DE3424499C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Körperertüchtigung, mit dessen Hilfe einzelne Muskeln oder Muskelgruppen gezielt trainierbar sind, mit einer Hebel- bzw. Zugmittelmechanik, die vom Trainierenden in Bewegung setzbar ist und der Bewegung eine individuell veränderliche Widerstandskraft entgegensetzt.

Derartige Geräte sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen handelsüblich. Sie werden üblicherweise eingesetzt für Kraft-, Bodybuilding- oder Fitness-Training. Sie besitzen ein stabiles, an die auftretenden Kräfte angepaßtes Rahmengestell. In dem Rahmen sind Ketten- oder Seilzüge bzw. Hebel angeordnet, die vom Trainierenden betätigt werden. Dieser Bewegung wirkt eine im Gerät erzeugte Widerstandskraft entgegen, die auf die Leistungsfähigkeit des Trainierenden individuell einstellbar ist.

Es ist bekannt, die Widerstandskraft in Stufen einzustellen. Neben den einfachen Geräten, bei denen hierzu Gewichte in Abstufungen von beispielsweise 5 oder 10 kg verwendet werden, sind auch Geräte bekannt, bei denen die Widerstandskraft mit elektrischen Mitteln erzeugt wird. Aus der DE-PS 4 59 741 ist beispielsweise ein heilgymnastischer Apparat bekannt, bei dem ein Übungshebel direkt auf der Läuferachse eines Elektromotors aufgesetzt ist, wobei die Regelung des Bewegungswiderstandes und der Antriebskraft durch einen verängerlichen Vorschaltwiderstand erfolgt. Eine ähnliche Vorrichtung zeigt die DE-OS 32 44 023, bei der zwischen Elektromotor und Übungshebel ein Getriebe mit Kurbeltrieb angeordnet ist.

Die DE-PS 2 30 504 schließlich zeigt einen Trainingsapparat, bei dem die Widerstandskraft mit Hilfe eines Elektromagneten erzeugt wird, dessen Erregung über Vor­ schaltwiderstände eingestellt wird, deren Widerstandswerte von der momentanen Position des Übungshebels abhängig sind.

Bei diesen bekannten Geräten kann die Widerstandskraft nicht, nur in Stufen, oder nur mit mechanischen Umbauten an die Muskulationswirksamkeit des gerade zu trainierenden Muskels angepaßt werden. Die Muskulationswirksamkeit gibt den Einfluß der Hebelgesetze beim Zusammenspiel von Skelett und Muskulation des Trainierenden wieder. Der Trainingserfolg wird jedoch nur dann optimal, wenn die im Trainingsgerät erzeugte Widerstandskraft der Muskulationswirksamkeit entspricht.

Derzeit handelsübliche Geräte, die mit Ketten- oder Seilzüge arbeiten, verwenden üblicherweise Kurvenscheiben, um progressiv ansteigende bzw. abfallende Kräfte zu erzeugen. Werden die Widerstandskräfte über Hebelmechaniken erzeugt, so werden diese so gelagert, daß das Verhältnis von Kraftarm zu Lastarm sich beim Betätigen des Hebels verändert. Eine derartige Konstruktion ist beispielsweise beschrieben in der EP-A-21 557. Hier ist der vom Trainierenden betätigte Hebel zum Anheben von Gewichtsblöcken auf einer Schrägführung verschieblich gelagert. Auch hier ist die Progressionscharakteristik nicht ohne größeren Aufwand veränderbar.

Zur Erzeugung der Widerstandskräfte, insbesondere auch von progressiven Widerstandskräften, werden in Geräten zur Körperertüchtigung auch Hydraulik- oder Pneumatikanlagen eingesetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art anzugeben, das eine stufenlose Einstellung der Widerstandskraft bei gleichzeitig einfachem und problemlosem Aufbau ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Hebel- bzw. Zugmittelmechanik auf eine Induktionskupplung wirkt, daß die Induktionskupplung mit Elektromagneten bestückt ist, daß das Primärrad der Induktionskupplung von einem Motor angetrieben wird und daß der Erregerstrom der Elektromagneten regelbar ist.

