DE4040123A1 - Vorrichtung zur widerstandserzeugung mittels federkraft - Google Patents

Description

Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Widerstandserzeugung mittels Federkraft.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Widerstandser­ zeugung mittels Federkraft zum Training von Sportlern oder zur Rehabilitation von Erkrankten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind Trainingsgeräte für Sportzwecke, bei denen an oder in einem ortsfesten Rahmen wenigstens ein Hebel schwenk­ bar gelagert ist, an dem einerseits ein von dem Trainierenden betätigtes Bewegungsglied und andererseits eine oder mehrere eine Gegenkraft erzeugende Federn angreifen, wobei der An­ griffspunkt der Feder oder Federn in Hebellängsrichtung durch eine am Hebel gelagerte Spindel stufenlos verstellbar ist (DE-OS 27 07 550).

Nachteil solcher Trainingsgeräte ist, daß mit der Verstellung des Angriffpunktes der Feder zwar die notwendige Krafteinlei­ tung variiert werden kann, diese aber immer an die durch die Feder vorgegebene Federkonstante gebunden ist, was zur Folge hat, daß der Kraftanstieg nicht konstant ist. Das wiederum hat negative Auswirkungen auf ein optimales Krafttraining. Weiterhin bekannt ist ein Krafttrainingsgerät zum Trainieren der menschlichen Muskelkraft mit Hilfe von zu bewegenden Ge­ wichten oder Federn, die über ein Seil- oder Kettenzug mit dem Übenden verbunden sind, wobei der auf die Muskeln des Übenden einwirkende Lastwiderstand entsprechend dem Übungs­ ablauf veränderbar ist und der Seil- oder Kettenzug über ein frei drehbares Umlaufrad läuft, das an seiner Peripherie mehrere spiralförmige Rillen aufweist, deren Rillengrund un­ terschiedliche Durchmesser hat (DE-OS 30 11 404).

Durch dieses Gerät ist ebenfalls kein Ausgleich der Feder­ konstanten möglich. Der Kraft-Weg-Verlauf ist nicht zu Über­ prüfen.

Des weiteren ist ein Trainingsgerät bekannt, bei dem eine an einem Gestell befestigte bewegliche Stange vertikal bewegt werden kann, die über ein Kabel mit einer eine Torsionsfeder aufweisenden Rolle verbunden ist, wobei die Rolle nockenför­ mig ausgebildet ist (US-PS 46 43 420).

Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß ein stetiger nicht verän­ derbarer Kraftanstieg erreicht wird. Eine Kraftumstellung ist nicht möglich. Weiterhin läßt sich die wirkende Federkraft und der Kraft-Weg-Verlauf nicht kontrollieren. Reproduzierbare Federkennlinien sind nicht erreichbar. Eine Leistungsbestimmung des Trainierenden ist nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Widerstandserzeuger mittels Federkraft herzustellen, der einen einfachen Aufbau aufweist, billig in der Herstellung ist und einen effektiven Einsatz im Trainingsprozeß von Sportlern sowie im Rehabilitationsprozeß von Erkrankten gewährleistet,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Vorrich­ tung einen konstanten Kraftverlauf über den Weg in bestimmten Grenzen und gleichzeitig einen speziellen, reproduzierbaren Kraftverlauf zu realisieren.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der mit ei­ nem Kraftmeßelement versehene bewegliche Hebelarm an einer Exzenterrolle befestigt und die Umlenkrolle mit einem, beid­ seitig durch einen Gestellanschlag begrenzten Noppen und/oder die Exzenterrolle mit einer Winkelmeßeinrichtung versehen ist.

Der Hebelarm kann mittig oder außermittig an der Exzenter­ rolle befestigt sein. Bei mittiger Befestigung wird die Ex­ zentrizität der Rolle über die Verschiebung ihrer Achse in der Lagerung erreicht. Das kann über ein Langloch erfolgen. Der Hebelarm ist längsverstellbar angeordnet. Möglich ist es auch das Kraftmeßelement am Hebelarm längsverschiebbar auszubilden, wobei das über Rollen oder über eine Gleitla­ gerung erfolgen kann. Werden Rollen eingesetzt, kann an die­ sen oder an der Exzenterrolle ein inkrementaler Geber be­ festigt werden, wodurch Längenänderungen registriert wer­ den, die es ermöglichen das wirkende Moment zu messen und bei nichtfluchten der Lagerung der Exzenterrolle mit dem menschlichen zu messenden Gelenk einen Ausgleich zu errei­ chen.

