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kungsart fertig wird.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Ubungs- und Konditionsgerät
nach der Gattung des liauptanspruchs. Es sind schon Ubungs- und Konditionsgeräte
bekannt, beispilesweise in Form von Rudergeräten oder Standfahrrädern ausgebildete
Iieimtrainer, die die Durchführung bestimmter Bewegungsabläufe bei Aufbringen einer
entsprechenden Kraft durch die übendc Person ernöglichen. Bei diesen Heimtrainingsgerä.ten
werden aber im eher monotonen Ablauf immer nur bestimmte, durch das Gerät eindeutig
vorgegebene Bewegungen durchgeführt, die zwar eine gewisse körperliche Ertüchtigung
zulassen, jedoch keinesfalls sicherstellen, daß beispielsweise ein des Radfahrens
oder Ruderns Unkundiger durch ise-Betätigung eines entsprechenden Heimtrainingsgeräts
nachher auch tatsächlich radfahren oder rudern kann.
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Vorteile der Erfindung Demgegenüber ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen
Gerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des ilauRtanspruchs der Vorteil, daß der
übenden Person ihre Bewegungen nicht vorgeschrieben sind, ganz im Gegenteil alle
denkbaren Bewegungsabläufe von der übenden Person vollzogen werden können, die beispielsweise
in der Sportart des Windsurfings von isedeutung sind. Von besonderem Vorteil ist
aber bei dem crfindungsgemäßen Übungsgerät, daß dieses auch tatsächlich so reagiert,
wie ein sich auf dem Wasser befindendes, ein Segel an einem Mast tragendes Windsurfingsbrett,
so daß die übende Person effektiv in die Lage versetzt wird, den Windsurfingsport
entweder zu erlernen oder sich in ihren Fähigkeiten zu vervollkommnen. Tatsächlich
sind nämlich die Reaktionen eines für das Windsurfing verwendbaren Geräts
vergleichsweise
kompliziert und erfordern bis zur einwandfreien Beherrschung des Geräts erheblichen
Trainingsaufwand und Zeiteinsatz. Die Erfindung ermöglicht daher das Erlernen und
das Einüben von Fertigkeiten für die Sportart des Windsurfinqs jederzeit, insbesondere
aber auch in den Monaten, wo bedingt Windsurfing aus klimatischen Gründen nur im
Freien durchgeführt werden kann.
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Aber selbst dann, wenn man von der speziellen und bevorzugten Anwendungsmöglichkeit
des erfindungsgemäßen Übungsgeräts auf die Sportart des Windsurfings absieht, stellt
die Erfindung einen ileimtrainer von hohem, gesundheitsförderndem Wert dar, und
zwar insbesondere auch deshalb, weil die von der übenden Person durchzuführenden
Bewegungen nicht wie beim Rudern oder Radfahren im heimischen Bereich vorgeschrieben
sind und daher wegen des vergleichsweise monotonen Ablaufs nach einer gewissen Zeit
nicht mehr ausgeiibt werden, weil dies langweilig ist, sondern weil jeder gewünschte
und denkbare I3ewegungsablauf durchgeführt werden kann. Das erfindungsgcmäße Gerät
läßt erhebliche Schwierigkeitsgrade zu und s>ric1it insl)esondere auch die Geschicklichkeit
des Übenden im hohen Maße an, so daß neben der gesundheitsfördernden Komponente
schließlich auch der Erwerb einer Fähigkeit, nämlich die Ausiibung des Windsurfingsports,
steht, die erhebliche Freude macht.
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Das erfindungsgemäße Übungs- und Konditionsgerät ist trotz der vielfältigen
Anwendungsmöglichkeiten und seiner neuartigen Grundkonzeption vergleichsweise einfach
aufgebaut und kostengünstig herzustellen und daher auch von Privatpersonen günstig
zu erwerben.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptan
spruch angegebenen
übungs- und Konditionsgeräts möglich. Besonders vorteilhaft ist die bewegliche Lagerung
der Standunterlage, die neben der Arbeit am Mast mit Querbaum der übenden Person
effektiv den Eindruck eines Windsurfingbretts vermittelt, insbesondere da durch
Abtastung der Auslenkung des Mastes in einer Richtung, die der Längsrichtung von
Standunterlage bzw. Windsurfingbrett entspricht, eine Verlagerung des Drehpunktes
der Standunterlage bzw. die Verdrehung der Standunterlage je nach Richtung der Auslenkung
durch weitere Arbeitseinrichtungen vorgenommen werden kann.
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Vorteilhaft ist schließlich die Anordnung von Dämpfungseinrichtungen
für die verschiedenen, durchzuführenden Bewegungen, damit abrupte Bewegungen und
gegebenenfalls das Rückschlagen von Mast oder Querbaum bei plötzlichem Loslassen
vermieden werden.
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Außerdem läßt sich das Gerät durch æufallsgeneratorgesteuerte rafteinwirkung
in eine wirklichkeitsnahe "Wellenbewegunq" versetzen.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1a ein Windsurfingbrett in Seitenansicht und Fig. 1b in einer Ansicht von oben
zum besseren Verständnis der Bewegungsabläufe, die das erfindungsgemäße Ubungsgerät
ermöglicht und die in bevorzugter Ausgestaltung auf die Sportart des Windsurfings
abgestellt sind, Fig. 2 eine erste,einfache Ausführungsform eines Ubungsgeräts in
perspektivischer Darstellung, Fig. 3 eine weitere, der Darstellung der Fig. 2 in
etwa entsprechende Ausführungsform, Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung die
Verteilung der Kraftangriffspunkte und die Krafteinwirkungen auf den Mast, die sich
bei einer Neigung des Mastes und/oder einer Drehbewegung desselben durch Betätigung
des Querbaums ergeben, Fig. 5 zeigt ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel für
die kombinierte Erzielung von zwei sich
gegenseitig beeinflussenden,
nämlich verstärkenden Kraftkomponenten bei Auslenkung von Mast oder Querbaum, Fig.
