DE4011131A1 - Vorrichtung zum training mit einer hantel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Training mit einer Hantel gehört zum Krafttraining. Wenn ein Muskelaufbau angestrebt wird, müssen die letzten zwei oder drei Hubphasen im sogenannten überschwelligen Leistungsbereich ausgeführt werden, bei dem die Leistungsfähigkeit des Sportlers schon überfordert wird. Demgemäß reicht dann die erschöpfte Muskelkraft nicht mehr ganz aus, um die Bewegung zu vollenden. Der Sportler ist daher auf die Hilfe anderer Personen angewiesen, die ihm die erforderliche Unterstützung geben, um die Bewegung zu vollenden.

In der DE 37 32 883 A1 ist ein Apparat zum positiven Muskeltraining beschrieben, der eine motorische Hilfskraft automatisch aktiviert, sobald der Sportler in seiner Bewegung "hängen bleibt". Dieser Apparat ersetzt einen oder mehrere Helfer und ist in erster Linie für solche Trainingseinrichtungen konzipiert, bei denen der Sportler über Seile auf Federn oder Gewichte einwirkt, die z. B. auf Säulen geführt sind. Hierbei ist die Richtung, mit der die Seile gezogen werden, über einen weiten Bereich ohne Belang und ein "Abstürzen" ist dabei auch kein Thema, weil die Gewichte geführt sind.

Sportler, die an Wettkämpfen im Gewichtheben teilnehmen möchten, müssen jedoch zumindest 50% ihres Trainings mit Hanteln absolvieren, weil der volle Freiheitsgrad einer Hantel ein sorgsames Ausbalancieren in Horizontalrichtung erfordert, wozu weitere Muskeln und Steuerreflexe belastet und trainiert werden. Spitzensportler üben durchaus mit einem Hantelgewicht von 400 kg und mehr. Hierbei sind aus Sicherheitsgründen vier Helfer erforderlich, die zur Hilfestellung bereit stehen müssen, sobald ein Absturz der Hantel droht. Die Notwendigkeit einer solchen Hilfestellung erfordert eine Anpassung des Trainingsprogramms der Helfer und kostet aller Zeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung anzugeben, die es einem Sportler gestattet, ein Training mit einer gewöhnlichen Hantel in der hierfür charakteristischen Weise auszuführen, ohne aber auf die Hilfestellung weiterer Personen angewiesen zu sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Hantel ist nunmehr an den Zugelementen gesichert aufgehängt, jedoch merkt der Sportler zufolge der Biegsamkeit der Zugelemente praktisch nichts, sofern er die Hantelbewegung ordnungsgemäß (im Sinne des Trainingsprogramms) ausführt. Die geringe Zugkraft zum Straffhalten der Zugelemente ist im Verhältnis zum Hantelgewicht nicht zu spüren. Sobald aber die Senkgeschwindigkeit zu groß wird, übernimmt die Vorrichtung die Kontrolle über die Hantelbewegung, so daß ein Abstürzen der Hantel sicher verhindert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen hierzu benennen die Ansprüche 4 und 5, womit gewährleistet wird, daß der als Sicherheitslimit wirkende Grenzwert insbesondere auch am Ende der Trainings-Senkphase sehr eng dem praktischen Bewegungsablauf angepaßt ist und also eine rasche Reaktion bei einer Trainingsschwäche stattfindet.

Während der Trainings-Hubphase wäre eine Hilfskraft-Zuschaltung gemäß der DE-37 32 883 A1 möglich. Diese Hilfskraft setzt mit Null beginnend sanft steigend ein, sobald die Hubgeschwindigkeit auf ein Maß zurückgesunken ist, das anzeigt, daß der Sportler einen Leistungstotpunkt erreicht hat. Während dieser Kraftanstiegsphase kann aber die Hubgeschwindigkeit zunächst noch erheblich weiter sinken, bevor die Hilfskraft groß genug ist, um schließlich die Bewegung wieder genügend in Schwung zu versetzen.

Beim Hanteltraining speziell ist ein derartiges ausgeprägtes Zurückgehen der Hubgeschwindigkeit nicht immer erwünscht, vielmehr soll eine möglichst schwungvolle Bewegung "rauf und runter" stattfinden. In diesem Fall ist eine Kontrolle der Trainings-Hubphase gemäß Anspruch 2 zweckmäßig. Hierbei wird auf jeden Fall eine dem Grenzwert entsprechende Minimalgeschwindigkeit ausgeführt, unabhängig von dem vom Sportler aufgebrachten Kraftanteil. Aber sofern der Sportler in der Lage ist, diese Minimalgeschwindigkeit zu überschreiten, wird er daran natürlich nicht gehindert. Die Steuerautomatik sorgt dennoch stets dafür, daß die Hantel an der "kurzen Leine" gesichert wird.

Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist sichergestellt, daß die Zwangsanhebung in derjenigen Hantelposition endet, die dem individuellen Trainingsprogramm gemäß die obere Soll-Position darstellt. Bewegt der Sportler die Hantel darüber hinaus, kann er sie danach jederzeit zum Stillstand bringen (dem natürlichen Bewegungsablauf folgend). Dabei ist weiterhin sichergestellt, daß die Zugelemente straff gespannt sind.

