DE19927433C2

DE19927433C2 - Friction construction for generating a braking torque in therapy and. Fitness equipment

Info

Publication number: DE19927433C2
Application number: DE19927433A
Authority: DE
Inventors: Ralf Rauch; Juergen Rudolphi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: DE19927433A1

Description

Betrachtet man den heutigen Stand der Muskeltrainingsgeräte, so kann man sie in fol gende Geräteklassen differenzieren:If you look at the current state of muscle training equipment, you can see it in fol Differentiate between the following device classes:

Free weights

Kurz- und Langhanteln, Gewichtsschuhe, Manschetten etc.Dumbbells and barbells, weight shoes, cuffs etc.

Plug-in weight devices

Die Steckgewichtsgeräte ermöglichen eine konzentrisch/exzentrische Muskelarbeits weise. Die Bewegungsbahn wird durch die Gerätekonstruktion vorgegeben, und die Dosierung des Widerstandes erfolgt mit Steckgewichten (steckbare Gewichtsplatten). Zahlreiche Gerätehersteller setzen zur Kraftübertragung sogenannte Exzenter ein, die den apparativen Widerstand in jeder Winkelposition der "idealen" Kraftverlaufskurve annähern sollen.The plug-in weight devices enable concentric / eccentric muscle work wise. The trajectory is determined by the device design, and the The resistance is dosed with plug-in weights (plug-in weight plates). Numerous device manufacturers use so-called eccentrics for power transmission the apparatus resistance in every angular position of the "ideal" force curve should approximate.

Cable pulling devices

Die Widerstandsdosierung erfolgt meistens über Gewichtsplatten. Im Gegensatz zu den Steckgewichtsgeräten sind freie (dreidimensionale) Bewegungen möglich.The resistance metering is mostly done via weight plates. In contrast to the plug-in weight devices allow free (three-dimensional) movements.

Pneumatically and hydraulically operated devices

Bei pneumatischen Geräten wird der Widerstand durch externe Luftkompressoren vorjustiert (Anfangswiderstand). Dieser erhöht sich mit fortschreitender Bewegung in folge der zunehmenden Luftkompression in den Pneumatikzylindern. Die in der kon zentrischen Phase komprimierte Luft liefert den Widerstand in der exzentrischen Pha se. Bei hydraulischen Geräten wird der Widerstand dementsprechend mit hydrauli schen Flüssigkeiten reguliert. Veränderungen der Widerstandsarten (konzentrisch/ex zentrisch, konzentrisch/konzentrisch und exzentrisch/exzentrisch) sind bei manchen Geräteherstellern teilweise integriert. In pneumatic devices, the resistance is caused by external air compressors pre-adjusted (initial resistance). This increases with progressive movement in follow the increasing air compression in the pneumatic cylinders. The in the con centric phase compressed air provides resistance in the eccentric phase se. With hydraulic devices, the resistance is accordingly with hydraulic regulated liquids. Changes in resistance types (concentric / ex centric, concentric / concentric and eccentric / eccentric) are for some Device manufacturers partially integrated.

Electronic equipment

Der elektronisch geregelte Widerstandsverlauf wird mittels elektromagnetischer Bremsung erzeugt. Einige Gerätehersteller ermöglichen die Auswahl unter verschie denen Widerstandskurven und bieten teilweise integrierte Krafttestungen an.The electronically controlled resistance curve is by means of electromagnetic Braking generated. Some device manufacturers allow you to choose from various resistance curves and offer partially integrated strength tests.

Isokinetic devices

Eine Spezialform der elektronischen Geräte stellen die vorwiegend zu Rehabilitati onszwecken verwendeten isokinetischen Muskeltrainingsgeräte dar, bei welchen die Patienten mit festgelegter Bewegungsgeschwindigkeit gegen einen veränderlichen Widerstand arbeiten, der sich der Muskelkraft anpaßt. Veränderungen der Wider standsarten (konzentrisch/exzentrisch, konzentrisch/konzentrisch und exzentrisch/ex zentrisch) sind einstellbar.A special form of electronic devices are mainly for rehabilitation used isokinetic muscle training devices, in which the Patients with a fixed rate of movement against a variable Work resistance that adapts to muscle strength. Changes in the counter Standard types (concentric / eccentric, concentric / concentric and eccentric / ex centric) are adjustable.