Induktionskupplungen zur Erzeugung von Widerstandskräften sind beispielsweise in sogenannten Fahrrad-Ergometern schon seit längerer Zeit im Einsatz. Induktionskupplungen haben jedoch die prinzipbedingte Eigenschaft, daß sie im Stillstand und bei Beginn der Bewegung keine Reaktionskraft erzeugen. In Geräten zur Körperertüchtigung muß jedoch bereits bei Beginn der Bewegung der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik durch den Trainierenden eine Gegenkraft vorhanden sein, die im Bereich zwischen beispielsweise 10 und 250 kg einstellbar sein sollte. Erst durch das Antreiben des Primärrades der Induktionskupplung mit Hilfe eines Motors ist es möglich geworden, die Induktionskupplung zur Erzeugung der Widerständskraft in Geräten zur Körperertüchtigung einzusetzen. Durch den Einsatz von Elektromagneten läßt sich die Widerstandskraft besonders einfach und schnell verstellen. Beim Einsatz von Dauermagneten müssen Primärrad und Sekundärrad der Induktionskupplung mechanisch gegeneinander verschoben werden, was aufgrund der Tatsache, daß beide Räder der Induktionskupplung Drehbewegungen ausführen, einen gewissen mechanischen Aufwand erfordert.

Vorteilhafterweise sind auf der Achse des Sekundärrades Schleifringe montiert, über die der Erregerstrom der Elektromagnete durch Bürsten übertragen wird. Diese Technik ist vom Elektromaschinenbau her bekannt und bewährt. Sie erlaubt es, das Sekundärrad eine beliebige Anzahl von Umdrehungen ausführen zu lassen. Falls das Sekundärrad nur einen begrenzten Drehwinkel überstreicht, kann der Erregerstrom den Elektromagneten auch über einen elastischen Kabelanschluß zugeführt werden.

Vorzugsweise ist das Primärrad der Induktionskupplung von einem Elektromotor mit konstanter Drehzahl angetrieben. Diese Ausführungsform ist besonders einfach. Außerdem ermöglicht sie, daß die Widerstandskraft nur von der Magnetkraft im Luftspalt zwischen Primärrad und Sekundärrad abhängig ist, die im Falle von Elektromagneten über den Erregerstrom exakt und in weiten Grenzen stufenlos einstellbar ist.

Um zu verhindern, daß es aufgrund der Trägheitskräfte in der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik bei plötzlichen Beschleunigungsänderungen zu Überschneidungen kommt, ist im Getriebe als Sicherheit ein mechanischer Freilauf eingebaut.

Vorzugsweise ist das Getriebe zwischen Hebel- bzw. Zugmittelmechanik und Induktionskupplung, welches die Bewegung der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik in eine entsprechende Drehbewegung umsetzt, ein Übersetzungsgetriebe. Dieses Übersetzungsgetriebe erlaubt es, den Weg, den die Hebel- bzw. Zugmittelmechanik zurücklegt, optimal in die Drehzahl zu übersetzen, die das Sekundärrad braucht, um bei der gegebenen Größe der Induktionskupplung die gewünschte Widerstandskraft erzeugen zu können. Durch eine Variation des Übersetzungsverhältnisses kann bei vorgegebener Größe der Induktionskupplung die Widerstandskraft entsprechend dem Einsatzbereich des Gerätes vorgewählt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mit der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik ein Positionsgeber verbunden, wobei es sich vorteilhafterweise um einen Winkelgeber, z. B. in Form eines Potentiometers handelt. Hierbei ist vorzugsweise auch ein mechanischer Anschlag vorgesehen, der die Bewegung der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik begrenzt, um eine Überlastung des Positionsgebers zu vermeiden.