6a zeigt in einer weiteren Ausgestaltung ein aufwendiger ausgeführtes Ubungsgerät,
welches gleichzeitig durch Erfassung von Neigung bewegungen des Mastes etwa in Längsrichtung
der Standunterlage Ortsverlagerungen oder Verschwenkungen der Standunterlage selbst
herbeiführt, die daher beweglich gelagert ist, Fig. ob zeigt das Ausführungsbeispiel
1 tler Fig. ba a in einer Seitenansicht und Fig. 6c in einer Ansicht von oben, die
Figuren a und 7b zeigen schematisch die Auswirkungen von Neigungsbewegung des Mastes
und Drehbewegung dessclhen durch Betätigung des Querbaums auf ein unter Federkrafteinwirkung
stehendes und die sich auf den Mast auswirkenden Gegenkräfte der Arbeitseinrichtung
übertragendes Seil, wie sich dies bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6a bis
6c ergibt, die Figuren 8a und 8b zeigen als Teilausschnitt eine Variante der Kraftangriffsmöglichkeiten
auf das untere Rastende, die Figur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für
die Erzeugung zweier miteinander verkoppelter Kraftkomponenten, desgleichen die
Darstellung der Figur 10, die mit einer im hohlen Mastinneren gelagerten, auf Torsion
und iegng beanspruchten Feder arbeitet, während die Figur 11 Ausführungsformen des
Ubungsgeräts zeigt, bei dem für die Durchführung der gewünschten Bewegungsabläufe
aktive krafterzeugende Einrichtungen in gegenseitiger Verkopplung verwendet werden.
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Beschreibung der Erfindungsbeispiele Bevor im folgenden im einzelnen
auf mögliche Ausfiihrungsformen von übungs- und Konditionsgeräten, insbesondere
für den Windsurfingsport, e2ngegangen wird, werden zum besseren Verständnis anhand
der Darstellung der Figuren la und 1b schematisch kurz die grundsätzlichen Zusammenhänge
erliuteT-t, die sich beim Windsurfing in Form von Bewegungsabläufen und darauf reagierende
Krafteinflüsse
ergeben können. Es ist ein lagerndes Gestänge 1 vorhanden, welches das Segel 2 trägt.
Das Gestänge ist etwa mittig des bevorzugt mit einem Kiel ausgestatteten Windsurfingbretts
3 schwenkbar nach allen Richtungen sowie drehbar gelagert und besteht aus dem sich
vom Brett 3 nach oben erstreckenden Mast 4 und einem von diesem in Querrichtung
ausgehenden Betätigungsarm 5. An diesem greift zur Steuerung die auf dem Brett 3
stehende Person an und bewegt das Segel 2. Es ergeben sich zwei grundsätzliche Bewegungsmöglichkeiten
sowie deren Kombinationen. Zieht die windsurfende Person, die auf dem Brett 3 steht,
das Segel mit Hilfe des querliegenden Handarms :, zu sich heran, führt also eine
Drehbewegung um den Mastlagerpunkt 6 durch in Richtung des Pfeiles A (dicht holen),
dann muß diese Arbeit gegen einen gewissen Winddruck durchgeführt werden, gleichzeitig
vergrößert sich hierdurch aber, wie einzuschen ist, die Windangriffsfläche, so daß
der Wind in die Lage ver-- 1n,' .7.1.n.n -setzt werden könnte, Mast mit Segel in
Richtung Lee abzukippen, wenn sich der Windsurfer nicht gleichzeitig weiter nach
außen in Richtung Luv verlagert, um das Gleichgewicht .aufrecht zu halten. Beim
Fieren, die dem Wegdrücken des Segels 2 von sich muß der umgekehrte Bewegungsablauf
durchgeführt werden.
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Ein weiterer Bewegungsablauf ergibt sich aus einer Neigungsbewegung
des Mastes (mit liandarin und Segel) in Querrichtung.
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Außerdem kann man durch Verkippen des Segels 2 in oder gegen Fahrtrichtung
oder Längsrichtung des Brettes ein Verdrehen desselben in der Weise erzielen, daß
bei einem Vorwdrtsneigen, wie die Phantomdarstellung t3 zeigt, das Brett zum Abfallen
entsprechend der Darstellung der Fig. lb gebracht wird, da sich die Windangriffsfläche
nach vorn vor einem gedachten mittleren Drehpunkt verlagert. Durch Zurücknehmen
des Segels 2 ergibt sich ein Anluven (Drehbewegung des Buq in Richtung Luv).
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Das erfindungsgemäße und in Fig. 2 gezeigte Übungsgerät ist in dieser,
besonders einfachen Ausführungsform so ausgebildet, daß die wahren und zutreffenden
Gegen- oder Reaktionskräfte von
dem Gerät ausgeübt werden, wenn
die übende Person 10 sich am Gerät betätigt. Das Gerät ist in Fig. 2 insgesamt mit
11 bezeichnet; es besteht in dieser einfachen Form aus einer brettartigen Standunterlage
12, die vorn und hinten an zwei Bügeln 13a und 1 bb zur Erzielung einer hier zunächst
ortsfesten Standfestigkeit befestigt ist. Im vorderen Teil der Standunterlage 12
ist ein sich normalerweise etwa senkrecht nach oben erstreckender Mast 14 so gelagert,
daß der Mast nach allen Richtungen verschwenkbar ist, d.h. geneigt werden kann.
Die Lagerung erfolgt bei 15 bevorzugt mittels einer kardanischen Aufhängung oder
auch durch eine in Kalotten gelagerte Kugel oder in sonstiger geeigneter Weise.