Others

Es sind bereits Krafttrainingsgeräte bekannt, die ein konstantes Bremsmoment bei ei ner eingestellten Anpreßkraft infolge Reibung erzeugen. US 5 282 776 beschreibt ein solches Krafttrainingsgerät, bei dem auf einem Körper Reibflächen zentrisch um eine Achse angebracht sind. Die Reibflächen reiben auf einem Gegenkörper, die Anpreß kraft wird dabei durch eine Stellschraube aufgebracht und variiert.Strength training devices are already known which have a constant braking torque at ei generate ner set contact pressure due to friction. US 5 282 776 describes a such a strength training device in which friction surfaces are centered on a body Axis are attached. The friction surfaces rub against a counter body, the pressure Force is applied and varied by a set screw.

Focusiert man sich auf die Steckgewichtsgeräte, so stellt man fest, daß der apparative Widerstand (bedingt durch die Gewichtsplatten) lediglich eine konzentrische bzw. ex zentrische Muskelkontraktionsform bewirkt. Wird das Gewicht angehoben, so muß der Muskel eine konzentrische Arbeitsweise verrichten (dynamisch-positive Arbeit). Beim Absinken des Gewichtes verrichtet der Muskel eine exzentrische Arbeitsweise. Das heißt, derselbe Muskel muß das Gewicht wieder abbremsen (dynamisch-negative Ar beit). Der Gegenspieler dieses Muskels bleibt bei diesem Prinzip ohne verrichtete Ar beit. Bei dem Prinzip der Steckgewichtsgeräte ist es also nicht möglich, konzen trisch/konzentrisch zu trainieren.If one focuses on the plug-in weight devices, one finds that the apparatus Resistance (due to the weight plates) only a concentric or ex centric muscle contraction. If the weight is raised, the Do muscle concentric work (dynamic positive work). At the When the weight drops, the muscle does an eccentric work. The means that the same muscle must brake the weight again (dynamic-negative ar beit). The opponent of this muscle remains with this principle without performed ar beit. With the principle of plug-in weight devices, it is therefore not possible to concentrate to train trically / concentrically.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Lösung aufzuzeigen, die es ermöglicht, eine konzentrisch/konzentrische Muskelarbeitsweise zu erzielen.The invention specified in claim 1 is based on the object mechanical solution that allows a concentric / concentric Achieve muscle working.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the features of patent claim 1.

Mit dieser Erfindung wird erreicht, daß an einem Gelenk ein Muskel bzw. eine Muskel gruppe wie auch sein Gegenspieler bzw. ihre Gegenspieler bei der Gegenbewegung konzentrisch arbeiten. Durch die Koppelung dieser Erfindung z. B. mit Steckgewichtsge räten, die ein Funktionsprinzip haben, das dem jetzigen Stand der Technik entspricht, läßt sich weiterhin konzentrisch/exzentrisch und durch die Einbeziehung der Erfindung konzentrisch/konzentrisch trainieren (Systemkoppelung).With this invention it is achieved that a muscle or a muscle on a joint group as well as his opponent or their opponents in the countermovement work concentrically. By coupling this invention z. B. with Steckgewichtsge advise that have a functional principle that corresponds to the current state of the art, can also be concentric / eccentric and by incorporating the invention Train concentrically / concentrically (system coupling).

Die wichtigen Aspekte dieser Erfindung liegen in der Form der Reibflächen und in der exzentrischen oder zentrischen Drehmöglichkeit der Reibflächen bezüglich der Achse, wodurch ein Bremsmoment erzeugt wird, das sich mit dem Verdrehungswinkel ändert. Damit soll die "ideale" Kraftverlaufskurve des Muskels berücksichtigt werden. Ein ähnli cher Effekt ist bereits durch die "Nautilus-Geräte" bekannt.The important aspects of this invention lie in the shape of the friction surfaces and in the possibility of eccentric or centric rotation of the friction surfaces with respect to the axis, generating a braking torque that changes with the angle of rotation. This is to take into account the "ideal" force curve of the muscle. A similar one The effect is already known from the "Nautilus devices".

