DE202013006659U1

DE202013006659U1 - Krafttrainingsgerät mit einem Hybrid-Elektroantrieb

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Publication number: DE202013006659U1
Application number: DE202013006659U
Authority: DE
Original assignee: Chi Hua Fitness Co Ltd
Current assignee: Chi Hua Fitness Co Ltd
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-08-06
Anticipated expiration: 2023-07-25

Abstract

Krafttrainingsgerät mit einem Hybrid-Elektroantrieb, aufweisend: ein Gestell (10), auf dem ein Sitz (14) aufliegt; einen Belastungsmechanismus (20), der an dem Gestell (10) befestigt und eine Hauptwelle (21), eine auf der Hauptwelle (21) befestigte Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) und eine Federbaugruppe (23) besitzt, um eine Belastung auf die Hauptwelle (21) zu bewirken; einen Kraftaufbringungsmechanismus (30), der an der Hauptwelle (21) angebracht ist und mindestens ein Paar Verbindungsstangen (31), Gewichtsstab (32) und Griffe (33) aufweist, um eine von einem Benutzer ausgeübte Außenkraft auf die Hauptwelle (21) zu übertragen; eine Leiterplatte (40), die für die Steuerung der Beschleunigung sorgt und einen Beschleunigungssensor (41) und einen Mikroprozessor (42) aufweist und an dem Gewichtsstab (32) des Kraftaufbringungsmechanismus (30) angebracht ist; eine Digitaluhr (50), die an dem Gestell (10) befestigt ist, durch die der Benutzer Nennwerte zum Training eingeben kann; und eine Servosteuerung (60), die an dem Gestell (10) angebracht und elektrisch an die Leiterplatte (40), den Gewichtsstab (32), die Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) und die Digitaluhr (50) angeschlossen ist; wodurch die von der Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) des Belastungsmechanismus (20) und dem Federelement (23) erzeugte Belastung während Bedienung des Kraftaufbringungsmechanismus (30) spürbar ist, wobei die Werte des Gewichtsstabs (32), der Digitaluhr (50) und des Beschleunigungssensors (41) andauernd durch die Servosteuerung (60) verglichen und ausgeglichen werden, um Stromgröße zum Antrieb der Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) zu korrigieren und ein reibungsloses Training durch Bedienung des Kraftaufbringungsmechanismus (30) zu realisieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Krafttrainingsgerät mit einem Hybrid-Elektroantrieb, insbesondere ein Krafttrainingsgerät, das statt herkömmlicher Gewichtsscheiben eine Motorantriebs-Torsionsbaugruppe, eine Federbaugruppe und ein elektrisches Servosystem zum Kraft- bzw. Fitnesstraining aufweist.
Abgesehen davon, ob man zum Spaß, zur Gesundheit oder zur wettbewerblichen Sportleistung trainiert, ist vielen Fitness zu einem wichtigen Lebensteil geworden. In Europa und Amerika ist beispielsweise Krafttrainingsgerät sehr beliebt, das mit Hilfe von Eisenstücken eine Belastung zur Muskulaturverstärkung erzeugt. Jedoch ist dieser Aufbau mit Eisenstücken mit vielen Nachteilen behaftet. Beispielsweise sind Eisenstücke meistens sehr groß und somit einen großen Raum beansprucht. Die Gegengewichtseinstellung kann nur schwer ausgeführt werden und ist zugleich zeitintensiv. Durch Auf- und Abbewegung der Eisenstücke können viele Geräusche entstehen. Mithilfe der Eisenstücke kann lediglich eine beständige Belastung erzeugt werden, so dass eine Änderung der Belastung durch Einstellung der Bewegungskurve in diesem Fall nicht möglich ist. Sollte die Herzfrequenz eines Benutzers den zulässigen Grenzwert übersteigt, kann die Belastung aus diesem Grund nicht mit Hilfe des Aufbaus rechtzeitig automatisch verringert werden.
