DE9402245U1 - Direktantrieb-Zugspannungseinrichtung mit Gleichstrommotor - Google Patents

Description

• ·

• ·

Direktantrieb-Zugspannungseinrichtung mit Gleichstrommotor

Die vorliegende Erfindung betrifft Zugspannungseinrichtungen und insbesondere eine Zugspannungseinrichtung für ein Übungsgerät, bei der der Gewichtsstapel durch einen leistungsstarken Gleichstrommotor simuliert wird.

Derzeitige Muskeltrainingsgeräte können in die beiden folgenden Klassen unterteilt werden:

1. Federlast-Geräte: Wie in Fig. 7 gezeigt, enthält die Seilwinde 9A eine Feder, die als Einrichtung für die Erzeugung einer Gegenkraft dient. Wenn das Seil über die Benutzerschnittstelle gezogen wird, dreht sich die Scheibe 92, wobei die Feder 93 aufgerollt wird. Daher wird durch die Feder 93 eine zur Bewegung der Benutzerschnittstelle proportionale Gegenkraft erzeugt. Diese Gegenkraft kann jedoch während der Übung nicht gesteuert werden.

2. Gewichtsstapel-Gerät: Wie in Fig. 8 gezeigt, enthält das System 9B ein Seil 91 und einen Gewichtsstapel 94. Wenn auf das Seil 91 eine Kraft ausgeübt wird, wird aufgrund der Schwerkraft durch die am Seil befestigten Gewichtsblöcke eine Gegenkraft erzeugt. Diese Kraft kann durch manuelles Ändern der Anzahl der Blöcke verändert werden. Eine Übung muß jedoch unterbrochen werden, um die Anzahl der Gewichtsblöcke zu erhöhen oder zu erniedrigen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Direktantrieb-Zugspannungseinrichtung mit Gleichstommotor (die im folgenden auch als automatische Zugspannungseinrichtung bezeichnet wird) zu schaffen, bei der während einer Übung eine konstante oder eine veränderliche Gegenkraft erzeugt werden kann und bei der ein Benutzer über eine elektronische Tastatur geeignete Übungsprofile wählen kann, um verschiedene Anforderungen zu erfüllen, und die weiterhin einen kompakten Aufbau besitzt und tragbar ist, so daß sie in die meisten der derzeit vorhandenen Übungsgeräte eingebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Direktantrieb-Zugspannungseinrichtung mit Gleichstrommotor, die die im Anspruch angegebenen Merkmale besitzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht des Systems;

Fig. 2 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der Zugspannungseinrichtung;

Fig. 2A eine perspektivische Ansicht der montierten Zugspannungseinrichtung;

Fig. 3 eine Seitenschnittansicht der Zugspannungseinrichtung;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Zugspannungseinrichtung längs der Linien A-A und B-B in Fig. 3;

Fig. 5 ein Funktionsschaltbild der Steuereinrichtung;
Fig. 6 ein Anwendungsbeispiel des Systems;

Fig. 7 eine Skizze eines herkömmlichen Systems vom Federtyp; und

Fig. 8 eine Skizze eines herkömmlichen Systems vom Gewichtsstapeltyp.

Wie in den Fig. 1, 2, 2A, 3 und 4 gezeigt ist, umfaßt die erfindungsgemäße automatische Zugspannungseinrichtung einen Motor 1, der entweder ein Gleichstrommotor oder ein Gleichstrom-Servomotor sein kann, wobei in der Abtriebswelle 11 des Motors eine Keilnut 111 sowie eine Schraubbohrung 112 ausgebildet sind. An der Frontabdeckung des Motors sind eine Welle 12 und eine stationäre Welle 13 angeordnet. Neben der stationären Welle 13 ist eine stationäre Stütze 14 angeordnet.

Ein Anschlag 2 weist in seinem mittleren Bereich einen Schlitz 21 auf und ist an der Frontabdeckung des Motors mittels eines Schraubenelementes 22 befestigt. Dieser Anschlag 2 befindet sich oberhalb der Abtriebswelle 11.

Am vorderen Bereich des Motors 1 ist eine Verriegelungseinrichtung 3 befestigt. Diese Verriegelungseinrichtung 3 umfaßt ein Sperrklinkenrad 31 mit einer Keilnut 311. Die Wellenbohrung ist an der Abtriebswelle 11 mittels eines Keilelementes 15 befestigt.