Das untere Ende 16 des Mastes ist durch die Standunterlage 12 hindurchgeführt und
bei 17 so abgebogen, daß sich ein freies llebelende 18 ergibt, welches, wie zunächst
angenommen werden soll, etwa unterhalb der Standunterlage 12 sich in entgegengesetzter
Richtung zu einem oberhalb der ';tandunter lage 12 am Mast befestigten Querbaum
19 erstreckt. An dem Queri>aum 19 greift die übende Person 10, wie in der Darstellung
der Fig. 2 gezeigt, an, wobei sie sich mit den Füßen auf der Standunterlage 12,
einen mittleren Drehpunkt 20 übergreifend, abstützt. Auf diesen Drehpunkt 20 wird
weiter unten bei der Beschreibung des in Fig.6a 6a gezeigten Ausführungsbeispiels
noch genauer eingegangen. An dem liebelstiick 18 unterhalb der Standunterlaqe -
an sich aber im Grunde an beliebiger Stelle am Mast 14 - greift eine in Richtung
des Pfeils C gerichtete Kraft an, die um so größer wird, je weiter das Hebelstück
18 in einer durch den Pfeil D angegebenen Richtung ausgelenkt wird. Man kann sich
daher die Kraft C auch als bei 21 an das llebelstiick 18 angelenkte Feder vorstellen.
Es ergibt sich dann eine Auslenkung der für die Kraft C eingesetzten Feder und damit
eine immer stärker werdende Gegenkraft, die von der übenden Person 10 auf der Standunterlage
12 zu überwinden oder aufzubringen ist, wenn diese versucht, durch Angriff
am
Querbaum 19 den Mast 14 zunächst in einer Richtung zu neigen, die etwa quer zur
Längsrichtung der Standunterlage 12 entsprechend dem Doppelpfeil E verläuft. Zieht
daher die übende Person 10 den Mast 14 zu sich heran (ohne daß zunächst eine mögliche
Verdrehung des Mastes um sein Lager 15 durch Drehung des Querbaums 19 in Betracht
gezogen wird), dann erzeugt die von der Feder C aufgebrachte, proportional oder
progressiv je nach Federauslegung, anwachsende Federkraft den Mast 14 in seine Ursprungslage
zurückzustellen. Es empfiehlt sich, durch entsprechende Anbringung von Dämpfungsgliedern
die Mastbewegung so zu dämpfen, daß bei plötzlichem Loslassen kein Rückschlagen
oder keine ruckhaften Bewegungen möglich sind.
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Die übende Person 10 ist daher in der Lage, durch entsprechend starkes
lleranziehen und weites llinausbeugen den Mast 14 gegen die Rückstellkraft der Feder
C auch erheblich in Querrichtung zu neigen, so daß ein Bewegungsablauf, der auch
beim Windsurfing auftritt, durchgeführt werden kann. Die iibende Person kann aber
darüber hinaus im Sinne des Doppelpfeils F den ()uerbaum 19, der ihr als Kraftangriffselement
oder Handhabung dient, auch um den Mast 14 drehen, und zwar bei beliebiger Neigungsposition
des Mastes 14. Es ergibt sich dann die zunächst überraschende Tatsache, daß der
Mast 14 versuchen wird, sich aufgrund dieser Drehbewegung des Querbaums 19 um seine
Achse aufzurichten, d.h.
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die übende Person 10 muß versuchen, die sich vergri>ßernde Rückstellkraft
gegen eine Mastneigung durch stärkeres Iiinauslehnen zu kompensieren. Dieser Effekt
wird dadurch erzielt, daß das Hebelstück 18 bei einer Drehbewegung des Mastes 14
die Feder C ebenfalls längt, wie einzusehen ist, so daß die Feder C neben dem rückstellenden
Drehmoment, welches gegen eine Drehbewegung des Querbaums 19 um den Mast 14 gerichtet
ist, auch eine zusätzliche Linearkraftkomponente erzeugt, die die Neigung des Mastes
14 zu verringern trachtet. Es ergeben sich daher zwei miteinander gekoppelte Kraftkomponenten,
die kombiniert am
Mast 14 angreifen und die bei dem in Fig. 2 dargestellten
Ausftihrungsbeispiel ausschließlich durch eine Feder C bzw. eine entsprechende,
in die Richtung des mit dem gleichen Bezugszeichen C angegebenen Pfeils angreifende
Krart aufqebracht werden, zusammen mit der Art der Anlenkung der Feder C am Mast
14.
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Mit anderen Worten bedeutet dies, daß am Mast gleichzeitig zwei krafterzeugende
Komponenten angreifen, von denen die eine eine Kippbewegung oder Neigung des Mastes
beeinflußt und dieser entgegenwirkt und von denen die zweite einer Drehbewegung
des Mastes entgegenwirkt (jeweils proportional oder progressiv oder mit entsprechend
gewiinschter Kennlinie), wobei aber darüber hinaus die krafterzeugenrien Komponenten
derart verkoppelt sind, daß sich bei Ansprechen einer der Kraftkomponenten und Erzeugung
einer entsprechenden gegengerichteten Kraft gleichzeitig eine Versteifung der anderen
Kraftkomponente ergibt. Man eikennt im übrigen, daß bei einer Neigung des Mastes
14 nach vorn und hinten bzw. in Längsrichtung entsprechend dem Doppelpfeil G praktisch
keine Federreaktion erfolgt, denn der Federangriffspunkt 21 bleibt in einer Längsebene,
so daß sich der Abstand von Federangriffspunkt 21 zum Anlenkpunkt 22 der Feder zumindest
bei kleinen Winkelausschlägen nicht wesentlich ändert.
