen:
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1 u. 3 jeweils
Prinzipskizzen erfindungsgemäßer Ausführungsformen
und
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2 eine
Querschnittsansicht durch den Kolben.
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Wie 1 und 2 zu
entnehmen ist, besitzt das Fitnessgerät einen hier vertikal gestellten Zylinder 10,
in dem ein Kolben 11 mittels eines Kraftübertragungsmittels 12, 13 hin-
und herbewegbar ist, das hierdurch über Umlenkrollen 14 geführte Seile veranschaulicht
ist. Der mit einer Flüssigkeit
gefüllte Kolbenraum 10 kann
zylindrisch, quaderförmig
oder im Querschnitt mehrkantig ausgeführt sein. Eine entsprechende
Querschnittsform besitzt der Zylinder, der dann wie bei Hydraulik-
oder Pneumatikzylindern grundsätzlich
bekannt, gegen das verwendete Fluid dicht am Innenmantel, aber gleitfähig anliegt.
Im vorliegenden Fall ist der Zylinder wie auch der Kolben im Querschnitt
rund ausgeführt.
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Der
Kolben ist mit zwei Steuerstangen 15 und 16 verbunden, über die
kreissegmentartig ausgebildete Schieber 17 betätigbar sind,
die eine begrenzte, einstellbare Durchflussöffnung schaffen lassen bzw. übrige Teilbereiche
abdecken. Jede der Steuerstangen 15 und 16 ist
mit separat einstellbaren Schiebern 17 verbunden, so dass
beim Vor- und beim Rückhub
jeweils andere Durchflussquerschnitte einstellbar sind. Zusätzlich sind
für jede
Bewegungsrichtung Klappen 18 und 19 vorgesehen,
die wechselseitig aufgrund des jeweils anstehenden Strömungsdruckes
der durchfließenden
Fluidmenge in Öffnungsstellung
verschwenkt werden. Lässt
der Strömungsdruck
bei zu 0 abnehmender Strömungsgeschwindigkeit
nach, bewirken Federn 20 ein Zurückschwenken der jeweiligen
Klappen 18 oder 19 in die Schließstellung.
Mit der beschriebenen Ausführungsform
ist es möglich,
dass beim Vorhub und beim Rückhub
unterschiedliche Strömungsquerschnitte eingestellt
werden, die dann wegen geöffneter
Klappen 18 oder 19 (je nach Hubrichtung) keinerlei
einschränkende
Wirkung entfalten. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, bei
einer Hubrichtung einen geringeren Widerstand einzustellen, gegen
den die Verschiebung des Kolbens bewirkt werden muss. Vorzugsweise
besteht der Zylinder 10 aus einem transparenten Material,
z. B. einem Kunststoff. Das Fluid kann im einfachsten Fall aus eingefärbtem Wasser
bestehen, so dass die jeweilige Kolbenstellung und -bewegung vom
Gerätebetreiber
während der
Betätigung
beobachtet werden kann.
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Bei
der Ausführungsform
nach 3 ist eine oben offene, vertikale Säule 30 (als
Zylinder) vorgesehen, die nur teilweise mit einer Flüssigkeit,
z. B. eingefärbtem
Wasser 31 gefüllt
ist. In der dargestellten Position liegt der Kolben 32 auf
dieser durch die Flüssigkeit 31 gebildeten
Säule auf.
Mit dem Kolben 32 ist mindestens eine Luftröhre 33 verbunden,
die den Kolben durchragt und deren über dem Kolben liegende Höhe vorzugsweise
mindestens so groß ist wie
die Höhe
der anstehenden Säule
aus Wasser 31. Die Luftröhre bzw. Luftröhren sind
nach oben und unten offen.