Eine Sperrklinke 32 weist eine Wellenbohrung 321 auf, die mit einer Buchse 322 versehen ist. Die Sperrklinke ist an der stationären Welle 13 befestigt. Im unteren Bereich ist ein Schlitzloch 323 vorgesehen, so daß die Sperrklinke 32 eine Schwenkbewegung ausführen kann.

• ·

• it

Im oberen Bereich der Sperrklinke 32 ist eine Feder 33 mit einem ihrer Enden befestigt, während sie mit ihrem anderen Ende an der stationären Stütze 14 befestigt ist.

Zum Ausfahren und Einfahren einer Bremsstange 341 wird ein Magnetschaltelement 34 verwendet. An einer Seite der Bremsstange 341 ist eine Verbindungsstütze 342 angeordnet, die relativ zur Sperrklinke 32 im Schlitzloch 232 schwenkbar ist. Das Magnetschaltelement 34 ist im unteren Bereich der Abtriebswelle 11 angeordnet.

Eine Seilwinde 4 besitzt an ihrer Umfangsfläche einen schraublinienförmigen Schlitz 41. Diese Seilwinde 4 besitzt außerdem eine Wellenbohrung mit einer Keilnut 42, durch die sie an der Abtriebswelle 11 befestigt ist. An der Außenseite der Seilwinde 4 ist ein Knopf 43 angeordnet. Dieser Knopf 43 ist an der Abtriebswelle 11 mittels eines Schraubenelementes 44 befestigt.

Ein Seil 5 ist mit einem seiner Enden am schraubenlinienförmigen Schlitz 41 der Seilwinde 4 befestigt, während es mit seinem anderen Ende mit einer Gummikugel 51 verbunden ist. Diese Gummikugel 51 wird durch einen Schlitz 21 des Anschlags 2 gehalten. An der Gummikugel 51 ist ein Verbindungsring 52 angeordnet.

An der Welle 12 ist mittels zweier Lager 531 ein Führungsrad 53 befestigt. Dieses Führungsrad 53 ist so angeordnet, daß es auf das Seil 5 einen Druck ausübt.

Am vorderen Bereich des Motors 1 ist eine Sicherheitsabdeckung 6 befestigt. Im vorderen Bereich dieser Sicherheitsabdeckung 6 ist ein Loch 62 ausgebildet, durch das sich der Knopf 43 erstrecken kann. An der dem Anschlag 2 entsprechenden Position der Sicherheitsabdeckung 6 ist

ein Schlitz 63 vorgesehen, damit das Seil 5 aus dem Schlitz 21 des Anschlags 2 herausgezogen werden kann.

An einer weiteren Abtriebswelle 16 des Motors 1 ist ein Decodierer 7 mit einem Decodierrad 71 befestigt. Auf beiden Seiten dieses Decodierrades 71 sind zwei Photokoppler 72 angeordnet. Diese Photokoppler 72 sind mit einer Decodierschaltung 73 elektrisch verbunden. Am hinteren Bereich des Motors 1 ist ebenfalls eine Sicherheitsabdeckung 70 vorgesehen. Die Decodierschaltung 73 ist mittels eines Busses 731 mit einer Computer-Steuereinrichtung 74 verbunden, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Eine Steuereinrichtung 8 wird dazu verwendet, durch Umwandeln des Signals von der Computer-Steuereinrichtung 74 einen entsprechenden Strom an den Gleichstrommotor 1 zu schicken. Diese Steuereinrichtung 8 hält den Strom trotz der Drehung des Motors 1 auf einem im voraus festgelegten Pegel. Folglich werden ein konstantes Drehmoment und eine konstante Zugspannung erzielt.