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Im übrigen wird darauf hingewiesen, daß in der Beschreibung lediglich
aus Gründen eines besseren Verständnisses von Längs-oder Querbewegungsrichtungen
die Rede ist, denn die Längsbewegungsrichtung entsprechend dem Doppelpfeil G, in
welcher die auf den Mast 14 einwirkende Kraft praktisch gleich Null sein soll, verläuft
bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Grunde schräg nach hinten, etwa in
einem Winkel von 300. Dies ist aber für die grundsätzliche betrachtungsweise von
untergeordneter Bedeutung und, wie leicht einzusehen, durch entsprechende Abwinklung
des Ilebelteils 18 mit Bezug auf den Mast 14 und die Richtung der angreifenden Feder
leicht bestimmbar. Allerdings
wird die nach "vorn und hinten" gerichtete
Bewegung bei einem späteren Ausführungsbeispiel noch dazu benutzt, um eine Drehpunktverschiebung
der Standunterlage 12 zu erzielen.
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Man kann sich daher, wie auch in der Natur beim Windsurfing, lediglich
durch Drehen des Querbaums 19 auf dem Brett 12 ausbalancieren, man kann den Querbaum
19 auch überdrehen, indem man den Querbaum über die Längsrichtung der Standunterlage
bzw. des Bretts hinausdreht, wodurch die Kraft so stark erhöht wird, daß man, hier
angewendet auf den natürlichen Ablauf des Windsurfings, aus dem Wasser herausgehoben
wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß in diesem Fall der Wind voll in das Segel
gehen kann, wie aus einer Betrachtung der Darstellung der Fig. lb erkennbar wird.
Durch entsprechende Auslegung der liebelverhältnisse am Mast 14, (i.h. durdi entsprechende
Bemessung des über die Standunterlage 12 hinausragenden oberen Mastteils und des
unteren Mastteils 16 (sowie durch Abstimmung des abgebogenen Hebelstücks 18 und
seiner Winkelposition) lassen sich jeweils optimale Verhältnisse einstellen und
eine Abstimmung auf die Federkräfte erzielen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist am unteren Ende 16 des
Mastes 14 eine Rolle 25 befestigt mit einem Radius, der der Länge des Hebelstücks
18 entspricht und auf die Länge des Querbaums 19 abgestimmt ist. Die Rolle 25 wickelt
ein Seil 26, vorzugsweise ein Drahtseil geeigneter Festigkeit,auf, welches über
eine ortsfeste Rolle 27 in gewünschter Winkellage auf die Rolle 25 geleitet wird
und welches an seinem anderen Ende an einer Feder 28 angreift, die mit ihrem hinteren
Ende ortsfest gelagert ist, beispielsweise an der Standunterlage 12 befestigt ist.
Ersichtlich führt eine Neigung des Mastes 14 zu einer Entfernung der Rolle 25 am
unteren Mastende von der ortsfesten Rolle 27, so daß die Feder 28 unter Ausbildung
einer entsprechenden
Rückstellkraft gespannt wird. Durch eine
Drehung am Querbaum 19 wird das Seil 26 auf die Rolle 25 aufgewickelt.
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so daß sich eine Krafterhöhung bezüglich der Neigungsrückstellung
ergibt zusammen mit einer entsprechenden Erhöhung des auf den Querbaum 19 sich auswirkenden,
rückstellenden Drehmoments.
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Schematisch lassen sich diese Verhältnisse der Darstellung der Fig.
4 entnehmen. Durch die Anwendung der Rolle 25 ergibt sich der Vorteil, daß die Krafterhöhung
proportional zum Drehwinkel der Auslenkung erfolgt, da der Radius der Rolle 25 stets
gleich ist. In lig. 4 ist der Mastmittelpunkt mit 30 bezeichnet. Gestrichelt ist
die Verlagerung der Rolle 25 in die Position 2S' durch Neigung des Mastes oberhalb
der Standunterlage in Richtung auf die übende Person 10 dargestellt; man erkennt,
daß dies zu einer Verlangerung des Seils 26 und einer entsprechenden Auslenkung
der leder 28 führt. Eine Auslenkung der Feder erzielt man aber auch durch die schon
erwähnte Drehung der Rolle 25. Man erkennt, daß bei geringfügig unterschiedlichen
Kraftverteilungsverhältnissen am Umfangspunkt 31 der Holle 25, an welchem sich das
Seil 2( an die Rolle anzulegen beginnt, auch die Kolbenstange einer mit ihrem anderen
Ende ortsfest gelagerten (;asdruckfeder 32 angreifen kann, die in Richtung des Pfeils
H eine Druckkomponente auf den Punkt 31 ausüben kann. Sowohl eine Neigung des Mastes
als auch eine Verdrehung führt zu einer sich überlagernden Kompressionsbewegung
des Kolbens 33 der Gasdruckfeder und entsprechende, sich in ihrer Kraftwirkung verstärkende
Reaktionskräfte.
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Der mit X angegebene Abstand zwischen der stationären Rolle 27 und
dem Mastmittelpunkt bestimmt im übrigen den Zug nach vorn auf den Mast bei Neigung
des Mastes, also die bei diesem Ausführungsbeispiel auftretende Kraftkomponente
auch in Längsrichtung
oder quasi in Längsrichtung, wie weiter
vorn schon erläutert.
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Ein vergleichsweise einfaches Ausführungsbeispiel zeigt die Darstellung
der Fig. 5; hier verfügt der sich unter der Standunterlage befindliche Mastteil
iiber eine sich vom angenommenen Mastmittelpunkt 30' entfernende Nockenbahn 35.
Die Nockenbahn 35 liegt an einem Druckhebel 36 an, der an einer Seite bei 37 stationär,
aber verschwenkbar gelagert ist und an dessen anderem Ende eine Druckfeder 38 angreift.
Wird der Mast 14 lediglich geneigt, dann ergibt sich eine Bewegung des Mastmittelpunktes
in Pfeilrichtung I und eine Auslenkung des Druckhebels 36 in die gestrichelte Position
36'. Erfolgt gleichzeitig noch eine Verdrehung um den Mastmittelpunkt 30', dann
läuft die Nockenbahn 35 auf der zugewandten Fläche des Druckhebels 36 ab und drückt
diesen, da sie sich selbst immer weiter vom Mastmittelpunkt 30' entfernt, von diesem
ab, so daß die gleiche Auslenkung unter Zusammenpressen er Feder 38 erzielt wird.