Da Bewegungsenergie durch Federn gespeichert bzw. freigegeben werden kann, werden Federn auf Grund ihres einfachen und preiswerten Aufbaus seit vielen Jahren in Krafttrainingsgeräten verwendet. Jedoch ist die Elastizität einer Feder nicht beständig und kann nur schwer eingestellt werden. Das kann die Anforderungen an schnelle und kontinuierliche Gewichtsänderungen während der Bewegung nicht erfüllen. Außerdem kann die Bedienung eines Krafttrainingsgerätes mit Federn nicht so reibungslos wie die mit Eisenstücken ausgeführt werden.
Zum Beheben der Nachteile des Aufbaus mit Eisenstücken und Federn wurden in den letzten Jahren viele Krafttrainingsgeräte mit Elektromotor zur automatischen Einstellung der Belastung entwickelt. Beispielsweise sind die Veröffentlichungen TW 230359 , US 4,979,733 und 4,678,184 . Mit solchen Krafttrainingsgeräten können zwar die vorstehend genannten Nachteile behoben werden, jedoch ist der Elektromotor nach der Kraftaufbringung während der Rückstellung sehr schwach und kann sich somit nur langsam bewegen. In Folge davon sind Krafttrainingsgeräte mit einem Elektromotor im Vergleich zu Krafttrainingsgeräten mit Eisenstücken durch langsame Geschwindigkeit gekennzeichnet. Aus diesem Grund können Krafttrainingsgeräte mit einem Elektromotor zur automatischen Einstellung der Belastung die Benutzer gefühlsmäßig nicht zufriedenstellen. Außerdem sind solche Krafttrainingsgeräte sehr energieintensiv, was sie ebenfalls unbeliebt macht.
Mit der Optimierung der Lebensqualität werden dementsprechend hohe Anforderungen hinsichtlich der Umweltfreundlichkeit und Sicherheit an Krafttrainingsgeräte gestellt. Zugleich stellt reibungslose Bedienung ebenfalls einen wichtigen Faktor für ein Krafttrainingsgerät dar. Die Erfindung geht daher davon aus, die Vorteile der Federn beim Energiespeichern mit der Torsion eines Motors zu kombinieren sowie den Krafttrainingsbedarf mit Hilfe eines Servosystems zu simulieren, um den Energieverbrauch zu verringern, die Herstellungskosten des Aufbaus zu reduzieren, die erwartete Geschwindigkeit und eine reibungslose Bedienung während des Trainings zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einem Hybrid-Elektroantrieb versehenes Krafttrainingsgerät zu schaffen, das mit Hilfe der Torsion eines Motors und der durch Federn gespeicherten Energie eine Belastung erzeugt, um den Energieverbrauch zu verringern und die Kosten zu reduzieren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein mit einem Hybrid-Elektroantrieb versehenes Krafttrainingsgerät bereitzustellen, das mit Hilfe eines Servosystems die Geschwindigkeit und eine reibungslose Bedienung während des Trainings gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein mit einem Hybrid-Elektroantrieb versehenes Krafttrainingsgerät, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Zusammenbaudarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Krafttrainingsgeräts;
2 eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Krafttrainingsgeräts, wobei ein Sitz vorgesehen ist;