Nun wird die Theorie und der Betrieb der automatischen Zugspannungseinrichtung mit Bezug auf die Fig. 3, 4 und 5 genauer beschrieben. Die automatische Zugeinrichtung nutzt die lineare Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Strom eines Gleichstrommotors oder eines Gleichstrom-Servomotors aus. Die Steuereinrichtung 8 wird durch einen Mikrocomputer 74 gesteuert, so daß ein konstanter Strom an den Motor 1 geliefert wird. Daher wird an der Abtriebswelle 11 ein konstantes Drehmoment erhalten. Andererseits ist wie oben erwähnt an der Abtriebswelle 11 des Motors 1 eine Seilwinde 4 angeordnet. Folglich wird das Drehmoment in eine lineare Zugspannung des Seils 5 umgewandelt. Durch diese Anordnung wird unabhängig davon, ob an dem Seil 5 gezogen wird oder ob es losgelassen wird, eine konstante Zugspannung erhalten.

Darüber hinaus ist für eine einfache Anpassung des Seils 5 an die Seilwinde 4 ein schraubenlinienförmiger Schlitz 41 an der Seilwinde 4 vorgesehen. Dadurch wird das Seil 5 in beiden Richtungen ordnungsgemäß auf die Seilwinde 4 aufgewickelt bzw. von dieser abgewickelt.

Um andererseits zu verhindern, daß das Seil 5 vollständig auf die Seilwinde 4 aufgewickelt wird, wird durch die Sicherheitsabdeckung 6, den Schlitz 63 in dieser Sicherheitsabdeckung 6 und den Schlitz 21 im Anschlag 2 ein Durchlaß für das Seil 5 geschaffen. An dem Seil 5 ist eine Gummikugel 51 befestigt, deren Durchmesser größer als die Breite des Schlitzes 21 ist, um zu verhindern, daß das Seil 5 vollständig aufgewickelt wird.

Um andererseits zu verhindern, daß das Seil 5 vollständig herausgezogen wird, wenn die Leistungszufuhr unterbrochen wird, ist eine Verriegelungseinrichtung 3 vorgesehen. Die Sperrklinke 32 ist mit dem Sperrklinkenrad über ein Federelement 33 in Eingriff, so daß die Sperrklinke 5 und das Sperrklinkenrad 31 verhindern, daß sich die Abtriebswelle 11 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Das Seil 5 wird somit auf der Seilwinde 4 gehalten. Wenn die Leistung eingeschaltet wird, wird die Sperrklinke 32 durch die Wirkung des Magnetschaltelements 34 zurückgezogen. Dadurch wird das Sperrklinkenrad 31 von der Sperrklinke 32 freigegeben und kann sich frei drehen. Das Seil 5 bewegt sich dann frei. Durch die Anordnung dieser Verriegelungseinrichtung 3 wird das Seil 5 festgehalten, wenn die Leistung abgeschaltet wird.

Außerdem ist an einer Seite der Abtriebswelle 11 der Knopf 43 vorgesehen. Wenn die Leistung während des Zurückziehens des Seils 5 abgeschaltet wird, kann das

I I

Seil durch Drehen des Knopfes 43 auf die Seilwinde 4 aufgewickelt werden.

Ferner dreht sich die Abtriebswelle 16 des Motors 1, die in Fig. 3 gezeigt ist, auf die gleiche Weise wie die Abtriebswelle 11. Wenn sich die Abtriebswellen 11 und 16 drehen, dreht sich daher auch das Decodierungsrad 71 hinter der Abtriebswelle 16. Die Photokoppler 72 erfassen dieses Signal vom Decodierungsrad 73, woraufhin die Decodierungsschaltung 73 dieses Signal in eine Reihe von Impulsen für eine Drehung im Uhrzeigersinn oder in eine Reihe von Impulsen für eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn umwandelt. Der Mikrocomputer 74 berechnet die Strecke, um die sich das Seil 5 bewegt, indem er diese Impulszüge zählt; daher kann die während der Übung erbrachte Arbeit genau berechnet werden.

In Fig. 5 ist eine Schaltung für die Stromsteuereinrichtung 8 gezeigt. Die Schaltung wird dazu verwendet, den an den Motor 1 gelieferten Strom zu steuern, um dessen Drehmoment zu verändern. Der Strom kann automatisch durch den Mikrocomputer 74 geändert werden. Die Stromsteuereinrichtung 8 empfängt über das Filter 81 und einen Brückengleichrichter 82 eine Hochspannung. Anschließend wird diese Hochspannung an eine Leistungsquelle 83 angelegt, nachdem sie durch den Kondensator Cl und eine Einschaltstoß-Schutzeinrichtung MOV gegangen ist. Der Ausgang der Leistungsquelle 83 ist mit einer den Motor 1, einen Transistor Q2 und einen Widerstand R umfassenden Reihenschaltung verbunden. Die Spannungen an den beiden Enden des Motors 1 werden abgegriffen und an eine Rückkopplungsschaltung 84 geliefert, um das Ein- und Ausschalten der Leistungsquelle 83 zu steuern. An einen Digital-/Analog-Signalumsetzer 85 wird vom Mikrocomputer 74 eine Gruppe von Signalen geschickt, um die Größe des Stroms zu steuern. Dieses Signal wird anschließend an einen Puffer