Man erkennt, daß auch hier wieder eine Krafterllöllung durch Überlagerung erzielt
wird, in der Weise, dan eine Drehbewegung des Mastes 14 durch Bewegen des Querbaums
19 automatisch die Rückstellkraft gegen eine Mastneigung verstärkt.
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Die bisherigen Ausführungsbeispiele lassen erkennen, daß die verschiedensten
Kraftgeber für die Realisierung der beiden Gegenkr;ift-r! erzeugenden Komponenten
eingesetzt werden, wobei insbesondere auch Variationen hinsichtlich Angriffspunkte,
liebelabstände u. dgl. möglich sind. Es können übliche Schrauben oder Torsionsfedern,
ölgedämpfte Federn oder Gas<iruckfedern eingesetzt werden, die entweder direkt
oder über das geschilderte Seilsystem am Mast angreifen. Es ist auch möglich, anstelle
der passiven, auf einer Auslenkung mit einer ückstellkraft reagierenden Kraftsysteme
aktive krafterzeugende Einrichtungen, beispielsweise
pneumatische
oder hydraulische Arbeitszylinder zu verwenden. Durch entsprechende Steuerung dieser
Arbeitszylinder in ihrer Druckmittelzuführung, durch die Verteilung es Druck mittels
und die Steuerung des Drucks des Druckmittels lassen sich beliebige gewünschte Bewegungsabläufe
und Reaktionskräfte erzeugen bzw. simulieren. Es ist auch möglich, auf elektrischer
Basis arbeitende krafterzeugende Einrichtungen zu verwenden, beispielsweise Elektromagnete,
deren Eintauchtiefe in eine erregte Spule die Erzeugung entsprechender Gegenkräfte
anregt.
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Geeignet sind auch Linearantriebe, insbesondere elektrisch durch Schrittmotoren
gesteuerte, eine hydraulische Kraftwirkung entwickelnde Linearantriebe, denn man
kann in diesem Fall auch durch den Einsatz von programmierbaren Steuereinheiten,
beispielsweise sogenannte Mikroprozessoren'ganz bestimmte und auf Nondition und
Fähigkeiten des übenden abgestimmte Programme, Kräfte und Bewegungsabläufe vermitteln.
Die Verkoppelung der beiden ilauptkraftkomponenten (Neigung des Mastes und seine
Drehung durch Betätigung des Querbaums zur qegenseitigen oder einseitigen Krafterhöhung)
erfolgt bei den ohne Antrieb arbeitenden Krafterzeugungssystemen durch den geschilderten
Aufbau und die Art der Anlenkung, bei Antriebseinrichtungen, die, etwa in Form von
hydraulischen Arbeitszyiindern getrennt am Mast angreifen, kann die Verkoppelung
durch Abtastung der jeweiligen Auslenkung der anderen Bewegungskomponente und Erhöhung
der Antriebskraft der eigenen Bewegungskomponente geschehen. Hierauf wird weiter
unten noch eingegangen. Zunächst wird anhand der Darstellung der Figuren Ga bis
tjc in Verbindung mit den Figuren 7a und 7b ein weitczl-es Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Ubungsgerits erlfiutert, bei den in weiterer Ausgestaltung die
Bewegung des Mastes 14 nach vorn und hinten (in Längsrichtung der Standunterlage
12')ohne eine Spannungseinwirkung, d.h. ohne Geqenkraft erfolgt. hierauf wird zunächst
eingegangen. Es sei zurächst angenommen, daß die Standunterlage 12 ortsfest gelagert
ist,
wobei die Darstellung der Fig. 6a einen Schnitt durch eine mittlere Ebene mit einer
Darstellung der kardanischen Lagerung 40 des Mastes 14 zeigt. Auch hier ist ein
Seil 26' vorhanden, welches an einer Feder 28' festgemacht ist, deren anderes Ende
im Bereich der Standunterlage 12' ortsfest gehalten ist. Das kardanische Gelenk
40 umfaßt eine büchse 41, in welcher der Mast 14 eine Drehbewegung durchführen kann,
jedoch gegen eine Axialverschiebung gesichert ist. Durch eine entsprechende Haftreibung
des Mastes 14 in der Büchse läßt sich gewünschtenfalls hier auch eine Drehdämpfung
erzielen. Die Büchse 41 ist mittels Zapfen 42 so verschwenkbar in einem äußeren,
umgebenden, ringförmigen Rahmen 43 gelagert, daß der Mast 14 mit Büchse 41 die Neigung
in Querrichtung durchführen kann, also in einer Richtung, die in der Darstellung
der Fig.6b entsprechend dem Doppelpfeil E verläuft. Zur Durchführung der nach vorn
und rückwärts gerichteten Neigungsbewegung entsprechend dem Doppelpfeil G in Fig.
6a ist der Rahmen 43 seinerseits wieder mittels Zapfen 44 in der Standunterlage
12' bzw.
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an in geeigneter Weise in dieser angeoflineten Ansätzen 45 gelagert.
Dadurch kann der Mast 14 in beliebiger Weise geneigt und auch innerhalb der Büchse
41 gedreht wer(len. Der die Büchse 41 schwenkbar lagernde Rahmen ß, trägt beidseitig
sich nach unten erstreckende LagerarIr 46 und 47, die in den vereinbarten Richtungen
jeweils nach vorn und nach hinten gerichtet sind.