Vorteilhafterweise ist zur Erfassung der genauen Zugkraft bzw. des genauen Drehmoments im bewegten System ein Drehmomentgeber in Form eine Dehnungsmeßstreifens oder einer Druckmeßdose angeordnet.

Positionsgeber und/oder Zugkraftgeber erlauben es, im Zusammenspiel mit einer gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehenen elektronischen Steuerung die im Gerät erzeugte Widerstandskraft in Abhängigkeit von einem voreingestellten Sollwert und gegebenenfalls den gemessenen Istwerten der Zugkraft zu steuern, indem der Strom zu den Elektromagneten der Induktionskupplung entsprechend verändert wird. Dies bedeutet, daß die Widerstandskraft über den Weg der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik gesehen beispielsweise an die Muskulationswirksamkeit optimal anpaßbar ist, und zwar mit einfachsten Mitteln.

Da die Muskeln beim Zurückgehen aus der gebeugten in die gestreckte Stellung mehr Last halten können, kann die elektronische Steuerung den Istwert der Widerstandskraft erhöhen, sobald die Bewegungsrichtung der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik sich umkehrt. Dadurch entsteht beim Zurücklegen mehr Belastung, wodurch der Trainingserfolg schneller erreicht wird.

Schließlich kann die elektronische Steuerung den Erregerstrom der Elektromagnete abschalten, wenn die Hebel bzw. Zugmittelmechanik in Grundstellung bleibt. Hierdurch wird eine ständige Belastung der Induktionskupplung, die zu einer erhöhten Stromaufnahme des Motors und zu einer verstärkten Erhitzung der Induktionskupplung führt, vermieden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines schematisierten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine frontale Ansicht einer Anordnung zur Erzeugung der Widerstandskraft mit Hilfe einer Induktionskupplung und

Fig. 2 die Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 1.

In den Figuren erkennt man einen Elektromotor 1, der mit konstanter Drehzahl von beispielsweise 1500/min dreht. Mit der Achse des Elektromotors 1 ist das Primärrad 2.1 einer Induktionskupplung 2 fest gekoppelt, so daß auch das Primärrad 2.1 ständig umläuft. Im Inneren des Primärrades 2.1 ist das Sekundärrad 2.2 der Induktionskupplung 2 zentrisch, jedoch ohne mechanische Berührung mit dem Primärrad 2.1 ge­ lagert. Auf dem Sekundärrad 2.2 sind Elektromagnete 3 befestigt. Der Erregerstrom zu den Elektromagneten 3 wird über Schleif­ ringe 9, die auf der Achse des Sekundärrades 2.2 montiert sind, sowie mit Hilfe von Bürsten zugeführt.

Der Antrieb des Sekundärrades 2.2 erfolgt über ein Ge­ triebe 4 und über einen dazwischen geschalteten Freilauf 8.

Das Getriebe 4 ist beispielsweise als Kettengetriebe ausgebildet, welches die von einer Ketten- oder Seilzug­ mechanik 6 auf eine Seilrolle 5 ausgeübte Drehbewegung über­ setzt, um eine Anpassung zwischen der Drehzahl der Seilrolle 5 und der für die erforderliche Induktionswirkung erforder­ lichen Drehzahl herzustellen. Durch geeignete Wahl dieses Übersetzungsverhältnisses kann die Widerstandskraft ent­ sprechend dem gewünschten Einsatzzweck grob vorgewählt wer­ den.

Mit der Achse der Seilrolle 5 ist ein Positionsgeber 10, beispielsweise ein Potentiometer, verbunden. Die Winkelbewe­ gung der Seilrolle 5 wird mit Hilfe eines mechanischen An­ schlags 7 gegebenenfalls so begrenzt, daß eine Überlastung des Positionsgebers 10 vermieden wird.