Ul und an einen variablen Widerstand geschickt. Das Ausgangssignal hiervon wird weiterhin vom Spannungskoppler U2 an das Element U3 geschickt, dessen Ausgang mit einem Widerstand R3 verbunden ist, der seinerseits mit der Basis eines Transistors Ql verbunden ist. Der Kollektor des Transistors Ql ist mit dem Kollektor des Transistors Q2 verbunden. Der Emitter des Transistors Ql ist mit der Basis des Transistors Q2 verbunden. Der Emitter des Transistors Q2 ist mit dem Widerstand R2 und mit dem nicht invertierenden Eingang des Elementes U3 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes ist geerdet. Durch diesen Schaltungsaufbau kann der an den Motor 1 gelieferte Strom durch den Transistor Q2 gesteuert werden.

Die erfindungsgemäße automatische Zugspannungseinrichtung kann auf viele Arten von Übungsgeräten wie etwa einen Ruderboot-Simulator, einen Gewichthebe-Simulator und einen Muskeltrainer angewendet werden. Der Verbindungsring 52 des Seils 5 ist mit dem Zugseil 5A des Übungsgerätes verbunden, um so auf einfache Weise den Gewichtsstapel oder die Federlast zu ersetzen. Wenn der Benutzer das Seil 5 der Seilwinde 4 nach oben zieht, ist die Drehrichtung der Seilwinde 4 zu der Drehrichtung des Motors 1 entgegengesetzt, so daß der Motor 1 auf den Benutzer ein Drehmoment oder eine Last ausübt. Wenn das Seil 5 losgelassen wird, wickelt das Drehmoment des Motors 1 das Seil 5 automatisch und sofort auf. Diese Einrichtung bietet die gleichen Funktionen und das gleiche Gefühl wie ein herkömmliches Übungsgerät, erzeugt jedoch im wesentlichen kein Geräusch. Andererseits können die Zugspannung oder die Lasten einfach und geeignet eingestellt werden.

In Fig. 6 ist gezeigt, wie die erfindungsgemäße Direktantrieb-Zugspannungseinrichtung in einen Muskeltrainer 10 eingebaut ist. Der Motor 1 ist am hinteren Bereich des

Rahmens 100 befestigt und ersetzt den herkömmlichen Gewichtsstapel. Der Verbindungsring 52 des Seils 5 ist mit dem Zugseil 101 des Muskeltrainers IO verbunden. Wenn der Benutzer das Seil 5 nach oben zieht, ist die Drehung der Seilwinde 4 zu der Drehung des Motors 1 entgegengesetzt, so daß der Motor 1 wie erwähnt auf den Benutzer ein Drehmoment oder eine Last ausübt. An den Motor 1 wird durch die Stromsteuereinrichtung 8 ein konstanter Strom geliefert. Daher wird unabhängig davon, ob an den Betätigungsstangen 102 gezogen wird oder nicht, ein konstantes Drehmoment erzielt.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann der Fachmann selbstverständlich viele Veränderungen und Abwandlungen vornehmen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung nicht durch die vorangehende Beschreibung, sondern lediglich durch den beiliegenden Anspruch begrenzt ist.