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Neben jeweils einer äußeren, vertikal gelagerten Führungsrolle 48a,
4b lagern die erwähnten Lagerarme 46 und 47 noch zwei horizontale Führungsrollen
49a, 50a bzw. 49b, 50b. Zwischen den erwähnten Horizontalrollen 49a, 50a; 49b, 50b
und mittig geführt von den Vertikalrollen 48a und 48b läuft das schon erwähnte Seil
46', wie in Fig. 6a und in der Draufsicht der Fig. 6c erkennbar und führt dann wieder
nach oben in Richtung auf die Standunterlage 12', wo das Seil entweder ortsfest
unter Spannung fixiert oder an einer Stange 51 befestigt sein
kann,
die als Verstellspindel für eine stärkere Auslenkung der Feder 28' durch Betätigung
mittels eines Handgriffs >2 von außen so ausgebildet ist, daß sich hierdurch
die Federvorspannung einstellen läßt. Man kann so für rnehr oder weniger starke
Rückstellkräfte sorgen. Erkennbar ist daher eine Neigung d Mastes 14 nach vorn oder
hinten entsprechend dem Doympelpfeil G ohne weiteres und ohne jede Krafterzeugung
oder Spannung möglich, denn sämtliche Führungsrollen dreben sich um den gemeinsamen
Mittelpunkt der Lagerzapfen 44 und erhöhen die Federspannkraft nicht. Zur Erzeugung
der Rückstellkräfte gegen Neigung unci Verdrehung des Mastes geht von diesem nach
unten zwischen den beiden Hebelarmen 46 und 47 ein unteres Maststück 16' aus, welches
in einer Lagergabel 55 mündet, die beidseitig des durchlaufenden Seils 26' zwei
horizontale mit den Seilen in Wirkverbindtinq stehende Mastrollen 56a, 56b lagert.
Die Wirkungsweise läßt iich am besten anhand der Darstellung der Fig. 7a in Verbindung
mit Fig. 7b erläutern. In der Ruheposition des Systems befinden sich die Mastrollen
56a, 56b in der Position 1>, wobei man hier im übrigen erkennt, daß eine Verlagerung
des gesamten Rollensystems in Längsrichtung zum Seil 26' keine Gegenkräfte hervorruft
und hervorrufen kann. Wird jedoch der Mast 14 in Richtung des Pfeils E der Fig.
2 geneigt, dann verlagern sich die Mastrollen in die neue Position Po, was zu einer
Auslenkung des Seils mit Bezug auf die in diesem Sinne ortsfesten Außenrollen 49a,
:>Oa; 49b, 50b an den liebelarmen führt. Die Feder 28' wird entsprechend gespannt,
und es ergibt sich eine entsprechende Rückstell-Reaktionskraft, die der Übende 10
durch sein Körpergewicht ausbalancieren kann. Wird der Mast darüber hinaus noch
durch Betätigung des Querbaums 19 verdreht, dann wickelt sich das Seil 26 in der
ausgelenkten Position Po der Fi(J. 7a entsprechend der Darstellung der Fig. 7b sozusagen
um die Mastrollen herum, so daß es zu einer erheblich stärkeren Seilverkiirzung
und entsprechenden Auslenkung der Feder
28' kommt mit einer entsprechenden
Entwicklung eines Gegendrehmoments und einer verstärkten Rückstellkraft gegenüber
der Mastneigung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung,
die sich ebenfalls der Darstellung der Figuren 6a bis 6c entnehmen lassen, ist die
Standunterlage 12' ihrerseits beweglich auf einer ortsfesten Unterlage 60 gelagert,
und zwar beispielsweise durch einen einzigen Lagerstab 61, der von der stationären
Unterlage 60 ausgehend die nunmehr beweglich verschwenkbar, kippbar und drehbar
gelagerte Standunterlage 12' etwa mittig zentral unterstützt. Allgemein ist diese
bewegliche Lagerung der Standunterlage 12', auf welcher sich die iibende Person
entsprechend der Darstellung der Figuren 2 oder 3 abstützt, so getroffen, daß die
übende Person zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts und der Balance vergleichsweise
geschickt durch Verlagerung ihres Körpergewichts und entsprechende Manipulationen
dafür sorgen muß, daß die Standunterlage ihre im wesentlichen horizontale Position
beibehält. Ahnliche Anforderungen ergeben sich durchaus beim tatsächlichen Windsurfing,
wenn die Balance auf dem Brett durch entsprechend geschickte Manipulationen, Verlagerung
des Körpergewichts und iiandhabung des Segels sowie der Mastneigungen und t)rebungen
aufrecht zu halten ist.
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Zur weiteren praxisgenauen Annäherung des Verhaltens des erfindungsgemäßen
Ubungs- und Konditionsgeräts an die tatsächlichen Bewegungsabläufe beim Windsurf
ing kann man erg.inzend dann noch bei vorauszusetzender beweglicher Lagerung der
Standunterlage 12' so iso;Jehen, daß man die zunächst nocli einen nicht ausgenutzten
Freiheitsgrad aufweisende einzige übrig gebliebene Bewegung, nämlich die Bewegung
nach vorn und hinten entsprechend dem Doppelpfeil G in Fig. 2 oder Fig. 6a dazu
ausnutzt, daß
sich Standunterlagen-Reaktionsbewegungen im Sinne
eines "Anluvens" oder "Abfallens" ergeben. Es ist möglich, durch entsprechende Abtastung
einer solchen nach vorn und hinten gerichteten zusätzlichen Mastbewegung, die von
der übenden Person 10 herbeigeführt wird, und die Beaufschlagung von aktiven Antriebsqliedern
mit den abgetasteten Steuersignalen diese Rewegungen - wie im übrigen auch die sonstigen
Bewegungen - aktiv zu erzeugen; bei dein in Fig. 6a dargestellten Ausführungsbeispiel
wird auf eine aktive Antriebseinheit verzichtet und es wird eine Drehpunktverlagerung
der Standunterlage mit Bezug auf die stationäre Unterlage 60 vorgenommen. Hierzu
kann man sich beispielsweise eines Taststiftes 60 bedienen, er beispielsweise einen
entsprechenden zugeordneten Mastflächenbereich 61 im Sinne einer Nockenkurve abtastet
und so in der Lage ist, nach vorn und rückwärts gericlltete Mastbewegungen zu erfassen
und zur Drehpunktverschiebung auszunutzen. hierzu ist der Taststift 60 über ein
Gelenk 62 und eine Gleiüführung 63 in der Standunterlage 12' mit einem weiteren
Gestänge aus zwei miteinander verbundenen Hebeln 64 verbunden, die so auf den Unterstützungsarm
61 einwirken, dan der Drehpunkt, d . h. die Zentrallagerung für die beweglich gelagerte
Standunterlaqe 12' eine Verschiebung nach vorn oder hinten erfährt. Dementsprechend
muß dann die übende Person 10 reagieren, um das Gleichgewicht zu bewahren.