Schließlich ist noch eine elektronische Steuerung 11 vorgesehen, an der die gewünschte Widerstandskraft stufen­ los voreinstellbar ist. Entsprechend dem voreingestellten Sollwert liefert die elektronische Steuerung 11 einen Erreger­ strom über die Schleifringe 9 zu den Elektromagneten 3 auf dem Sekundärrad 2.2 der Induktionskupplung 2. Wird nun die Seilzugmechanik 6 entsprechend dem Pfeil nach unten gezogen, so dreht sich das Sekundärrad 2.2 der Induktionskupplung 2 entgegen dem Uhrzeiger. Das Primärrad 2.1 wird gleichzeitig vom Motor 1 in Uhrzeigerrichtung angetrieben. Außerdem wird der Widerstandswert des Potentiometers 10 verändert. Aus dieser Veränderung des Widerstandswertes ermittelt die elektronische Steuerung 11 die momentane Position der Seil­ zugmechanik 6 und verstellt entsprechend der eingestellten Muskulations-Belastungskurve den Erregerstrom zu den Elektromagneten 3.

Läßt der Trainierende die Seilzugmechanik 6 von ihrer Endstellung aus wieder zurücklaufen, so erkennt dies die elektronische Steuerung 11 über den sich ändernden Widerstands­ wert des Positionsgebers 10. Sie erhöht den Erregerstrom für den Elektromagneten 3 entsprechend um einen voreingestellten Betrag, so daß der Trainierende dieselbe hohe Belastung verspürt wie in der vorhergegangenen Bewegungsphase.

Claims (12)

1. Gerät zur Körperertüchtigung, mit dessen Hilfe einzelne Muskeln oder Muskelgruppen gezielt trainierbar sind, mit einer Hebel- bzw. Zugmittelmechanik, die vom Trainierenden in Bewegung setzbar ist und der Bewegung eine individuell veränderliche Widerstandskraft entgegensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel- bzw. Zugmittelmechanik auf eine Induktionskupplung (2) wirkt, daß die Induktionskupplung (2) mit Elektromagneten (3) bestückt ist, daß das Primärrad (2.1) der Induktionskupplung (2) von einem Motor (1) angetrieben wird und daß der Erregerstrom der Elektromagneten (3) regelbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse des Sekundärrades (2.2) Schleifringe (9) montiert sind, über die der Erregerstrom der Elektromagnete (3) durch Bürsten übertragen wird.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärrad (2.1) von einem Elektromotor (1) mit konstanter Drehzahl angetrieben ist.

4. Gerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Getriebe (4) zwischen Hebel- bzw. Zugmittelmechanik (5, 6) und Induktionskupplung (2) ein Freilauf (8) eingesetzt ist.

5. Gerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (4) zwischen Hebel- bzw. Zugmittelmechanik (6) und Induktionskupplung (2) ein Übersetzungsgetriebe ist.

6. Gerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik (5, 6) ein Positionsgeber (10) verbunden ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsgeber (10) ein Winkelgeber, z. B. ein Potentiometer ist.

8. Gerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Zugkraft bzw. des Drehmoments im bewegten System ein Dehnungsmeßstreifen bzw. eine Druckmeßdose vorgesehen ist.

9. Gerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (7) vorgesehen ist, der die Bewegung der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik (5, 6) begrenzt.

10. Gerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Erregerstroms der Elektromagnete (3) in Abhängigkeit von einem voreingestellten Sollwert der Widerstandskraft und gegebenenfalls der gemessenen Position der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik (5, 6) eine elektronische Steuerung (11) vorgesehen ist.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (11) den Istwert der Widerstandskraft erhöht, sobald die Bewegungsrichtung der Hebel- bzw. Zugmittelmechanik (5, 6) sich umkehrt.

12. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (11) den Erregerstrom der Elektromagnete (3) abschaltet, wenn die Hebel- bzw. Zugmittelmechanik (5, 6) in Grundstellung bleibt.