Bevor überhaupt mit dem Training begonnen wird, befindet sich die Hantel normalerweise in einer Bereitschaftsposition, entweder am Boden liegend oder auf Stützen etwas höher liegend. In dieser Bereitschaftsposition werden die gewünschten Gewichtsscheiben auf die Hantelstange montiert. Gemäß der Weiterbildungen nach Anspruch 7 und 8 wird die Hantel motorisch bis in die obere Position, die der vorgenannten Soll-Position entspricht, hochgehoben und festgehalten. Dabei wird automatisch das Hantelgewicht gemessen und gespeichert.

Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 10 und 11 kann der Sportler die Fixierung der Hantel ganz einfach dadurch lösen, indem er die Hantel kurzzeitig hochdrückt. Er braucht also keinen separaten Schalter zu betätigen.

Gemäß Anspruch 12 wird auch die Umstellung der Steuereinrichtung von der Trainings-Hubphase auf eine erneute Senkphase automatisch bewirkt, wobei allerdings die angeführten Bedingungen erfüllt sein müssen. Hat nämlich der Sportler während der Hubphase zu viel motorische Hilfskraft beansprucht, wird dies als Zeichen einer zu großen Erschöpfung gewertet, so daß dann das Training gestoppt wird. Wenn aber die beanspruchte Hilfskraft unter 80% des Hantelgewichts blieb, wird das Trainingsprogramm automatisch fortgesetzt. Der Sportler kann sich somit voll und ausschließlich auf die Hantel konzentrieren und braucht selbst sich keine Gedanken zu machen, ob er weitermachen oder aufhören soll. Die von der Steuereinrichtung erfaßten Kräfte sind frei von subjektiven Eindrücken weitaus zuverlässigere Entscheidungskriterien.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 erfolgt ebenfalls automatisch die Umschaltung von der Trainings-Senkphase auf die Trainings-Hubphase.

Insgesamt vermag daher die Vorrichtung eine zuverlässige Sicherung der Hantel in jeder Lage und Trainingsphase zu gewährleisten, ohne daß der Sportler etwas von der Vorrichtung merkt, sofern er selbst die Hantelbewegung ausreichend unter Kontrolle hat. Hilfe und Sicherung tritt nur bei Bedarf in Erscheinung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische vereinfachte Frontansicht auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schema der Antriebsvorrichtung mit der Steuereinrichtung für die Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Funktionsschaltschema der Steuereinrichtung für die Vorbereitungsphase,

Fig. 4 ein Funktionsschaltschema der Steuereinrichtung für die Trainings-Senkphase,

Fig. 5 ein Funktionsschaltschema der Steuereinrichtung für die Trainings-Hubphase.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung ein Gestell 10 mit zwei Seitenpfosten 11, 12, die mit gegenseitigem Abstand auf dem Boden 13 abgestützt und fest verankert sind. Die Seitenpfosten 11, 12 sind etwa 3,5 m hoch und tragen als Abschluß einen Querholm 14, an dem eine Motorsteuerung 15, ein Elektromotor 16, ein Getriebe 17 mit einem Untersetzungsverhältnis von 28 : 1, eine Zahnriemenscheibe 18 und ein Positions-Sensor 19 gelagert sind.

Etwa 50 cm darunter erstreckt sich eine Wickelwelle 20, deren beide Enden in Lagerböcken 21, 22 drehbar, aber axial fixiert gelagert sind, die an den Seitenpfosten 11, 12 befestigt sind. Unterhalb der Zahnriemenscheibe 18 befindet sich auf der Wickelwelle 20 ebenfalls eine Zahnriemenscheibe 23 und über beide Zahnriemenscheiben 18, 23 ist ein Zahnriemen 24 gelegt. Somit wird die Wickelwelle 20 drehstarr mit der Getriebewelle 25 gekoppelt.

Auf der Wickelwelle 20 sind mit gegenseitigem Abstand zwei Wickeltrommeln 26, 27 befestigt, auf denen jeweils flache Gewebegurte 28, 29 so fixiert sind, daß sie entsprechend einer Drehung der Wickelwelle 20 auf- oder abgewickelt werden. In der gezeichneten Situation sind sie nahezu ganz abgewickelt. Die unteren freien Enden der Gewebegurte 28, 29 sind zu Schlaufen 30, 31 umgeschlagen, so daß sie auf eine Hantelstange 32 aufgeschoben werden können. An der Hantelstange 32 sind in bekannter Weise Gewichtsscheiben 33 angebracht und diese bilden zusammen mit der Hantelstange 32 eine normale Hantel 34. Die Schlaufen 30, 31 befinden sich vorzugsweise knapp an den einander zugewandten Innenseiten der Gewichtsscheiben 33.

Zufolge der biegsamen Gewebegurte 28, 29 wird die Bewegung der Hantel 34 senkrecht zur Zeichnungsebene nicht behindert, aber auch in Horizontalrichtung ist die Aufhängung nicht zu starr. Man könnte anstelle der Gewebegurte auch rundgeflochtene Seile vorsehen, jedoch lassen sich flache Gurte besser kontrolliert aufwickeln, ohne daß dabei die frei herabhängenden Enden eine störende Lageveränderung erfahren.

Zwischen den beiden Seitenpfosten 11, 12 sind zwei handelsübliche Stützen 35, 36 angeordnet, auf denen die Hantel 34 in der Bereitschaftsposition gehalten werden kann, in dieser Lage können die passenden Gewichtsscheiben 33 auf die Hantelstange 32 montiert werden. Man kann aber auch die Hantel 34 am Boden 13 ablegen, sofern die Gewebegurte 28, 29 lang genug sind.