Seit der Verbreitung der "Nautilus-Geräte" setzen heute zahlreiche Gerätehersteller zur Kraftübertragung sogenannte Exzenter ein. Es handelt sich hierbei um elliptisch ge formte Umlenkscheiben für ein Seilzugsystem, die den apparativen Widerstand in jeder Winkelposition der "idealen" Kraftverlaufskurve annähern sollen. Mit dieser Konstruktion ist somit gegenüber den Muskeltrainingsgeräten mit linearem Kraftverlauf eine höhere Ausschöpfung des Kraftpotentials bei gleichzeitiger Eliminie rung von Überlastungsmomenten auch bei konzentrisch/konzentrischer Muskelarbeits weise gegeben.Since the "Nautilus devices" became popular, numerous device manufacturers are now using them Power transmission so-called eccentric. These are elliptical Shaped pulleys for a wire rope system that provide the equipment resistance in everyone Angular position should approximate the "ideal" force curve. With this construction it is thus compared to the muscle training equipment with linear Force progression a higher utilization of the force potential with simultaneous elimination Reduction of overload moments even with concentric / concentric muscle work given wisely.

Desweiteren läßt sich mit der Erfindung im Vergleich zu computergesteuerten bzw. elektronischen Trainingsgeräten unter fachlicher Anleitung weitgehend selbständig ein effizientes Training im Sinne der Leistungsoptimierung bei relativ geringer Verlet zungsgefahr durchführen.Furthermore, in comparison with computer-controlled or electronic training equipment largely independently under professional guidance efficient training in the sense of performance optimization with relatively little injury Carry out danger.

- The fine metering of the apparatus resistance (contact pressure) leaves finer gradations in the lower, middle and upper weight range.
- The costs are many times lower than those of the computer-controlled or pneumatic Matically (hydraulically) operated muscle training equipment.
- In the system variant with three bodies, there are differences for each direction of movement graceful braking torques adjustable, making the different performance levels of the argonist and antagonist are taken into account.
- The patient can at any time, i.e. H. finish the exercise at every angle; it must no weight can be braked actively or passively. As an example, that the patient is in the concentric working phase with plug-in weight devices and wants to end the exercise with sudden pain. He's like that first of all to brake the entire eccentric force that acts on the joint.
- The friction construction used as a single device does not require a plug weight plate ten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained with reference to FIGS. 1 to 3. Show it:

Fig. 1 Die Reibkonstruktion mit drei Körpern 5, 7, 8 mit vier Reibflächen. Fig. 1 The friction structure with three bodies 5 , 7 , 8 with four friction surfaces.

Fig. 2 Die Ansicht von zwei Körpern 5, 7 mit Reibflächen, die um die Achse 1 gegen einander verdreht sind. Fig. 2 The view of two bodies 5 , 7 with friction surfaces that are rotated about the axis 1 against each other.

Fig. 3 Schemahafte Darstellung für ein Beispiel, wie die Reibkonstruktion 21 in einem Trainingsgerät 22 eingebunden sein kann. Fig. Scheme 3 Schematic representation of an example of how the Reibkonstruktion may be incorporated into a training device 22 21.