Ist an der Exzenterrolle eine Winkelmeßeinrichtung angeord­ net, können der an der Umlenkrolle vorgesehene Noppen und die Gestellanschläge entfallen. Winkelmeßeinrichtung und Kraftmeßelement können in mechanischer oder elektronischer Ausführung eingesetzt werden. Kommt die elektronische Aus­ führung zum Einsatz, können die Winkelmeßeinrichtung und das Kraftmeßelement über eine Rechner- und Auswerteeinheit miteinander verbunden werden.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nachstehend die Er­ findung näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Widerstandserzeuger mittels Federkraft als Prinzipskizze.

Am Gestell 1 ist die Federvorspanneinrichtung 2 über ein Seil 3 befestigt, wonach die Feder 4 angeordnet ist, die über das Seil 3 und Umlenkrolle 5 mit der Exzenterrolle 14 verbunden ist. Im Bereich der Umlenkrolle 5 weist das Ge­ stell 1 die Gestellanschläge 6 und 7 auf, zwischen denen an der Umlenkrolle 5 der Noppen 8 befestigt ist. Die Exzenterrolle 14 weist in ihrer Achse 9 das Langloch 10 auf. An der Achse 9 ist der Hebelarm 11 angeordnet, der im Bereich 12 das Kraftmeßelement 13 aufweist. Der Widerstandserzeuger wird wie folgt in Betrieb genommen. Die Zugfeder 4 zieht den Noppen B der Umlenkrolle 5 gegen den Gestellanschlag 6. Der Gestellanschlag 7 ist beweglich aus­ geführt und befindet sich in gelöster Stellung. Der Hebelarm 11 wird in waagrechte Lage gebracht und der Gestellanschlag 7 be­ festigt. Am Ende des Hebelarmes 11 mit der Länge 1max. wird nunmehr eine Gewichtskraft (FG) bekannter Größe eingeleitet. Dadurch ist es möglich die Kraftmeßeinrichtung 13 zu kali­ brieren.

Ist dies geschehen, wird der Hebelarm 11 in die Anfangsstel­ lung (ϕo) bewegt und die Zugfeder 4 auf den gewünschten Kraft­ wert an der Federvorspanneinrichtung z gebracht. Die einge­ stellte Kraft kann am Kraftmeßelement 13 abgelesen werden. Im Anschluß daran, wird der Hebelarm 11 in die Endstellung (ϕ1) gebracht und der durch das Kraftmeßelement 13 angezeig­ te Wert mit dem Wert der Anfangsstellung (ϕo) verglichen. Die Abweichung des Anfangskraftwertes vom Endkraftwert wird nun korrigiert, in dem der wirkende Hebel der Exzenterrolle 14 variiert wird.

Die Variation erfolgt durch Verstellen der Exzentrizität der Exzenterrolle 14 so lange, bis Anfangs- und Endkraft­ wert übereinstimmen. Ist die Angleichung durchgeführt, hat man einen konstanten Kraftverlauf von ϕo bis ϕ1 und die Fe­ derkonstante korrigiert (konstante Kraft über den Weg). Mit Hilfe des Kraftmeßelementes 13 kann jede beliebige Fe­ der mit unbekannter Federkennlinie verwendet und die Korrek­ tur vorgenommen werden. Durch die Anordnung des Kraftmeßele­ mentes 13 im Bereich des Griffstückes 12 des Hebelarmes 11 werden alle Störgrößen des Meßprozeßes, wie z. B. Reibung aller Art, meßtechnisch erfaßt, da die Messung am Kraftan­ griffspunkt erfolgt.