In Fig. 1 ist schematisch ein Sportler angedeutet, der die Hantel 34 in der unteren Position Pos. 4 gemäß seinem individuellen Trainingsprogramm hält. Es versteht sich, daß diese Position von der Größe des Sportlers abhängt. Ebenso wird dadurch die obere Position Pos. 1 bestimmt, bis zu der er normalerweise beim Training die Hantel 34 hochheben soll. Damit nun die später noch zu beschreibende Steuereinrichtung den Bewegungsablauf kontrollieren kann, erzeugt der Positions-Sensor 19 ein Positions-Signal P, das die exakte Höhenlage der Hantel 34 beziehungsweise der Hantelstange 32 repräsentiert. Da im Ausführungsbeispiel der Positions-Sensor 19 mit der Getriebewelle 25 verbunden ist und somit nur deren Umdrehungen zählt, muß dieses unmittelbare Zähl-Signal umgerechnet werden in die exakte Hantelposition, wobei insbesondere der Einfluß der Durchmesserveränderung der Wickelspiralen 37 der Gewebegurte 28, 29 kompensiert wird. Dieser Korrektur-Rechner ist zweckmäßigerweise räumlich in der Steuereinrichtung enthalten, doch wird nachfolgend aus Gründen der besseren Übersicht angenommen, daß der Positions-Sensor 19 das exakte Positions-Signal P abgibt.

Es versteht sich, daß das Positions-Signal P auch auf andere Weise abgeleitet werden kann, beispielsweise indem die Hantelposition nach dem Echolotprinzip mit Licht (Laser) oder dergleichen abgetastet wird.

Für die Bewegungskontrolle bedeutsam ist weiterhin die Zugspannung der Gewebegurte 28, 29. Hierzu könnte in den Gewebegurt 28 knapp oberhalb der Schlaufe 30 ein Kraftsensor etwa nach dem Prinzip eines Dehnungsmeßstreifens eingefügt werden. Allerdings ist dann die Signalübertragung zur Steuereinrichtung etwas aufwendig. Etwas robuster und anspruchsloser ist eine mechanische Abtastung der Gurtspannung, die in Fig. 2 schematisch angedeutet ist. In Fig. 1 ist lediglich die Anordnung des Kraft-Sensors 38 knapp unterhalb der Wickeltrommel 26 veranschaulicht.

Nicht besonders dargestellt ist in Fig. 1 eine Steuerkonsole, die eine Tastatur zur Eingabe von Trainingsparametern und eine Ziffernanzeige zur Anzeige der aktuellen Trainingsdaten aufweist. Schematisch ist diese Steuerkonsole in Fig. 2 angedeutet, die vorzugsweise auch die Steuereinrichtung enthält.

Die Fig. 2 zeigt die wesentlichsten Teile der Antriebseinrichtung, wie Motor 16, Getriebe 17 mit Getriebewelle 25 und der Motorsteuerung 15.

Eine geeignete Motorsteuerung ist beispielsweise in einem Bericht von P. Zimmermann in "wt - Zeitschrift für industrielle Fertigung" Heft 73 (1983), Seiten 629-632, beschrieben unter dem Titel: "Bürstenlose Servoantriebe für Werkzeugmaschinen".

Bestandteile dieser Motorsteuerung 15 sind eine Steuerschaltung 39, die eine 3phasige Betriebswechselspannung 40 von zum Beispiel 380 V in eine 3phasige Motorwechselspannung 41 variabler Frequenz und Stromstärke umsetzt, so daß sowohl das Drehmoment des Motors 16, die Drehzahl und die Drehrichtung verändert werden können. Der Motor 16 ist dabei vorzugsweise als Synchronmotor ausgebildet, das heißt, sein Rotor hat Permanentmagnete. Mit der Motorwelle 42 sind ein Rotorstellungsgeber 43 zur Erzeugung eines Kommutations-Signals C (commutation signal) und ein Tachogenerator 44 zur Erzeugung eines Tacho-Signals T (welches der Drehzahl der Motorwelle entspricht) gekoppelt. Das Signal C steuert die Ströme in den Statorwicklungen um. Das Tacho-Signal T stellt den Ist-Wert der Drehzahl dar und wird an die Steuerschaltung 39 und an die Steuereinrichtung 45 gegeben. Von dort erhält die Steuerschaltung 39 auch ein Geschwindigkeits-Signal v, welches den Soll-Wert der Motordrehzahl (und der Drehrichtung) repräsentiert.

An der Motorwelle 42 (oder aber an der Wickelwelle 20) kann eine mechanische Bremse 46 angebracht werden, die elektromagnetisch betätigt wird. So kann bei Stromausfall oder einer Störung der Steuerung die Wickelwelle 20 festgehalten werden, so daß auch in solchen Störfällen kein Unfall passieren kann.