Die eigentliche Reibkonstruktion besteht in diesem Fall aus drei Körpern 5, 7, 8 bzw. vier Reibflächen, die sich auf einer Achse 1 aufreihen. In der Fortführung der Achse 1 ist die Vorrichtung 2 zur Krafteinleitung durch den Trainierenden befestigt. Die Kraft einleitung kann z. B. über Extremitäten, Extremitätenteilgelenke, den Rumpf u. s. w. er folgen. Desweiteren kann die Achse 1 über ein Koppelungsteil 3 mit weiteren Teilen eines Therapie- bzw. Fitnessgerätes 22 gekoppelt sein, die auch ein apparativ wider stehendes Moment erzeugen, aber zu anderen Trainingszwecken dienen. So z. B. Ge wichtsplatten, die über ein Seilzugsystem eine konzentrisch/exzentrische Trainings möglichkeit bieten und über die Achse 1 mit der Vorrichtung 2 zur Krafteinleitung durch den Trainierenden gekoppelt werden können. Die Reibkonstruktion 21 wird dann außer Kraft gesetzt z. B. durch Auseinander schieben der Reibflächen. Die Achse 1 muß in jedem Fall drehbar gelagert aber durch ein Lager 4 gegen Verschieben gesichert sein. Eine weitere Variante der Reibkonstruktion, die aus drei Körpern 5, 7, 8 besteht, wäre eine Reibkonstruktion aus nur zwei Körpern bzw. zwei Reibflächen, deren Ausführung hier aber nicht weiter fortgeführt werden soll, da deren Aufbau dem Prinzip des Auf baus der Reibkonstruktion aus drei Körpern 5, 7, 8 entspricht.The actual friction construction in this case consists of three bodies 5 , 7 , 8 or four friction surfaces, which line up on an axis 1 . In the continuation of the axis 1 , the device 2 for applying force by the trainee is attached. The force introduction can, for. B. over extremities, limb joints, the trunk, etc. he follow. Furthermore, the axis 1 can be coupled via a coupling part 3 to further parts of a therapy or fitness device 22 , which also generate a torque which is resistant to the apparatus, but are used for other training purposes. So z. B. Ge weight plates that offer a concentric / eccentric training option via a cable system and can be coupled via the axis 1 with the device 2 for force application by the trainee. The friction structure 21 is then overridden z. B. by pushing apart the friction surfaces. The axis 1 must in any case be rotatably supported but secured by a bearing 4 against displacement. Another variant of the friction structure, which consists of three bodies 5 , 7 , 8 , would be a friction structure consisting of only two bodies or two friction surfaces, the execution of which should not be continued here, however, since their construction is based on the principle of the construction of the friction structure corresponds to three bodies 5 , 7 , 8 .