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Zur Dämpfung der Bewegungen der Standunterlage 12' bezüglich der stationären
Lagerplatte 60 können Dämpfungsglieder vorgesehen sein, beispielsweise ein Stoßdämpfer
6j zur Dämpfung von Rollbewegungen (siehe Fig. 6b) und ein Stoßdämpfer 66 zur Dämpfung
einer Drehbewegung, d.h. zur Dämpfung des entstehenden Drehmoments bei Drehpunktverschiebung.
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Eine Variante der Mastführung durch an einem gespannten Seil 26' angreifenden
Mastrollen läßt sich der Darstellung der Figuren Ja und b entnehmen, die ausschnittsweise
lediglich den
interessierenden Bereich mit kardanischer Lagerung
40' und Durchführung des Mastes 14 durch das Kardangelenk und die Rollenführung
des Seils 26 " zeigt. Auch hier ist wieder ein ringförmiger Rahmen 43' vorgesehen,
von dem nach unten Hebelarme 46' und 47' ausgehen, die, wie die Draufsicht der Fig.
db zeigt, beidseitig des Seils 26" Führungsrollen 49a', rta' einerseits und 49b',
50b' andererseits der Mastrollen 56a', 56b' lagern.
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Die Mastrollen selbst sind an einem rechtwinklig von der unteren Mastverlängerung
16' festgemachten Ausleger 70 gelagert, so daß sich in etwa eine Hebelwirkunq bezüglich
einer drehmomenterzeugenden Bewegungsvariante ergibt, die dem Hebelstück 1<3
der Darstellung der Fig. 2 ähnelt. Ersichtlich führt eine reine Querneigung des
Mastes ebenso zu einer Seilverkürzung wie eine ergänzend hierzu noch mögliche Drehbewegung,
die eine zusätzliche, auf die Lange des Auslegers 70 bezogene Auslenkung des Seils
bewirkt. In diesem Fall ist die in Fig. 7b erkennbare stärkere Umschlingung der
Mastrollen bei gleichen Drehwinkeln nicht in dem Maße erforderlich.
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Eine weitere Variante, die stärker an das Ausführungsbeispiel der
Fig. 2 anknüpft, läßt sich der Darstellung der Fig. 9 entnehmen; auch hier verfügt
das unterhalb der Standunterlage 12 sich erstreckende Maststück 16 über ein abgeknicktes
Hebelstück 18', welches aber, wie aus der Darstellung der Fig. 9 erkennbar, Führungsrollen
71 und 72 für ein bei 73 ortsfest angeordnetes Seil 75 lagert, welches durch das
hohle Mastrohrinnere geführt ist. Dieses Seil 75 ist an einer im Inneren des Mastes
14', vorzugsweise im Mastbereich oberhalb der Standunterlage 12 befindlichen und
mit ihrem anderen Ende im Mastinneren befestigten Zugfeder 76 verbunden. 15 ergibt
sich dann erkennbar in etwa der gleiche Mechanismus wie bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 2, denn eine ergänzend zu einer Mastncigung (in Querrichtung) vorgenommene
Drehung des Mastes führt zu einer
gleichzeitigen Erhöhung der Riickstellkräfte
bezüglich der Neigungsbewegung.
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Schließlich läßt sich der Darstellung der Fig. 10 noch eine letzte
Variante eines zwei miteinander verkoppelte Kraftkomponer n zur Verfügung stellenden
Federsystems entnehmen, welches, wie auch bei den vorigen Ausführungsbeispielen,
eine Standunterlage 12 (beweglich oder unbeweglich gelagert),einen an dieser nach
allen Richtungen schwenkbaren und verdrehbaren Mast 14 sowie einen an diesem befestigten
Querbaum 19 umfaßt.
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In das hohle Mastinnere, vorzugsweise in den sich oberhalb der Standunterlage
12 befindenden Mastbereich erstreckt sich ein bei 80 bezüglich einer Mastbewegung
ortsfest gelagertes, sowohl auf Biegung als auch auf torsion beanspruchtes stabförmiges
Federelement dl. Die Lagerung kann bei unbeweglicher Standunterlage 12 im Bereich
der Durchführung -des Mastes erfolgen oder durch von der Standunterlage 12 nach
unten verlaufende Träqer 83, die die Drehstab- und Biegefeder ol bei 80 der Mast
ist dann von der Feder gelagert.
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lagern, Erkennbar würde ei einer Querneigung es mastes die Biegefeder
in der üblichen Weise mit zunehmender Rückstellkraft reagieren, da sich die Feder
an das Mastinnere mit ihrem oberen Endbereich bei Neigung des Mastes anlegt und
diesen zurückzudriicken trachtet. Zur Gewinnung des Rückstelldrehmoments bei Verdrehung
des Mastes 111 durch handhabung des Querbaums 19 kann man vom Federelement 81 eine
rechtwinklige obere Abbiegung in eine fnung des Mastes eingreifen lassen.