An die Getriebewelle 25 ist der schon besprochene Positions-Sensor 19 angekoppelt und schließlich die Wickelwelle 20 samt der Wickeltrommel 26 (hier nur schematisch zusammengefaßt). Von der Wickeltrommel 26 hängt der Gewebegurt 28 nach unten, am die Hantel 34 angebracht ist. Der Kraft-Sensor 38 hat ein oberes Paar und ein unteres Paar von Führungsrollen 47, 48, so daß der Gewebegurt 28 in einer definierten Position oben und unten geführt wird. Dazwischen befindet sich eine Druckrolle 49, die entsprechend der Kraft einer Feder 50 bestrebt ist, den Gewebegurt 28 durchzubiegen. Je stärker die Zugspannung im Gewebegurt 28 ist, desto mehr wird die Druckrolle 49 in Fig. 2 nach rechts gedrückt. Nimmt die Zugspannung ab, bewegt sich die Druckrolle 49 proportional zur Zugspannung nach links. Somit ist die Position der Druckrolle 49 ein Maß für die im Gewebegurt 28 herrschende Zugspannung bzw. die für die auf die Hantel ausgeübte Zugkraft. Hängt die Hantel 34 frei, dann ist die Zugkraft gleich dem halben Hantelgewicht. Die Druckrolle 49 ist nun mit dem Abgriff 51 eines Potentiometers 52 verbunden und verschiebt diesen in Abhängigkeit der Zugkraft. Somit kann vom Abgriff 51 ein Kraft-Signal F (force signal) abgenommen werden. Diese Darstellung versteht sich als Prinzipschema.

Das Positions-Signal P vom Positions-Sensor 19 und das Kraft-Signal F vom Kraft- Sensor 38 werden der Steuereinheit 45 zugeführt.

Die Steuerabläufe werden nun anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert. Diese Schaltschemas müssen nicht in gegenständlicher Form ausgeführt sein. Vielmehr stellen diese Figuren lediglich verschiedene Organisationszustände einer Prozessorsteuerung dar. Demnach werden nach Maßgabe eines Betriebsprogramms bedarfsweise bestimmte Teile der Hardware so organisiert, daß Eingangssignale in einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit (Logik) ausgewertet und verknüpft werden, um in Abhängigkeit davon ein nach Größe und Vorzeichen bestimmtes Geschwindigkeitssignal v zu erzeugen, das gemäß Fig. 2 als Soll-Wert für die Motorsteuerung 15 fungiert.

In den Fig. 3 bis 5 sind die von den Sensoren herrührenden Signale P, T und F durch Kreise markiert, während die von der Steuereinrichtung selbst stammenden Signale durch Dreiecke gekennzeichnet sind. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, soll die Hantel 34 beim Training zwischen den Positionen Pos. 1 und Pos. 4 hin und herbewegt werden. Entsprechende Vorgabewerte werden über die Eingabetastatur in die Steuereinrichtung 45 eingespeichert, die dann entsprechende Signale bei Bedarf aus dem hierfür organisierten Speicher abruft. Weiterhin berechnet die Steuereinrichtung automatisch eine obere Zwischenposition Pos. 2 20 cm unterhalb von Pos. 1 und eine untere Zwischenposition Pos. 3 etwa 6 cm oberhalb von Pos. 4.

Die Fig. 3 zeigt nun die Logik für die Vorbereitungsphase. Dazu befindet sich die Hantel 34 in der Bereitschaftsposition, beispielsweise auf den Stützen 35, 36 von Fig. 1 ruhend. Durch kurzes Drücken einer Start-Taste 53 wird das Flip-Flop FF1 gesetzt, so daß an dessen Ausgang Q der Signalwert 1 erscheint. Da zu diesem Zeitpunkt der Wert des Signals P am Komparator C1 kleiner als der Wert des Signals Pos. 2 ist, hat auch der Ausgang Q des Komparators C1 den Signalwert 1. Somit ist die UND-Bedingung an den Eingängen des UND-Gliedes A1 erfüllt, so daß der Schalter S1 geschlossen wird. Wie das Schema erkennen läßt, wird daher in der Steuereinrichtung ein vorgegebener Wert v_H′ aus einem entsprechenden Speicher ausgelesen und als Soll-Wert v abgegeben. Die Hantel wird im Eiltempo gehoben.

Sobald die Hantel die Pos. 2 erreicht, spricht der Komparator C2. Dessen Ausgangssignal stellt das FF1 zurück, womit der Schalter S1 öffnet. Statt dessen wird das FF2 gesetzt, dessen Ausgangssignal die Schalter S2 und S3 schließt. Über S2 wird der Wert v_H als Soll-Wert v abgegeben, der niedriger ist als v_H′. Über S3 wird das Signal F in einen ersten Speicher M1 eingespeist, so daß also darin das momentane Gewicht der Hantel 34 gespeichert ist.

Sobald die Hantel die obere Position Pos. 1 erreicht, spricht der Komparator C3 an und stellt das FF2 zurück. Dadurch öffnen die Schalter S2 und S3 und die Vorbereitungsphase ist beendet.

Damit nimmt die Hardware den in Fig. 4 dargestellten Organisationszustand ein. Demgemäß wird über den nicht aktivierten Schalter S4 der Wert v₀ als Soll-Wert v′ abgegeben, der wiederum über den Schalter S7 in Fig. 5 (was als Fortsetzung dieses Schemas anzusehen ist) den Soll-Wert v darstellt. Der Soll-Wert v = v₀ bedeutet, daß die Hantel 34 in der Pos. 1 im Stillstand festgehalten wird.