Der mittlere Körper 5 ist starr mit der Achse 1 verbunden. Als Werkstoff für die Reibung können die Reibflächen mit einem Belag oder einer Beschichtung versehen sein, oder aber der Werkstoff, aus dem die Körper 5, 7, 8 bestehen, dient der Reibung. Die Achse 1 wird drehbar durch die beiden äußeren Körper 7, 8 hindurchgeführt. Die äußeren Körper 7, 8 sind wenigstens in eine Richtung gegen Verdrehen gesichert z. B. durch eine Vorrichtung 9, 9a, die am übrigen Fitness- oder Trainingsgerät befestigt ist. Einer der äußeren Körper 7, 8 kann z. B. ein Zahngesperre 10 oder eine dem entsprechende Vorrichtung haben, das die Verdrehung des Körpers in nur eine Richtung verhindert. Die Reibfläche eines Körpers 8 kann die Form einer Scheibe haben, die eine zentri sche Drehmöglichkeit bezüglich der Achse 1 aufweist. Dadurch wird das veränderbare Moment, das sich in der einen Drehrichtung aus der Reibung der Reibflächen der Kör per 5, 7 ergibt, um einen konstanten Momentenbetrag durch die Reibung der Reibflä chen der Körper 5, 8 in der entgegengesetzten Drehrichtung erhöht. Diese Ausbildung der Reibkonstruktion, die in beide Drehrichtungen unterschiedliche Momentenwerte erzeugen kann, ermöglicht eine bessere Anpassung an das Kraftpotential eines Mus kels, denn das Kraftpotential eines Muskels und das seines Gegenspielers unterschei den sich in vielen Fällen. Die Reibkonstruktion kann gegebenenfalls einen Winkelbe grenzer aufweisen, der eine Begrenzung der Bewegungsmöglichkeit des mittleren Kör pers 5 um die Achse 1 erlaubt. Der Winkelbegrenzer kann derart ausgebildet sein, daß auf dem äußeren Körper 7 ein Stahlring 11 mit einer Winkelskala befestigt ist, auf dem ein Puffer 12 bei der gewünschten Winkelzahl befestigt werden kann. Ein Gegenstück 13, das fest auf dem drehbaren Körper 5 befestigt ist, stößt bei der gewünschten Win kelzahl auf den Puffer 12 und bringt dadurch den drehbaren Körper 5 zum Stehen. Die Flächennormalkraft kann auf einen Körper 7, 8 auf verschiedene Weise aufge bracht werden, so z. B. pneumatisch bzw. hydraulisch, elektrisch oder mechanisch. Eine Möglichkeit kann sein, die Anpreßkraft auf jeden der äußeren Körper 7, 8 mittels Federn bzw. Tellerfedern aufzubringen. Die Tellerfeder 14, 14a befindet sich dabei zwischen dem Körper 7, 8 und einem weiteren Anpreßkörper 6, 6a, durch den die Ach se 1 drehbar hindurchgeführt wird. Bei den Vorrichtungen zum Schutz gegen Verdre hen der Körper ist zu beachten, daß sich die Körper 7, 8 und die Anpreßkörper 6, 6a parallel zur Achse verschieben lassen. Diese Vorrichtung kann deshalb auf einer Schiene 15 gelagert sein, die am Trainingsgerät befestigt wird. Der Anpreßkörper 6, 6a kann mittels einer Stellschraube 16, 16a belastet werden. Die Stellschraube 16a kann auf einem Gewinderohr 17 verlaufen, das zu einer gewissen Länge die Achse 1 umgibt, oder die Stellschraube 16 verläuft auf einem Gewinderohr 18, das außerhalb der Ach se 1 verläuft, um den Körper 7 zentrischer zu belasten. Das Gewinderohr 17, 18 muß extern am Gerät durch ein Lager 19, 19a gegen Verdrehen und Verschieben gesichert sein. Sowohl der mittlere Körper 5 als auch die anderen Körper der Konstruktion kön nen einen sogenannten Momentenausgleicher 20 haben, der die Form eines Gegen gewichtes haben kann und verhindert, daß ein Drehmoment um die Achse 1 infolge des Eigengewichts des entsprechenden Körpers entsteht. Es kann desweiteren eine Vorrichtung vorhanden sein, die verhindert, daß sich die Körper gleich- oder gegensin nig verdrehen. Diese Ausführung kann zweckmäßig sein, wenn die Reibkonstruktion mit anderen Therapie- und Fitnessgeräten gekoppelt wird.The middle body 5 is rigidly connected to the axis 1 . As the material for the friction, the friction surfaces can be provided with a covering or a coating, or the material from which the bodies 5 , 7 , 8 are made is used for the friction. The axis 1 is rotatably passed through the two outer bodies 7 , 8 . The outer bodies 7 , 8 are secured against twisting at least in one direction, e.g. B. by a device 9 , 9 a, which is attached to the rest of the fitness or training device. One of the outer bodies 7 , 8 can, for. B. have a ratchet 10 or a corresponding device that prevents the rotation of the body in only one direction. The friction surface of a body 8 can have the shape of a disk which has a centric cal rotation possibility with respect to the axis 1 . As a result, the changeable torque, which results in one direction of rotation from the friction of the friction surfaces of the body by 5 , 7 , is increased by a constant amount of torque by the friction of the friction surfaces of the body 5 , 8 in the opposite direction of rotation. This design of the friction structure, which can generate different torque values in both directions of rotation, enables better adaptation to the force potential of a muscle, because the force potential of a muscle and that of its opponent differ in many cases. The friction structure can optionally have a Winkelbe limiter, which allows a limitation of the possibility of movement of the central body 5 about the axis 1 . The angle limiter can be designed such that a steel ring 11 with an angle scale is attached to the outer body 7 , on which a buffer 12 can be attached at the desired number of angles. A counterpart 13 , which is fixedly attached to the rotatable body 5 , encounters the desired number of winches on the buffer 12 and thereby brings the rotatable body 5 to a stop. The normal surface force can be brought up on a body 7 , 8 in various ways, for. B. pneumatically or hydraulically, electrically or mechanically. One possibility can be to apply the contact pressure to each of the outer bodies 7 , 8 by means of springs or disc springs. The plate spring 14 , 14 a is located between the body 7 , 8 and a further pressure body 6 , 6 a, through which the axle 1 is rotatably passed. In the devices for protection against twisting hen the body it should be noted that the body 7 , 8 and the pressure body 6 , 6 a can be moved parallel to the axis. This device can therefore be mounted on a rail 15 which is attached to the training device. The pressure body 6 , 6 a can be loaded by means of an adjusting screw 16 , 16 a. The adjusting screw 16 a may pass on a threaded tube 17, which surrounds a certain length of the axis 1, or the set screw 16 extends on a threaded pipe 18 se outside the Ach 1 runs to charge centered around the body. 7 The threaded tube 17 , 18 must be secured externally on the device by a bearing 19 , 19 a against rotation and displacement. Both the middle body 5 and the other body of the structure can NEN have a so-called torque equalizer 20 , which can have the shape of a counterweight and prevent a torque about the axis 1 due to the own weight of the corresponding body. There may also be a device which prevents the body from twisting in the same or opposite direction. This version can be useful if the friction structure is coupled with other therapy and fitness devices.

