DE69012220T2 - Elektrisches Übungsgerät. - Google Patents

Elektrisches Übungsgerät.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Übungsgerät zum entweder aktiven oder passiven Trainieren der Muskeln der Gliedmaßen oder anderer Muskeln des Skeletts. In diesem Zusammenhang bezieht sich "aktiv" auf das Überwinden eines am Gerät voreinstellbaren Bewegungswiderstands durch Muskelkraft des Benutzers und "passiv" bezieht sich auf durch das als Bewegungsvorrichtung arbeitende Gerät erzwungene Muskelbewegungen.
  • Aktive Übungsgeräte sind unter Namen wie Übungsfahrräder, Heimtrainer, Ergometer usw. bekannt und bestehen aus einem feststehenden Rahmen mit einem Sattel und einem lenkstangenähnlichen Griff sowie einem Paar von Pedalen, wodurch der Benutzer ein Schwungrad antreibt, während ein an dem Schwungrad anliegendes Bremsmoment überwunden wird. All diese Geräte sind ziemlich schwer und sperrig: eines einer gut bekannten Marke hat ein 18 kg wiegendes Schwungrad und ein Gesamtgewicht von 33 kg. Diese große Schwungradmasse ist bei der relativ geringen Geschwindigkeit des Schwungrads (100 - 200 U/min) zum Speichern einer genügend großen Menge kinetischer Energie notwendig, um ein gleichmäßiges Treten sicherzustellen. Bei einer gegebenen Einstellung ist auch die Bremsanßtrengung weit davon entfernt, konstant und reproduzierbar zu sein, abhängig von dem Abnutzungszustand der Bremsklötze und dem Oberflächenzustand der Schwungradflächen, auf die die Bremsklötze wirken.
  • Keines der dem Stand der Technik gemäßen Übungsgeräte erlaubt sowohl aktives als auch passives Üben, wobei die Bedeutung des letzteren, abgesehen von seiner Rolle bei der Physiotherapie im allgemeinen und bei Rehabilitationsbehandlungen im speziellen, ganz und gar nicht gut geheißen wird. Physiologen zufolge beschleunigen sich jedoch mit Perioden aktiven Übens abwechselnde Perioden passiven Übens in hohem Maße die Beseitigung gewisser Stoffwechselabfallprodukte von Muskeln, deren Vorkommen eine Hauptursache für Muskelermüdung ist.
  • Das U.S. Patent 2 406 344 offenbart ein passives Übungsgerät, das um einen Elektromotor mit konstanter, unveränderlicher Geschwindigkeit und nicht umkehrbarer Drehrichtung angeordnet ist. Das vorstehende Dokument erwähnt die Wirksamkeit dieses Geräts auch für aktives Üben. Jedoch schafft der offenbarte mechanische Aufbau des Geräts keine veränderliche, meßbare und präzise reproduzierbare vom Benutzer zu überwindende Bezugskraft, was für ein wirkungsvolles aktives Übungsgerät wesentlich ist.
  • Es ist eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, ein Übungsgerät zu schaffen, das relativ preiswert ist, wenig wiegt, zusammenklappbar ist und somit einen äußerst geringen Platzbedarf für die Aufbewahrung erfordert, und daß mittels des Umlegens eines Schalters entweder aktives oder passives Üben erlaubt.
  • Die in den Patentansprüchen bestimmte Erfindung wird nun zum besseren Verständnis in Verbindung mit gewissen bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
  • Mit speziellem Bezug auf Details der Zeichnung wird betont, daß die gezeigten Einzelheiten lediglich als Beispiele und zum Zweck der anschaulichen Diskussion der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen und das als das Nützlichste erachtete sowie eine leicht verständliche Beschreibung der Prinzipien und der Entwurfsaspekte der Erfindung darstellen. Daher werden keine Details des Aufbaus der Erfindung dargestellt, die über das hinausgehen, was zum prinzipiellen Verständnis der Erfindung notwendig ist, und die Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung macht es Fachleuten deutlich, wie die verschiedenen Arten der Erfindung in der Praxis auszuführen sind.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Aufrißansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Übungsgeräts;
  • Fig. 2 eine Frontansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 in zusammengeklapptem Zustand;
  • Fig. 3 den Elektromotor/-generator und den damit ausgebildeten Schneckenantrieb;
  • Fig. 4 das Bedienpult des Geräts;
  • Fig. 5 das Schaltbild des Bedienpults gemäß Fig. 4;
  • Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Ende des Rahmens an einem Stuhl befestigt ist und das andere Ende vom Boden gestützt wird; und
  • Fig. 7 noch ein weiteres an einem Stuhl befestigtes Ausführungsbeispiel, das jedoch zum Trainieren der Arme dient.