3 eine perspektivische Zusammenbaudarstellung einer erfindungsgemäßen Motorantriebs-Torsionsbaugruppe;
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftaufbringungsmechanismus;
5 eine perspektivische Gesamtansicht des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftaufbringungsmechanismus;
6 eine perspektivische Gesamtansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftaufbringungsmechanismus; und
7 ein Blockdiagramm der elektrischen Verbindung des erfindungsgemäßen Krafttrainingsgeräts.
Bezug nehmend auf 1 bis 6 weist das erfindungsgemäße Krafttrainingsgerät ein Gestell 10, einen Belastungsmechanismus 20, einen Kraftaufbringungsmechanismus 30, eine für die Beschleunigung sorgende Leiterplatte 40, eine Digitaluhr 50 und eine Servosteuerung 60 auf, die im Folgenden näher zu erläutern sind.
Das Gestell 10 besteht aus einem vorderen Gestell 11, einem hinteren Gestell 12 und einem das vordere und das hintere Gestell 11, 12 verbindenden Steg 13. Über dem Steg 13 ist ein Sitz 14 angebracht.
Der Belastungsmechanismus 20 besitzt eine Hauptwelle 21, eine auf der Hauptwelle 21 befestigte Motorantriebs-Torsionsbaugruppe 22 und eine Federbaugruppe 23, um eine Belastung auf die Hauptwelle 21 zu bewirken. Die Hauptwelle 21 ist beidseitig jeweils in einer Wellenaufnahme 211 gelagert, die hinter dem vorderen Gestell 11 befestigt und zentral mit einem Lager 212 versehen sind. Die Hauptwelle 21 kann in der Wellenaufnahme 211 gedreht werden. Die Motorantriebs-Torsionsbaugruppe 22 weist einen Motor 221 und einen Getriebekasten 224 auf. Der Motor 221 kann als Gleichstrommotor bzw. bürstenloser Motor ausgelegt sein und weist eine Motorwelle 222 auf. Die Motorwelle 222 ist zur Wärmeableitung des Motors 221 an einem Ende mit einem Lüfter 223 verbunden. Der Getriebekasten 224 ist zur Torsionsübertragung an die Motorwelle 222 angeschlossen und über eine Seite auf der Wellenaufnahme 211 befestigt, wodurch die Motorantriebs-Torsionsbaugruppe 22 an dem Gestell 10 angebracht wird. Der Getriebekasten 224 weist eine Hohlwelle 225 auf, durch die die Hauptwelle 21 durchgeführt ist. Unter Einwirkung der Hohlwelle 225 kann die Torsion des Motors 221 auf die Hauptwelle 21 übertragen werden. Dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß umfasst die Federbaugruppe 23 einen Mitnehmer 231, mindestens eine Zugfeder 232 und einen Federhalter 233. Die Zugfeder 232 ist zwischen dem freien Endabschnitt des Mitnehmers 231 und dem freien Endabschnitt des Federhalters 233 vorgespannt. Der andere Endabschnitt des Mitnehmers 231 ist auf der Hauptwelle 21 montiert. Unter Einwirkung des Mitnehmers 231 kann die Hauptwelle 21 rotiert werden. Der andere Endabschnitt des Federhalters 233 ist vor dem hinteren Gestell 12 befestigt. Dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß besteht die Federbaugruppe 23 aus einer Hülse 234 und mehreren wendelförmigen Federn 236. Die wendelförmigen Federn 236 werden durch eine Trennplatte 237 voneinander getrennt. Die Hülse 234 ist auf der Hauptwelle 21 montiert und kann sich beim Drehen der Hauptwelle 21 mitdrehen. Das Innenende der wendelförmigen Feder 236 greift in die Schlitze 235 der Hülse 234 ein. Ihr Außenende ist an dem vorderen Gestell 11 angebracht.