Jetzt kann der Sportler die Hantelstange 32 ergreifen und zunächst kurzzeitig hochdrücken, was nicht notwendigerweise eine Bewegung nach oben bedeutet. Es genügt eine Gewichtsentlastung des Gewebegurtes 28. Denn das im Speicher M1 gespeicherte Gewichts-Signal wird um einen ersten Faktor 0,2 bzw. 20% verkleinert als erster Referenzwert an den B-Eingang eines Komparators C4 gegeben, an dessen A-Eingang das Signal F anliegt. Sinkt zufolge der Entlastung der Gurte der Wert des Signals F unter den ersten Referenzwert (0,2×G, mit G=Hantelgewicht), so spricht der Komparator C4 an. Da außerdem PPos. 1 gilt, hat auch der Komparator C5 angesprochen. Damit ist die UND-Bedingung des UND-Gliedes A2 erfüllt, wodurch das FF3 gesetzt wird. Über dessen Ausgang Q wird jetzt der Schalter S4 umgestellt und damit die Trainings-Senkphase aktiviert.

In diesen Organisationszustand wird ein vorgegebener unveränderlicher Grenzwert v_S für die Senkgeschwindigkeit ausgelesen und über den Schalter S5 und die Schalter S6, S4 und S7 (Fig. 5) als Soll-Wert v ausgegeben, sofern der Sportler nicht in der Lage sein sollte, die Hantel aus eigener Kraft langsamer abzusenken. Am Komparator C6 wird nämlich das Signal T mit dem Grenzwert v_S verglichen.

Sobald T kleiner ist als v_S (was am Trainingsbeginn zu erwarten ist) spricht der Komparator C6 an und stellt den Schalter S6 um. In diesem Fall produziert die Steuereinrichtung ein Kraft-Nachlauf-Signal Ff (force-follow-up-Signal) im Sinne einer Kraftregelung, indem dazu das Signal F ausgewertet wird. Die Kraftregelung ist dabei vorzugsweise so ausgelegt, daß die Gewebegurte 28, 29 mit einer geringen ersten Zugkraft von 100 N straff gehalten werden, so daß die Hantel 34 stets an der "kurzen Leine" geführt wird. Dabei ist aber diese erste Zugkraft im Verhältnis zum Hantelgewicht so gering, daß der Sportler nichts davon merkt. Solange er daher kräftemäßig die Hantel beherrscht, tritt die Vorrichtung für ihn nicht merkbar in Funktion. Es versteht sich, daß der Grenzwert v_S individuell gemäß dem Trainingsprogramm des Sportlers vorgegeben wird (beispielsweise über die Tastatur eingespeichert wird).

Die folgende Beschreibung betrifft den Endbereich der Trainings-Senkphase. Sobald nämlich die Hantel die untere Zwischenposition Pos. 3 unterschreitet, spricht der Komparator C7 (Fig. 4) an, der den Schalter S5 aktiviert. Jetzt wird ein wegabhängiger variabler Grenzwert v_SP ausgelesen, wobei dies unter der Kontrolle des Signals P geschieht. Dies geschieht derart, daß der Grenzwert v_SP bei Pos. 3 mit dem Wert v_S übereinstimmt, jedoch bei Pos. 4 den Wert Null erreicht.

Dieser variable Grenzwert v_SP gelangt jetzt als Referenz an den B-Eingang des Komparators C6. Kann also der Sportler aus eigener Kraft die Hantel genügend abbremsen, werden nur die Gewebegurte 28, 29 straff gehalten, anderenfalls bremst der Antrieb die Hantelbewegung so weit, daß auf keinen Fall der momentan aktuelle Grenzwert der Senkgeschwindigkeit überschritten wird. Selbst bei völligem Versagen des Sportlers steht die Hantel bei Erreichen der unteren Position Pos. 4 still.

Damit der Sportler weiß, wann er mit dem Abbremsen der Bewegung spätestens beginnen muß, kann zugleich mit dem Schalter S5 ein akustischer Signalgeber 54 aktiviert werden. Routinierte Sportler können diese Hilfe abschalten.

Anhand der Fig. 5 wird nun das Prinzip der Umsteuerung von der Senkphase auf die Hubphase erläutert. Während des letzten Teils der Senkphase entspricht zunächst noch der Soll-Wert v dem Soll-Wert v′, wie er aus dem zuvor beschriebenen Zustand der Steuereinrichtung gemäß Fig. 4 kommt, da der Schalter S7 die gezeichnete Stellung hat. Wie ersichtlich, wird der Schalter S7 vom Flip-Flop FF4 betätigt, das seinerseits vom ODER-Glied OD1 aktiviert wird, wenn zumindest an einem seiner Eingänge der Signalwert 1 anliegt.

Sobald daher die Hantel 34 die untere Position Pos. 4 erreicht, gibt der Komparator C8 am Ausgang Q den Signalwert 1 ab, der somit die ODER-Bedingung von OD1 erfüllt. Dies aktiviert dann über FF4 den Schalter S7. Damit wird von der Trainings-Senkphase auf die Trainings-Hubphase umgestellt, indem über S8 entweder das Grenzwert-Signal v_H oder das Kraft-Nachlauf-Signal Ff als Soll-Wert v ausgegeben wird. Dazu Näheres später.

Wenn der Sportler in der Lage ist, die Hantel aus eigener Kraft mit einer den Grenzwert v_H übersteigenden Geschwindigkeit wieder anzuheben, bevor die Hantel die unter Position Pos. 4 erreicht, hat dies natürlich den Vorrang. Am Komparator C9 wird dieser Zustand registriert und ein Signalwert 1 an den zweiten Eingang von OD1 gegeben, womit über FF4 der Schalter S7 aktiviert wird.