  • Mit Bezug auf die Zeichnung sind in den Figuren 1 und 2 zwei Rohr-Rahmenstangen 2 und 4 dargestellt, welche mittels eines Drehgelenks 6 in einem Begrenzungsvorrichtungen 10 aufweisenden Scherengelenk 8 klappbar gelenkig zueinander gelagert sind, wobei die Begrenzungsvorrichtungen 10 den Winkel, den die beiden Rahmenstangen 2, 4 im nicht zusammengeklappten Zustand einnehmen können, bestimmen und begrenzen. Im zusammengeklappten Zustand (zum Aufbewahren oder zum Transportieren) sind die beiden Stangen 2, 4 nahezu parallel. An ihren unteren Enden sind die Stangen 2, 4 jeweils mit Plastik-Abschlußkappen 16 versehenen Querstangen 12 bzw. 14 versehen. Die Querstangen bilden die Füße, auf denen das Gerät im nicht zusammengeklappten Zustand ruht, und sind lang genug, um ein ausreichendes Maß an Stabilität zu gewährleisten.
  • Die Rohr-Rahmenstange 2 trägt einen Sattel 18, dessen Stange 20 ineinanderschiebbar innerhalb der Stange 2 gleitet und mittels einer Feststell-Rohrschelle 22 in einer gewünschten Position fixiert werden kann. Auf ähnliche Weise ist eine Lenkstange 24 einstellbar, die an einem ineinanderschiebbar innerhalb der Rahmenstange 4 gleitenden Lenkstangen-Stange 26 angebracht ist.
  • Am unteren Abschnitt der Rahmenstange 2 ist ein Motor-Generator 28 fest angebracht, der in Fig. 3 vorteilhafter dargestellt ist und später beschrieben wird.
  • In einer etwas oberhalb des Motors 28 befindlichen Position ist auch ein Pedal-Achslager 30 fest an der Rahmenstange 2 angebracht. Wie bei einem Fahrrad, sind Pedale 32 an den Enden von Kurbeln 34 angeordnet.
  • Die Antriebsverbindung zwischen den Pedalen und dem Motor besteht entweder aus einer Kette oder einem Riemen 36, die bzw. der über einen Motorzahnkranz bzw. eine Riemenscheibe 38 auf der einen Seite und über ein Kettenrad bzw. eine Riemenspannrolle 40 auf der anderen Seite geführt ist. Eine Ketten- bzw. Riemenabdeckung 42 ist teilweise ebenfalls gezeigt.
  • In Fig. 4 ist ein an der Lenkstange 24 angebrachtes Bedienpult 52 vollständig zu sehen, das später beschrieben wird.
  • Der elektrische Motor-Generator ist detaillierter in Fig. 3 gezeigt. Zu sehen ist ein Niederspannungs-Gleichstrommotor 28 mit Permanentmagnet, dessen eines Ende der Ankerwelle in Form einer Schnecke 46 ausgebildet ist. Am anderen Ende der Ankerwelle ist eine als Schwungrad 47 dienende, relativ kleine zylindrische Masse (100 - 200 gr) angebracht, die aufgrund der sehr hohen Motorgeschwindigkeit (3000 - 5000 U/min) ein ausreichend großes Speichervermögen zum Speichern kinetischer Energie hat, um ein gleichmäßiges, nicht ruckartiges Treten sicherzustellen.
  • Die Schnecke 46 ist in Eingriff mit einem Schneckenrad 48, an dessen Ausgangswelle 50 der (in Fig. 3 nicht gezeigte) Motorzahnkranz bzw. die Riemenscheibe 38 angebracht ist. Der Steigungswinkel der Schnecke 46 ist derart, daß der Motor das Schneckenrad 48 mittels der Schnecke 46 mit dem selben Wirkungsgrad antreiben kann, wie er mittels der Schnecke von dem Schneckenrad angetrieben werden kann.
  • Es ist dieses Merkmal, das die Verwendung des erfindungsgemäßen Geräts für beide Arten des Übens, des aktiven und passiven Übens, erleichtert. Beim aktiven Üben treibt der Benutzer den nun als Generator arbeitenden Motor mittels der Pedale, der Kette oder des Riemens 36 und dem Schneckenrad 48 an. Die Muskelenergie des Benutzers wird somit mittels des Generators in elektrische Energie umgewandelt, die von einem variablen Widerstand in Wärme umgesetzt wird. Die "Brems"-Wirkung des Generators wird durch die Tretrichtung ("vorwärts" oder "rückwärts") nicht beeinflußt. Rückwärts treten beansprucht eine andere Gruppe von Muskeln. Das Verändern des vorstehend erwähnten Wärme umsetzenden Widerstands verändert die vom Benutzer auf zubringende Anstrengung.