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Um nun die Verkopplung dieser beiden Kraftkomponenten zu erzielen,
wird weiter so vorgegangen, daß im Mastinneren zwischen Federelement und Mast eine
verschiebbare Hülse 84 gelagert ist, die über ein Außengewinde verfügt, welches
mit einem Innengewinde im Mastinneren in Wirkverbindung steht. Die Gewindeverzahnung
verfügt über eine vergleicllsweise steile Steigung derart, daß sich die llülse,
die durch das Federelement 81 drehfest
im Mastinneren gehalten
ist, im Mast axial von oben nach unten bei einer Drehbewegung des Querbaums 19 verschieben
kann. Die drehfeste Lagerung durch das Federelement dl kann durch Eingreifen eines
abgebogenen nasenartigen Vorsprungs 85 am oberen Ende oder an sonstiger geeigneter
Stelle des Federelements dl erfolgen, der in einer Nut oder einem axialen Schlitz
der ilülse 84 gleitet. Es ergibt sich dann folgende Wirkungsweise. Bei einer vorgegebenen
Neigungsposition des Mastes 14 kann man durch eine Drehbewegung durch Betätigung
des Querbaums 19 eine axiale Verschiebebewegung der ilülse 84 nach unten in Richtung
auf die kardanische Lagerung 92 bewirken, so daß auch der Angriffspunkt des Federelements
81 im Mastinneren nach unten verlagert wird. Dadurch ergibt sich eine merkliche
Versteifung (infolge der Verkürzung der Feder) und eine höhere Etückstellkraft für
die Neigungsbewegung mit einem gleichzeitig von dem Federelement 81 aufgebrachten
Rückstelldrehmoment, welches aus der Torsionsbeanspruchung des Federelements resultiert,
die darauf beruht, daß der abgewinkelte nasenartige Vorsprung 85 dir' umgebende
pulse 84 und über die Gewindeverzahnung den Mast 84 in die Ursprungsposition zurückdrehen
möchte.
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Es ist wiederholt schon weiter vorn festgestellt worden, daß die beschriebenen
gegen oder Reaktionskräfte auch durch aktive Antriebsmittel erziel.t werden können,
beispielsweise indem man die verschiedensten, durch eine Energiezuführung betätigbaren
linearen Verschiebesysteme auf hydraulischer, pneumatischer, elektrischer, elektromagnetischer
oder einer entsprechenden Kombinationsgrundlage verwendet. Es versteht sich, daß
es nicht möglich ist, erschöpfend auch die aktiven Antriebsvarianten zu erörtern;
lediglich als ein mögliches Ausführungsbeispiel sei auf die Darstellung der Fig.
11 verwiesen, dem sich zwei hydraulische oder pneumatische Arbeitszylinder 90 und
91 entnehmen lassen, die mit ihren Kolbenstangen 92, 93 so am Mast 14"
angreifen,
daß der Arbeitszylinder 90 an einer geeigneten Stelle unterhalb der Standunterlage
durch die von ihm entwickelte Rückstellkraft einer Neigungsbewegung des Mastes in
der Querrichtung eine Reaktionskraft entgegensetzt, während die Kolbenstange 39
des Arbeitszylinders 91 über einen Querhebel 93 zweckmäßigerweise am Mastumfang,
aber an einer Stelle angreift, an welcher sich Neigungsbewegungen des Mastes nicht
auswirken, also beispielsweise im Bereich der kardanischen Lagerung, etwa silber
zusätzliche übertragungshebel. Man erkennt, daß so die Rückstellneigungskraft und
das Rückstelldrehmoment entwickelt werden können, wobei die Auslenkbewegungen des
Mastes nach Neigung und DreIung durch entsprechende, nicht dargestellte Fühler oder
Sensoren 51, S2 erfaßt und einem nachgeschalteten Steuerorgan 95 zugeführt werden.
I)as Steuerorgan kann so ausgebildet sein, daß ein von einer Pumpe 96 mit konstantem
Druck eines Druckmittels versorgtes Regelventil 97 so gesteuert wird, daß die gewünschte
Verknüpfung der beiden entwickelten Kraftkomponenten erfolgt, wobei Verknüpfungsgrad,
Rückwirkungsgrad, jeweils zu erzeugende Rückstellkräfte, Anpassung an die physischen
Gegebenheiten der übenden Person u. dgl. sehr genau eingestellt werden können. Zu
diesem Zweck kann das Steuerorgan 95 entsprechend ausgebildet scin, beisipielsweise
die Form eines Mikroprozessors aufweisen. Es verfügt dann über eine Vielzahl weiterer
Eingänge El bis Ei.
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In vergleichsweise vereinfachter Form ist es aber auch möglich, die
beiden Arbeitszylinder 90, 91 lediglich mit einer zusätzlichen Verbindungsleitung
98 fiir das Druckmittel zu versehen, in welcher Verbindungsleitung auch ein Rückschlagventil
99 angeordnet sein kann. Bei Verdrehung des Mastes 14' und Beanspruchung des Arbeitszylinders
91 kann dann von diesem ein Teil des unter Druck stehenden Druckmittels über die
Leitung 9ö zur entsprechenden Erhöhung der Rückstellkraft des Arbeitszylinders 90
für den Neigungsbereich des Mastes fließen. Das Rückschlagventil
99
verhindert eine umgekehrte Beaufschlagung, nämlich Vergrößerung des Rückstelldrehmomentes
bei weiterer Neigung des Mastes, wenn dies nicht gewünscht sein sollte. Es versteht
sich, daß entsprechende elektronische Steuerungen im Steuerorgan ohne weiteres einprogrammiert
werden können. Es ergeben sich dann bei Verwendung elektronischer Steuerorgane bei
einem dann allerdings umfassender ausgestatteten Ubungsgerät die vielfältigsten
Möglichkeiten zur Einstellung und Simulierung von Reaktionskräften und Bewegungsabläufen
in Anpassung an äußere, auch beim Windsurfing auftretende Parameter wie stärkerer
Wind, bewegte See, Kondition und Fähigkeiten der übenden Person u. dgl.
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L e e r s e i t e