Claims

1. Friction construction for generating a variable braking torque in Thera pie- and fitness equipment with bodies that have flat friction surfaces and that can be moved about a defined axis and that can be opened with different contact pressure, whereby at least two mutually rotatable bodies with friction surfaces are present, thereby characterized in that the friction surfaces of the bodies ( 5 , 7 , 8 ) have such a shape and such an eccentric or centric rotational possibility with respect to the axis ( 1 ) that the overlap of the friction surfaces changes during mutual rotation so that the distance changes the combined friction force of the axis ( 1 ) changes.

2. Friction structure according to claim 1, characterized in that the friction surfaces are designed as eccentrically mounted discs.

3. Friction structure according to claim 1, characterized in that the axis ( 1 ) with at least one body ( 5 ) is rigidly connected to the friction surface. The other / the other body ( 7 , 8 ) is / are rotatably mounted about the axis ( 1 ) and secured at least in one direction against rotation.

4. Friction structure according to claim 1, characterized in that the material the friction surface corresponds to that of the body or an applied covering or a Coating is.

5. Frictional construction according to claim 1, characterized in that a device ( 20 ) is present, by means of which the dead weight of individual parts is torque-neutral about the axis ( 1 ).

6. Friction structure according to claim 1, characterized in that a device ( 11 , 12 , 13 ) allows a limitation of the angle of rotation.

7. Friction structure according to claim 1, characterized by a system of three bodies ( 5 , 7 , 8 ) with friction surfaces. The middle body ( 5 ) is rigidly connected to the axis ( 1 ). The two outer bodies ( 7 , 8 ) of the system are rotatably supported with respect to this axis ( 1 ) but secured against rotation.

8. Frictional construction according to claim 7, wherein one of the outer bodies ( 7 , 8 ) is secured against twisting in both directions of rotation, and the other is only secured against twisting in one direction of rotation.

9. Friction structure according to claim 1, characterized by a system of three bodies ( 5 , 7 , 8 ) with friction surfaces. The outer bodies ( 7 , 8 ) are rigidly connected to the axle ( 1 ). The central body ( 5 ) of the system is rotatably supported with respect to the axis ( 1 ) but secured against rotation.

10. A friction structure according to claim 9, wherein one of the two outer bodies ( 7 , 8 ) is rigidly connected to the axis ( 1 ) in both directions of rotation, and the other outer body rigidly connects to the axis only in one direction of rotation.