  • Beim passiven Üben arbeitet der Motor-Generator als die Pedale drehender Motor, der somit die Beine des Benutzers bewegt. Die Tretgeschwindigkeit kann verändert werden, indem die an den Motor angelegte Spannung verändert wird, und Rückwärtstreten ist ebenfalls möglich, indem ein die Polarität der an den Motor 28 angelegten Gleichspannung umkehrender Schalter umgelegt wird. Die Schaltung arbeitet mit Netzspannung.
  • Es ist denkbar, daß die Generatorausgangsleistung, anstatt in Wärme umgewandelt zu werden, auch für praktische Zwecke, beispielsweise das Laden einer Batterie oder Betreiben eines elektrischen Lüfters oder dergleichen, verwendet wird.
  • Das Bedienpult 52 und seine elektrische Schaltung sind in den Figuren 4 bzw. 5 dargestellt. Die in Fig. 4 gezeigten Steuereinrichtungen umfassen zwei Tasten, zwei Kipphebelschalter und eine Meßeinrichtung.
  • Die Taste 54 verändert einen den "Brems"-Effekt des Generators beim aktiven Üben steuernden Widerstand 56. Die Taste 57 steuert einen Dämpfungsschalter bzw. Dimmer 58, der die Primärspannung in einem Transformator 60 verändert, welcher wiederum einen dem Motor in der "passiven" Betriebsart die Gleichspannung zuführenden Gleichrichter 62 versorgt.
  • Der Kipphebelschalter 64 bewirkt das Umschalten von der "aktiven" (A) in die "passive" (P) Betriebsart (im Schaltbild in Fig. 5 ist die Schaltung in der "aktiven" Betriebsart dargestellt, bei der der Motor 28 nicht mit der Spannungsversorgung verbunden ist).
  • Der Kippschalter 66 zum Wechseln der Polarität hat zwei Positionen, F für "vorwärts" und B für "rückwärts", und bestimmt die Tretrichtung beim passiven Üben.
  • Ein Wattmeter 68 zeigt die vom Benutzer eingesetzte Tretleistung an, was die Umwandlung in verbrauchte kcal unter Berücksichtigung der Tretzeit vereinfacht.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt. Dabei kann das Gerät an den Vorderbeinen eines Stuhls 70 mit Armlehnen und Rückenlehne angebracht werden, was ein Üben in einer bequem sitzenden und zurückgelehnten Haltung erlaubt.
  • Dieses Ausführungsbeispiel weist lediglich eine Rahmenstange 72 auf, an der der Motor-Generator 28 und die (nicht gezeigten) Pedal-Achslager 30 fest angebracht sind. Die Rohr-Stange 72 reitet auf und ist feststellbar an einer Stange 74, deren unteres Ende mit einem Kreuzstück versehen ist, welches (nicht gezeigte) ausziehbare Enden hat, die mittels Rohrschellen 76 an Vorderbeinen eines Stuhls befestigbar sind. Eine Rohr-Stange in Form eines umgedrehten U's mit einer horizontalen Basis 78 (in der Ansicht in Fig. 6 als Kreis dargestellt), das an dem oberen Abschnitt der Stange 74 mittels einer Rohrschelle 80 befestigbar ist, hat zwei rohrförmige Stangen 82, in denen ineinanderschiebbare, am Boden verbleibende Stangen 84 gleiten, die somit das obere Ende der Stange 74 stützen. Eine Klammer 86 bestimmt den Winkel zwischen der Stange 74 und den rohrförmigen Stangen 82. Rohrschellen 22 fixieren die ineinanderschiebbaren Stangen 84, nachdem ihre Position (die die Neigung der Stange 74 bestimmt) eingestellt wurde.
  • Das Bedienpult 52 ist günstig an einer der Armlehnen des Stuhls 70 befestigt. Die Position der Stange 72 entlang der Stange 74, sowie die Neigung der letzteren werden entsprechend den Anforderungen des einzelnen Benutzers angepaßt.
  • Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt die Verwendung des erfindungsgemäßen Geräts zum Trainieren der Armmuskulatur und der ihr zugehörigen Muskeln dar. Diese Variante ist ebenfalls an den Vorderbeinen eines Stuhls befestigbar. Die Rahmenstange 72 und die Stange 74 sind die selben wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6, ebenso wie die ineinanderschiebbaren Enden der (nicht gezeigten) Kreuzstücke und die Rohrschellen 76. Zusätzlich ist eine andere, am Rahmenteil 72 befestigbare, Rohrschelle 88 zu sehen, an der eine Rohr-Stange 90 mit einer hineinschiebbaren Stange 92 schwenkbar angebracht ist. Letztere ist mit einem (nicht gezeigten) Kreuzstück mit zwei Plastik-Abschlußkappen 16 in der Art der Kreuzstangen 12 oder 14 entsprechend Fig. 1 versehen. Die Stange 92 wird mittels einer Rohrschelle 22 festgestellt.