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Ferner
durchragt den Kolben eine Führung 34,
die ohne eine Klemmung. auf die noch eingegangen wird, in vertikaler
Richtung gegenüber
dem Kolben längsverschiebbar
angeordnet ist. Diese Führung
ist mit Hub- und Zugmitteln des Trainingsgerätes verbunden, die hier in
Form von Seilen 35 und 36, die über Umlenkrollen 37 geführt werden,
dargestellt sind. Der Kolben 32 besitzt ferner eine (Ventil-)Platte 38,
die im dargestellten Zustand über
Federn 39 in einen Ventilsitz des Kolbens flüssigkeitsdicht
gepresst ist. Die Führung 34 sowie
die Platte 38 sind mit Dichtungen 40 versehen.
Mittels des Klemmelementes 41 kann die Platte 38 an
der Führung 34 festgeklemmt werden.
Durch Zugbelastung des Seiles 36 wird die Führung 34 nach
unten gezogen, wobei sie die Platte 38 aus dem betreffenden
Ventilsitz des Kolbens 32 löst. Eine weitere Anschlagplatte 42 begrenzt
den Weg, um den die Platte 38 ohne Bewegung des Kolbens 32 nach
unten geführt
werden kann. Wird der Zug auf die Führung 34 fortgesetzt,
wird gleichzeitig (bei abgehobener Platte 38) der Kolben 32 nach
unten in die Säule
aus Wasser 31 bewegt, wobei das durch diese Bewegung verdrängte Wasser
in den Raum oberhalb des Kolbens 32 strömt. Stoppt man die Zugbewegung
des Seiles 36 bzw. die nach unten führende Bewegung der Führung 34,
wird aufgrund der Kraft der Feder 39 die Platte wieder
in den Ventilsitz des Kolbens 32 gepresst. Bei einem Anheben des
Kolbens durch Zug auf das Seil 35 muss die über dem
Kolben aufgestaute Wassermenge mitgehoben werden. Über die
jeweils oberhalb des Kolbens eingestellte Wassersäule können somit
stufenlos gewünschte
Gewichte aufgelegt werden, die dann durch Zugbewegung auf das Seil 35 gehoben
bzw. durch Nachlassen des Seils wieder abgesenkt werden. Beim Anheben
des Kolbens 32 strömt über die Luftröhren 33 Luft
in den Zwischenraum zwischen der Oberfläche des verbleibenden Wassers 31 und der
Kolbenunterseite, d. h. dass die Luftröhren einen entsprechenden Druckausgleich
bewirken, der notwendig ist, um den Kolben überhaupt anheben zu können.
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Zum
Ablassen des über
dem Kolben 32 aufgestauten Wassers werden über eine
Arretierung 43 die Luftröhren an der Säule 30 festgeklemmt.
Durch eine Zugbewegung am Seil 36 lässt sich die Platte 38 vom
Ventilsitz des Kolbens 32 abheben, so dass das Wasser nach
unten abströmen
kann. Auf diese Weise kann ein Teil des Wassers, das über dem
Kolben angestaut ist, abgelassen werden, so dass die zu hebende
Gewichtskraft in entsprechender Weise minimiert wird.
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Die
Säule 30 besteht
aus einem transparenten Material, z. B. einem lichtdurchlässigen Kunststoff,
gegebenenfalls kann das Wasser durch Zugabe eines Farbstoffes eingefärbt werden.
Auf diese Weise ist es für
den Benutzer des Trainingsgerätes
möglich,
die Stellung und die Bewegung des Kolbens 32 sowie die
aufgestaute Wassermenge und auch die Hub- und Senkbewegungen des
Kolbens verfolgen zu können.
Durch Verwendung von Wasser als Medium, das jeweils zu heben und
zu senken ist, lässt sich
beliebig fein eine Gewichtskraft einstellen, ohne dass, wie bei
herkömmlichen
Trimmgeräten,
bei denen Gewichtsscheiben aufgelegt werden müssen, umständliche Montage- und Arretierungsmaßnahmen
vorgenommen werden müssen.
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Wie
bereits erwähnt,
können
die Geräte
nach 1, 2 und 3 auch miteinander
kombiniert werden, so dass neben einer durch die über dem
Kolben 32 aufgestaute Wassersäule noch ein beim Vor- und
Rückhub
unterschiedlicher, zu überwindender Widerstand
eingestellt werden kann.