Während der nunmehr stattfindenden Trainings-Hubphase werden die Gewebegurte 28, 29 lediglich straff gehalten, solange der Sportler die Hantel 34 schneller als v_H zu bewegen vermag, was durch den Komparator C9 angezeigt wird. Dessen Ausgang ist dazu mit einem Eingang eines ODER-Gliedes OD2 verbunden, das dann den Schalter S8 aktiviert. Sobald der Sportler aus eigener Kraft diesen Grenzwert nicht überschreiten kann, übernimmt der Antrieb die Führung. Die Aktivierung und Deaktivierung des Schalters S8 kann beliebig oft stattfinden, je nach Kondition des Sportlers.

Sobald jedoch die Hantel die obere Position Pos. 1 erreicht hat, womit der Sportler seine Pflicht erfüllt hat, werden auf jeden Fall nur noch die Gewebegurte 28, 29 straff gehalten, was dadurch bewirkt wird, daß dann der zweite Eingang von OD2 vom Komparator C10 den Signalwert 1 erhält, womit der Schalter S8 auf das Kraft- Nachlauf-Signal Ff umgestellt bleibt, unabhängig von der Hubgeschwindigkeit. Auf diese Weise hat der Sportler die Freiheit, die Hantel auch über Pos. 1 hinaus zu bewegen, wenn dies seinem Bewegungsrhythmus gerade paßt. Aber die Hantel wird zuverlässig durch die ständig gestrafften Gewebegurte gesichert.

Damit der Sportler merkt, daß die Hantel die obere Position Pos. 1 erreicht hat, kann mit dem Ausgangssignal des Komparators C10 auch ein akustischer Signalgeber 55 aktiviert werden.

Der Grenzwert v_H der Hubgeschwindigkeit wird individuell entsprechend dem Trainingsprogramm des Sportlers vorgesehen und ist in der Regel kleiner als der Grenzwert v_S der Senkgeschwindigkeit.

Wie die Fig. 5 zeigt, wird vom Komparator C10 angezeigt, wenn die Hantel 34 die obere Position Pos. 1 überschritten hat. Von einem weiteren Komparator C11 wird die Bewegung der Hantel überwacht und am Ausgang Q nur dann ein Signalwert 1 abgegeben, wenn die Hantelgeschwindigkeit Null ist. Man kann also die beiden Bedingungen, die ein Umschalten auf die Trainings-Senkphase bewirken sollen, dadurch verknüpfen, indem die Ausgänge der Komparatoren 10 und 11 an die Eingänge eines UND-Gliedes A3 gelegt werden, das dann lediglich das FF4 zurückstellt und den Schalter S7 in die Ruhestellung bringt. Damit wäre wieder die Senkphasse im Zustand nach Fig. 4 wiederhergestellt, wobei zu beachten ist, daß FF3 und S4 noch aktiviert sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedoch eine Art Leistungsüberwachung vorgesehen, die je nach der momentanen Leistungsfähigkeit des Sportlers entscheidet, ob das Training fortgesetzt werden kann oder unterbrochen werden muß. Häufig sind nämlich Sportler durch die Konzentration auf die Übung nicht in der Lage, ihren Leistungszustand richtig einzuschätzen.

Diese Leistungsüberwachung beruht darauf, daß während der Trainings-Hubphase kontrolliert wird, mit welcher Kraft der motorische Antrieb eingreifen mußte. Der Antrieb wird immer dann mehr oder weniger stark zur Bewegung beitragen, sobald das Hubgeschwindigkeits-Signal T nicht größer ist als der Grenzwert v_H. Das ist also immer dann der Fall, wenn am Ausgang Q des Komparators C9 der Signalwert 0 anliegt. Dieser Anschluß wird mit dem invertierenden Eingang eines UND-Gliedes A4 verbunden, dessen zweiter (normaler) Eingang mit dem Ausgang von FF4 verbunden ist.

Der Signalwert 1 an FF4 bedeutet, daß die Trainings-Hubphase aktiviert ist (erste UND-Bedingung) und der Signalwert 0 an C9 bedeutet, daß der Antrieb etwas zur Bewegung der Hantel beiträgt (zweite UND-Bedingung). Liegen also diese beiden Signalwerte vor, wird über A4 der Schalter S9 betätigt, womit das den momentanen Kraftanteil des Antriebs darstellende Signal F in einen zweiten Speicher M2 eingeschrieben wird. Dieses Einschreiben erfolgt in gewissen Taktintervallen ständig neu, solange und sooft die vorgenannte zweite UND-Bedingung während einer Hubphase erfüllt ist. Damit ist der Inhalt des Speichers M2 ständig aktualisiert. Es versteht sich, daß der Wert Null eingespeichert ist, wenn während einer Hubphase keine Einschreibung erfolgt, denn zum Ende jeder Hubphase wird der Speicher M2 stets auf Null zurückgestellt.

Zwei Komparatoren C12 und C13 vergleichen nun den im zweiten Speicher M2 gespeicherten Wert aF mit einem zweiten Referenzwert, der dadurch gebildet wird, daß das Gewichts-Signal aus dem ersten Speicher M1 um einen zweiten Faktor 0,8 bzw. 80% verkleinert wird.