  • Die vertikale Höhe der Pedalachse relativ zum Sitz des Stuhls wird eingestellt, indem die Rahmenstange 72 abgesenkt oder erhöht wird, während der horizontale Abstand der Pedalachse relativ zur Kante des Sitzes eingestellt wird, indem die Neigung der Stange 74 verändert wird, indem die wirksame Länge der ineinanderschiebbaren Stange 92 angepaßt wird. Eine Kette 94 begrenzt den zwischen der Stange 74 und der Stange 92 eingeschlossenen Winkel.
  • Unter Verwendung der gleichen Pedalbolzen werden die Standard-Pedale 32 vorteilhafterweise durch im wesentlichen zylindrische Griffe ersetzt, die von den Händen des Benutzers einfach gehalten werden können.
  • Wahlweises Zubehör für das erfindungsgemäße Übungsgerät umfassen einen Zeitgeber, der nach dem Verstreichen einer einstellbaren Zeitspanne ein akustisches oder optisches Signal erzeugt, und einen Tachometer oder eine (mit fluoreszierender Beleuchtung zu verwendende) Stroboskopscheibe als Schrittgeber.
  • Das Übungsgerät kann ebenfalls ein Programmgerät zum Steuern des Widerstandsbereichs enthalten. Demzufolge könnte die physische Belastung reguliert werden, und insbesondere könnte die Last, unabhängig von der Tretgeschwindigkeit, konstant gehalten werden.
  • Während ein wie vorstehend beschriebener Schneckenantrieb die geeignetste, wirkungsvollste und raumsparendste Lösung des bestimmten Problems (Antriebsmöglichkeit in beide Richtungen) darstellt, wäre es ebenfalls möglich, eine Getriebeübertragung eines herkömmlichen Typs zu verwenden.

Claims (7)

1. Elektrisches Übungsgerät mit einem Rahmen (2, 4, 72), welches zumindest eine Stange umfaßt und wenigstens indirekt an einer Stützfläche angebracht werden kann, wobei an dem Rahmen mit einem Elektromotor (28) gekoppelte Pedale (32) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß
der Elektromotor (28) in einer ersten Betriebsart betrieben werden kann, in der er als Generator arbeitet, der mittels der Pedale (32) dem Benutzer des Geräts Muskelenergie entzieht und diese Muskelenergie in elektrische Energie umwandelt, die in andere Energieformen umwandelbar ist, und
der Elektromotor (28) in einer zweiten Betriebsart betrieben werden kann, in der er als Bewegungsvorrichtung arbeitet, die einer elektrischen Energiequelle elektrische Energie entzieht und über die Pedale (32) Gliedmaßen des Benutzers bewegt und somit trainiert,
die Kopplung (36 - 48) zwischen den Pedalen (32) und dem Motor (28) derart gestaltet ist, daß jeder den anderen antreiben kann,
Schaltvorrichtüngen (64) vorhanden sind, mittels derer der Motor wahlweise mit einer elektrischen Energiequelle (60, 62) oder einer elektrische Energie verbrauchenden Last (57) verbunden werden kann, sowie Einstellvorrichtungen (54, 58) vorhanden sind, welche das Einstellen der von dem Benutzer in der ersten Betriebsart verbrauchten Energie und die Geschwindigkeit des Motors in der zweiten Betriebsart ermöglichen.
2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem der Rahmen zusammenklappbar ist und zwei gelenkig miteinander verbundene Rohr-Stangen umfaßt.
3. Gerät nach Anspruch 1, bei dem der Rahmen (72) an zumindest einigen Stuhlbeinen befestigbar ist.
4. Gerät nach Anspruch 1, bei dem der Motor (28) ein mit einer Schnecken-Getriebeübertragung versehener Gleichstrommotor ist.
5. Gerät nach Anspruch 1, das ferner eine zweite Schaltvorrichtung (66) zum Umkehren der Drehrichtung des Motors in der zweiten Betriebsart umfaßt.
6. Gerät nach Anspruch 1, das ferner eine fest am Anker des Motors (28) angebrachte Schwungradvorrichtung (47) umfaßt.
7. Gerät nach Anspruch 1, das ferner ein Wattmeter (68) zum Messen der beim Treten pro Zeiteinheit verbrauchten Energie aufweist.
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