Kommt die elektronische Winkelmeßeinrichtung an der Exzen­ terrolle 14 zum Einsatz, ist eine genaue Wegmessung möglich. Über das elektronische Kraftmeßelement 13 wird eine, Kraft- Zeit-Messung realisiert. Durch die Kombination beider Mes­ sungen ist eine exakte Leistungsbestimmung des Trainierenden möglich. Das ermöglicht es den Leistungsstand des Trainie­ renden zu kontrollieren, Überbeanspruchungen zu vermeiden und reproduzierbare Bedingungen zu erreichen.

Soll ein nicht stetiger, spezieller Kraft-Weg-Verlauf reali­ siert werden, so ist zusätzlich zur Exzentrität e, der Um­ fang der Exzenterrolle 14 so zu gestalten (Kurvenscheibe), daß der gewünschte Kraftverlauf erreicht wird. Die Kontrolle er­ folgt ebenfalls über das Kraftmeßelement 13.

Um ein Ausgleichen des nichtfluchtens der Lagerung der Exzen­ terrolle 14 mit dem menschlichen Gelenk zu erreichen und das wirkende Moment genau messen zu können, werden Längenänderungen über das am Hebelarm 11 längsverschiebbar angeordnete Kraftmeß­ element 13 registriert.

Das längsverschiebbare Kraftmeßelement 13 wird über Rollen ge­ lagert, wobei an den Rollen ein inkrementaler Geber befestigt ist.

Vorteile der Erfindung

• - einfacher Aufbau der Vorrichtung,
• - geringer Wartungsaufwand,
• - geringe Kosten,
• - leichte Bauweise,
• - geringer Platzbedarf,
• - hohe Übertragungsgenauigkeit (Kraft-Weg),
• - ständige Kontrolle des Kraft-Weg-Verlaufes über die Zeit,
• - exakte Bestimmung der Leistung des Trainierenden,
• - Ausgleich der Federkonstanten und somit stetiger Kraftan­ stieg bzw. -verlauf möglich,
• - leichte Anpassung an jeden gewünschten anderen Kraftverlauf möglich,
• - exakte reproduzierbare Bedingungen möglich,
• - Einsatz zu Trainingszwecken für Sportler und Rehabili­ tanten (Theraphie),
• - einfacher Federnaustausch und Anpassung an jede Federn­ kennlinie möglich.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

 1 - Gestell
 2 - Federvorspanneinrichtung
 3 - Seil
 4 - Feder
 5 - Umlenkrolle
 6 - Gestellanschlag
 7 - Gestellanschlag
 8 - Noppen
 9 - Achse
10 - Langloch
11 - Hebelarm
12 - Griffstück
13 - Kraftmeßelement
14 - Exzenterrolle mit Winkelmeßeinrichtung

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Widerstandserzeugung mittels Federkraft, wobei ein an einem Gestell befestigter beweglicher He­ belarm durch ein Seil über eine Umlenkrolle mit einer ebenfalls am Gestell befestigten Feder verbunden und zwischen der Feder sowie der Gestellbefestigung eine Fe­ dervorspanneinrichtung angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß der mit einem Kraftmeßelement (13) versehene beweg­ liche Hebelarm (11) an einer Exzenterrolle (14) befestigt und die Umlenkrolle (5) mit einem, beidseitig durch einen Gestellanschlag (6; 7) begrenzten Noppen (8) und/oder die Exzenterrolle (14) mit einer Winkelmeßeinrichtung versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Hebelarm (11) mittig oder außermittig an der Exzenter­ rolle (14) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei mittiger Befestigung des Hebelarmes (11) an der Exzenter­ rolle (14) , diese über ein Langloch in ihrer Achse (9) ver­ schiebbar ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3 gekennzeichnet dadurch, daß der Hebelarm (11) an der Exzenterrolle (14) längs­ verstellbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Kraftmeßelement (13) am Hebelarm (11) längsverstell­ bar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Kraftmeßelement (13) über Rollen oder ein Gleitlager gelagert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß an den Rollen oder der Exzenterrolle (14) ein inkrementaler Geber befestigt ist.