Claims (1)

1. Schutzanspruch

   Automatische Zugspannungseinrichtung,
   gekennzeichnet durch

   einen Motor (1) mit einer Abtriebswelle (11), die eine Keilnut (111) sowie eine Gewindebohrung (112) aufweist, einer Welle (12) und einer stationären Welle (13), die beiderseits der Abtriebswelle (14) vorgesehen sind, und einer stationären Stütze (14), die an der Außenseite der stationären Welle (13) vorgesehen ist;

   einen Anschlag (2) , der in seinem mittleren Bereich einen Schlitz (21) aufweist, an einer Frontabdeckung des Motors (1) mittels eines Schraubenelements

   (22) befestigt ist und oberhalb der Abtriebswelle (11) angeordnet ist;

   eine Verriegelungseinrichtung (3), die am vorderen Bereich des Motors (1) befestigt ist und ein Sperrklinkenrad (31) aufweist, das mit einer auf die Abtriebswelle (11) geschobenen Wellenbohrung und einer Keilnut

   (311) versehen ist, welche in bezug auf die Abtriebswelle

   (11) mittels eines Nutelements (15) drehfest arretiert ist;

   eine Sperrklinke (32) mit einer Gewindebohrung

   (321) und einer darin vorgesehenen Buchse (322), wobei die Sperrklinke (32) an der stationären Welle (13) befestigt ist und im unteren Bereich ein Schlitzloch

   (323) aufweist, das ein Schwenken der Sperrklinke (32) erlaubt;

   eine Feder (33), die mit einem Ende im oberen Bereich der Sperrklinke (32) angeordnet ist und mit ihrem anderen Ende an der stationären Stütze (14) befestigt ist;

   ein Magnetschaltelement (34), das dazu verwendet wird, eine Bremsstange (341) aus- oder einzufahren, wobei an einer Seite der Bremsstange (341) eine Verbindungsstütze (342) vorgesehen ist, die mit dem Schlitzloch (323) der Sperrklinke (32) in Eingriff ist und die Sperrklinke (32) schwenken kann, wobei das Magnetschaltelement (34) im unteren Bereich der Abtriebswelle (11) angeordnet ist;

   eine Seilwinde (4), die an ihrer Umfangsfläche einen schraubenlinienförmigen Schlitz (41) aufweist und mit einer Wellenbohrung versehen ist, die eine Keilnut

   (42) aufweist, um an der Abtriebswelle (11) drehfest arretiert zu werden, und wobei an einer Stirnseite der Seilwinde (4) ein Knopf (43) vorgesehen ist, der mittels eines Schraubenelementes (44) mit der Gewindebohrung (112) der Abtriebswelle (11) verbunden ist;

   ein Seil (5) , das mit einem seiner Enden mit einem Ende des schraubenlinienförmigen Schlitzes (41) und mit seinem anderen Ende mit einer Gummikugel (51) verbunden ist, welche ihrerseits durch den Schlitz (21) des Anschlages (2) gehalten wird, wobei an der Gummikugel (51) ein Verbindungsring (52) vorgesehen ist;

   ein Führungsrad (53), das an der Welle (12) mittels eines Lagers (531) befestigt ist und gegen das Seil (5) einen Druck ausübt;

   eine Sicherheitsabdeckung (6), die am vorderen Bereich des Motors ■ (1) vorgesehen ist und in ihrem vorderen Bereich ein Loch (62), durch den sich der Knopf

   (43) erstrecken kann, und an einer dem Anschlag (2) entsprechenden Position mit einem Schlitz (63) versehen ist, durch den das Seil (2) aus dem Schlitz (21) des Anschlages (2) gezogen werden kann;

   einen Decodierer (7) mit einem Decodierungsrad

   (71), das an einer weiteren Abtriebswelle (16) des Motors

   (1) befestigt ist, und mit zwei Photokopplern (72) , die auf beiden Seiten des Decodierungsrades (71) angeordnet

   3"

   sind und mit einer Decodierungsschaltung (73) elektrisch verbunden sind, wobei am hinteren Bereich des Motors (1) eine Sicherheitsabdeckung (70) vorgesehen ist und wobei die Decodierungsschaltung (73) über einen Bus (731) mit einer Computer-Steuereinrichtung (74) elektrisch verbunden ist;

   eine Stromsteuereinrichtung (8), die an den Motor (1) einen gesteuerten Strom schicken kann, indem sie Signale vom Mikrocomputer (74) umwandelt, derart, daß die Stromsteuereinrichtung (8) den Strom trotz der Drehung des Motors (1) auf einem im voraus festgelegten Pegel hält, so daß ein konstantes Drehmoment und eine konstante Zugspannung erhalten werden können.