Wenn daher die vom Antrieb auf die Hantel ausgeübte Zugkraft (gemäß aF) mehr als 80% des Hantelgewichts halten mußte, so wird dies als Zeichen dafür gewertet, daß der Sportler überfordert ist. Dann gibt der Komparator C12 den Signalwert 1 an einen Eingang eines UND-Gliedes A5, dessen zwei weitere Eingänge mit den Ausgängen Q von C10 und C11 verbunden sind (womit das Ende der Hubphase signalisiert wird). Sobald mit dem Stillstand der Hantel oberhalb der oberen Position Pos. 1 das Hubende erreicht ist und damit die UND-Bedingung des UND-Giedes A5 erfüllt ist, wird über ein zur Entkopplung dienendes ODER-Glied OD3 FF4 zurückgestellt., damit auch S7 in die gezeichnete Ruhestellung gestellt. Gleichzeitig wird der zweite Speicher M2 auf Null gestellt. Außerdem wird von A5 auch das Flip-Flop FF3 (in Fig. 4) zurückgestellt, so daß auch der Schalter S4 wieder die gezeichnete Ruhestellung einnimmt. Auf diese Weise wird der Wert v₀ als Soll-Wert v ausgegeben, das heißt, der Antrieb hält die Hantel 34 im Stillstand fest, so wie dies am Ende der Vorbereitungsphase der Fall war. Ein erneutes Starten durch Hochdrücken der Hantel wäre jetzt nötig, um den Senkvorgang auszulösen.

Wenn aber die vom Antrieb auf die Hantel während der Hubphase ausgeübte Zugkraft (gemäß aF) unter 80% des Hantelgewichts blieb, gibt der Komparator C13 den Signalwert 1 an den dritten Eingang des UND-Gliedes A3. Mit dieser zusätzlichen UND-Bedingung wird also eine Fortsetzung des Trainings durch Umschalten auf die Trainings-Senkphase nur dann ausgeführt, wenn der Sportler über ausreichendes Leistungsvermögen verfügt. Die Umschaltung erfolgt durch Rückstellung von FF4 (über OD3) und Nullstellung des zweiten Speichers M2 ohne daß aber FF3 (in Fig. 4) zurückgestellt wird.

Abweichend von Fig. 1 können die Gewebegurte an der Stelle der Wickeltrommeln 26, 27 auch nur umgelenkt werden, so daß die eigentliche Wickelwelle an anderer Position angeordnet sein kann, beispielsweise hinter dem Sportler in Bodennähe.

Die im Ausführungsbeispiel der Geschwindigkeitssensor 44 (Fig. 2) unmittelbar mit der Motorwelle 42 verbunden ist, diese aber über den variablen Durchmesser der Wickelspiralen 37 (Fig. 1) die Hantel 34 bewegt, ist die Darstellung anhand der Fig. 3 bis 5 exakterweise in der Art zu verstehen, daß als Geschwindigkeits- Signal T ein korrigiertes Signal eingesetzt, bei dem der Einfluß der Wickelspiralen 37 rechnerisch kompensiert wird. Andererseits kann aber analog zur Position des Kraft-Sensors 38 eine Tachometerrolle unmittelbar vom Gewebegurt 28 angetrieben werden, womit keine Korrekturrechnung erforderlich ist. Beispielsweise könnte die Druckrolle 49 des Kraft-Sensors 38 zugleich den Rotor eines Tachometers darstellen. Und die Drehung der Druckrolle 49 könnte zugleich auch ein Positions-Signal liefern.

Claims (22)