Der Kraftaufbringungsmechanismus 30 ist an der Hauptwelle 21 angebracht. Dem Ausführungsbeispiel gemäß ist der Kraftaufbringungsmechanismus 30 als zwei symmetrisch auf der linken und der rechten Seite des Kraftaufbringungsmechanismus 30 angeordnete Stangen ausgelegt und weist eine Verbindungsstange 31, einen Gewichtsstab 32, einen Griff 33 und eine auf den Griff 33 aufgesteckte Hülse 34 auf. Die Verbindungsstange 31 ist endseitig auf der Hauptwelle 21 montiert. Der Gewichtsstab 32 ist als Balken ausgeführt und über ein Ende an dem freien Endabschnitt der Verbindungsstange 31 angebracht. Das andere Ende des Gewichtsstabs 32 ist unter dem Griff 33 befestigt. Auf diese Weise kann die Belastung des Belastungsmechanismus 20 über die Hauptwelle 21 und die Verbindungsstange 31 auf das untere Ende des Gewichtsstabs 32 übertragen werden. Die von einem Benutzer ausgeübte Kraft kann über den Griff 33 auf das obere Ende des Gewichtsstabs 32 übertragen werden. Auf diese Weise wird der Gewichtsstab 32 unten und oben jeweils mit einer Last bzw. einer Außenkraft belastet, so dass der Gewichtsstab 32 seinen Dehnungswert erzeugt und diesen zur Verarbeitung folglich an die Servosteuerung 60 sendet.
Die Leiterplatte 40 weist einen Beschleunigungssensor 41 und einen Mikroprozessor 42 auf und befindet sich seitlich von dem Gewichtsstab 32 des Kraftaufbringungsmechanismus 30.
Die Digitaluhr 50 ist an dem Gestell 10 befestigt, durch die Benutzer Nennwerte fürs Training eingeben können.
Die Servosteuerung 60 ist an dem Gestell 10 angebracht und elektrisch an die Leiterplatte 40, den Gewichtsstab 32, den Motor 221 und die Digitaluhr 50 (7) angeschlossen.
Bei Bedienung des Kraftaufbringungsmechanismus 30 ist die durch die Motorantriebs-Torsionsbaugruppe 22 und die Federbaugruppe 23 des Belastungsmechanismus 20 erzeugte Last spürbar. Der Last entsprechend sendet der Gewichtsstab 32 des Kraftaufbringungsmechanismus 30 der Servosteuerung 60 ein Signal S1, das anschließend mit dem Nennwert S2 verglichen wird. Die Abweichung zwischen dem Signal S1 und dem Nennwert S2 kann den Strom zum Antrieb des Motors 221 vergrößern. Die von dem Motor ausgeübte Torsion und die Federbaugruppe 23 bewirken jeweils eine Last auf die Hauptwelle 21. Die Abweichung zwischen den beiden Lastwerten entspricht dem Nennwert S2. Durch den Beschleunigungssensor 41 der Leiterplatte 40 kann die Beschleunigung des Kraftaufbringungsmechanismus 30 ermittelt werden. Der Mikroprozessor 42 kalkuliert den Nennwert S2 nach dem zweiten newtonischen Gesetz (F = ma) mit einer Beschleunigung. Der sich daraus ergebende Wert F wird folglich mit dem in die Digitaluhr eingegebenen Nennwert addiert. Der dadurch errechnete Wert wird an die Servosteuerung 60 weitergeleitet und mit der von dem Gewichtsstab 32 ermittelten Außenkraft verglichen. Die Abweichung zwischen den beiden Werten kann Strom zum Antrieb des Motors vergrößern. Mithilfe der Federn kann muss der Motor lediglich die Hälfte der Kraft bereitstellen. Aufgrund der Verringerung der Kapazität des Motors um eine Hälfte können Kosten des Aufbaus erheblich reduziert werden.
Durch das erfindungsgemäße Krafttrainingsgerät mit einem Federelement, einer Motorantriebs-Torsionsbaugruppe und einer Servosteuerung lassen sich eine reibungslose Bedienung sowie folgende Vorteile realisieren:

1. Im Vergleich zu reinen Elektro-Servosystemen wird der Erfindung gemäß lediglich eine Hälfte von der Leistung benötigt und ausgegeben, was umweltfreundlicher ist.
2. Die erfindungsgemäße Motorantriebs-Torsionsbaugruppe aus einem Motor und einem Getriebekasten ist kapazitätsmäßig halb so groß wie ein reines Elektro-Servosystem, wodurch Kosten für das Krafttrainingsgerät effizient reduziert werden können.
3. Mithilfe des erfindungsgemäßen Krafttrainingsgeräts kann die Bewegungskurve eingestellt werden, wodurch die Nachteile des Krafttrainingsgeräts mit Federn bzw. Eisenstücken behoben werden.

Mithilfe der vorstehend erläuterten Technik kann der Energieverbrauch des Krafttrainingsgerätes reduziert werden, wobei die Geschwindigkeit sowie die reibungslose Bedienung während des Trainings ebenfalls gewährleistet werden können.
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

TW 230359 [0004]
US 4979733 [0004]
US 4678184 [0004]

Claims

Krafttrainingsgerät mit einem Hybrid-Elektroantrieb, aufweisend: ein Gestell (10), auf dem ein Sitz (14) aufliegt; einen Belastungsmechanismus (20), der an dem Gestell (10) befestigt und eine Hauptwelle (21), eine auf der Hauptwelle (21) befestigte Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) und eine Federbaugruppe (23) besitzt, um eine Belastung auf die Hauptwelle (21) zu bewirken; einen Kraftaufbringungsmechanismus (30), der an der Hauptwelle (21) angebracht ist und mindestens ein Paar Verbindungsstangen (31), Gewichtsstab (32) und Griffe (33) aufweist, um eine von einem Benutzer ausgeübte Außenkraft auf die Hauptwelle (21) zu übertragen; eine Leiterplatte (40), die für die Steuerung der Beschleunigung sorgt und einen Beschleunigungssensor (41) und einen Mikroprozessor (42) aufweist und an dem Gewichtsstab (32) des Kraftaufbringungsmechanismus (30) angebracht ist; eine Digitaluhr (50), die an dem Gestell (10) befestigt ist, durch die der Benutzer Nennwerte zum Training eingeben kann; und eine Servosteuerung (60), die an dem Gestell (10) angebracht und elektrisch an die Leiterplatte (40), den Gewichtsstab (32), die Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) und die Digitaluhr (50) angeschlossen ist; wodurch die von der Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) des Belastungsmechanismus (20) und dem Federelement (23) erzeugte Belastung während Bedienung des Kraftaufbringungsmechanismus (30) spürbar ist, wobei die Werte des Gewichtsstabs (32), der Digitaluhr (50) und des Beschleunigungssensors (41) andauernd durch die Servosteuerung (60) verglichen und ausgeglichen werden, um Stromgröße zum Antrieb der Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) zu korrigieren und ein reibungsloses Training durch Bedienung des Kraftaufbringungsmechanismus (30) zu realisieren.
Krafttrainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorantriebs-Torsionsbaugruppe (22) einen Motor (221), der als Gleichstrommotor oder bürstenloser Motor ausgeführt ist, und einen Getriebekasten (224) aufweist, wobei der Getriebekasten (224) zur Torsionsübertragung mit einer Motorwelle (222) verbunden ist und eine Hohlwelle (225) besitzt, durch die die Hauptwelle (21) hindurch verläuft und von der diese zur Drehbewegung mitnehmbar ist.
Krafttrainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbaugruppe (23) einen Mitnehmer (231), mindestens eine Zugfeder (232) und einen Federhalter (233) aufweist, wobei die beiden Enden der Zugfeder (232) jeweils an dem Freiabschnitt des Mitnehmers (231) und des Federhalters (233) befestigt sind, und wobei der andere Endabschnitt des Mitnehmers (231) auf der Hauptwelle (21) montiert ist, so dass der Mitnehmer (231) unter Einwirkung der Hauptwelle (21) hin- und her schwenkbar ist, und wobei der andere Endabschnitt des Federhalters (233) an dem Gestell (10) befestigt ist.
Krafttrainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbaugruppe (23) eine Hülse (234), die auf der Hauptwelle (21) montiert ist und somit sich beim Drehen der Hauptwelle (21) mitdreht, und mindestens eine wendelförmige Feder (236), deren Innenende in die Schlitze (235) der Hülse (234) eingreift und deren Außenende am Gestell (10) angebracht ist, aufweist.
Krafttrainingsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere wendelförmige Federn (236) vorgesehen sind, die durch Trennplatten (237) voneinander getrennt werden.
Krafttrainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsstab (32) balkonförmig ausgeführt ist.