1. Vorrichtung zum Training mit einer Hantel, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gestell (10) vorgesehen ist, an dem mit gegenseitigem Horizontalabstand zwei biegsame Zugelemente (28, 29) frei hängend gelagert sind,
daß die freien Enden (30, 31) der Zugelemente (28, 29) mit einer Hantelstange (32) verbindbar sind, so daß die Hantelstange im wesentlichen waagrecht ausgerichtet daran aufgehängt ist,
daß die Zugelemente (28, 29) mit einer Antriebsvorrichtung (16, 17, 20) verbunden sind zum gesteuerten motorischen Heben und Senken der Hantel (34),
daß eine Steuereinrichtung (45) vorgesehen ist, die Sensoren (44, 38) zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit (T) der Hantel und der von den Zugelementen (28, 29) auf die Hantel (34) ausgeübten Zugkraft (F) aufweist,
daß die Steuereinrichtung (45) so ausgebildet ist, um während der Trainings- Senkphase die Antriebsvorrichtung derart zu steuern, daß die Zugelemente (28, 29) mit einer geringen ersten Zugkraft (Ff) straff gehalten werden, solange die Senkgeschwindigkeit der Hantel einen vorgebbaren Grenzwert (v_S, v_SP) nicht übersteigt,
und daß die Zugkraft beim Erreichen dieses Grenzwertes (v_S, v_SP) so weit gesteigert wird, daß eine weitere Steigerung der Senkgeschwindigkeit über diesen Grenzwert hinaus nicht eintritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (45) so ausgebildet ist, um während der Trainings-Hubphase die Antriebsvorrichtung derart zu steuern, daß die Zugelemente (28, 29) mit der ersten Zugkraft (Ff) straff gehalten werden, solange die Hubgeschwindigkeit der Hantel einen vorgebbaren Grenzwert (v_H) übersteigt, und daß die Zugkraft beim Erreichen dieses Grenzwertes (v_H) so weit gesteigert wird, daß eine weitere Reduzierung der Hubgeschwindigkeit unter diesen Grenzwert nicht eintritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (45) einen Sensor (19) zur Erfassung der Höhenposition der Hantelstange (32) aufweist und die daß beim Training zu erreichende obere Position (Pos. 1) und untere Position (Pos. 4) vorgebbar und in der Steuereinrichtung (45) einspeicherbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine untere Zwischenposition (Pos. 3) vorgebbar ist und daß als Grenzwert der Senkgeschwindigkeit ein voreinstellbarer fester Wert (v_S) von der Steuereinrichtung (45) aktiviert wird, solange die Hantelstange (32) sich oberhalb der unteren Zwischenposition (Pos. 3) befindet, daß jedoch ein wegabhängig variabler Grenzwert (v_SP) von der Steuereinrichtung aktiviert wird, sobald sich die Hantelstange (32) im Wegbereich zwischen der unteren Zwischenposition (Pos. 3) und der unteren Position (Pos. 4) abwärts bewegt, wobei der variable Grenzwert (v_SP) in der unteren Position (Pos. 4) der Hantelstange den Wert Null hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Zwischenposition (Pos. 3) etwa 5 bis 10 cm, vorzugsweise 6 cm oberhalb der unteren Position (Pos. 4) festgelegt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (45) die Antriebsvorrichtung derart steuert, daß die Zugelemente (28, 29) unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit der Hantel (34) lediglich mit der ersten Zugkraft (Ff) straff gehalten werden, sobald sich die Hantelstange (32) oberhalb der oberen Position (Pos. 1) aufwärts bewegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (45) durch ein Start-Signal aktivierbar die Antriebsvorrichtung derart steuert, daß die Hantel (34) aus einer Bereitschaftsposition in die obere Position (Pos. 1) hochgehoben und in dieser oberen Position festgehalten wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Hantel (34) zum Hochheben ausgeübte Zugkraft als Kraft-Signal (F) in einem ersten Speicher (M1) der Steuereinrichtung einspeicherbar ist, welche Zugkraft das Gewicht der Hantel (34) repräsentiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere Zwischenposition (Pos. 2) vorgebbar ist und daß die Einspeicherung des Kraft-Signals (F) in den ersten Speicher (M1) nur während der Bewegung der Hantel (34) von der Zwischenposition (Pos. 2) erfolgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des ersten Speichers (M1) um einen ersten Faktor verkleinert als erster Referenzwert dient, der mit einem die aktuelle Zugkraft darstellenden Kraft-Signal (F) verglichen wird und daß die Steuereinrichtung (45) auf die Trainings-Senkphase umgestellt wird, sobald das Kraft-Signal (F) den ersten Referenzwert kurzzeitig unterschreitet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Faktor 20% beträgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Speicher (M2) vorgesehen ist, der zum Abschluß jeder Trainings-Hubphase geleert wird und in den jeweils ein die Zugkraft repräsentierendes Kraft-Signal (aF) eingespeichert wird, sobald und soweit die Hubgeschwindigkeit der Hantel (34) während der Trainings-Hubphase den Grenzwert (v_H) der Hubgeschwindigkeit nicht übersteigt,
daß der Inhalt des ersten Speichers (M1) um einen zweiten Faktor verkleinert als zweiter Referenzwert dient, der mit dem zweiten Speicher (M2) gespeicherten Wert verglichen wird,
daß die Steuereinrichtung (45) auf eine erneute Trainings-Senkphase umgestellt wird, wenn der Wert im zweiten Speicher (M2) kleiner als der zweite Referenzwert ist und wenn zugleich die Hantelstange (32) sich oberhalb der oberen Position (Pos. 1) befindet und die Aufwärtsbewegung zu Null wird,
und daß das Trainingsprogramm gestoppt und die Hantel (34) im Stillstand festgehalten wird, sobald sie oberhalb der oberen Position (Pos. 1) zum Stillstand kommt und dabei der Wert im zweiten Speicher (M2) größer als der zweite Referenzwert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Faktor 80% beträgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (45) eine Umschaltung von der Trainings-Senkphase auf die Trainings-Hubphase vornimmt, sobald die Hantel (34) die untere Position (Pos. 4) erreicht oder mit einer den Grenzwert (v_H) der Hubgeschwindigkeit überschreitenden Geschwindigkeit angehoben wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (45) ein akustisches Signal auslöst, sobald die Hantel (34) während der Trainings-Senkphase die untere Zwischenposition (Pos. 3) erreicht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (45) ein akustisches Signal auslöst, sobald die Hantel (34) während der Trainings-Hubphase die obere Position (Pos. 1) erreicht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente als flache Gewebegurte (28, 29) ausgebildet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (38) zur Erfassung der Zugkraft ein Element (49) aufweist, das vom Zugelement (28) entgegen einer Vorspannung verlagerbar ist nach Maßgabe der Straffung des Zugelementes.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (10) eine in Überkopfhöhe angebrachte horizontale Wickelwelle (20) umfaßt, die von einem gestellfesten Motor (16) drehantreibbar ist und die Zugelemente (28, 29) aufwickelnd bzw. abwickelnd trägt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) über ein Untersetzungsgetriebe (17) mit der Wickelwelle (20) gekoppelt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten Elektromotor umfaßt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als Synchronmotor ausgebildet ist.