EP1588742A1 - Trainingsgerät - Google Patents

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EP1588742A1
EP1588742A1 EP05007649A EP05007649A EP1588742A1 EP 1588742 A1 EP1588742 A1 EP 1588742A1 EP 05007649 A EP05007649 A EP 05007649A EP 05007649 A EP05007649 A EP 05007649A EP 1588742 A1 EP1588742 A1 EP 1588742A1
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EP
European Patent Office
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training device
display
generator
shaft
sensors
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EP05007649A
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English (en)
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EP1588742B1 (de
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Josef Mittermaier
Günther Neumeier
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Original Assignee
Individual
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    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/005—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters
    • A63B21/0053—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters using alternators or dynamos
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/00058—Mechanical means for varying the resistance
    • A63B21/00069—Setting or adjusting the resistance level; Compensating for a preload prior to use, e.g. changing length of resistance or adjusting a valve
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/008—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using hydraulic or pneumatic force-resisters
    • A63B21/0083—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using hydraulic or pneumatic force-resisters of the piston-cylinder type
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances

Definitions

  • the invention relates to a training device with a lever, the one of its operation by means of muscular force an adjustable Resists opposition and this with his one End rotatably connected to a shaft that has a Toothing with a rack meshes, which doubles displacing acting displacer in a working cylinder, whose liquid-filled workspaces over Lines and adjustable valves are connected, and with Sensors, the actuation-dependent mechanical variables in to convert electrical signals in one of a power source processed electrical circuit and processed be displayed on a display.
  • Such a training device that both to increase physical fitness as well as rehabilitation after illness or accident is suitable, is in several, the training of different areas of the human musculoskeletal adapted embodiments known.
  • the latter include the respective purpose appropriately arranged handles or Footrests, which have coupling links with the on the shaft acting levers are connected.
  • so-called power machines where the user works against weights, creates the training device over the entire actuation path a constant, but speed-dependent resistance during both the extension and flexion movements.
  • a stretching movement causes a rotation of the Wave in one direction, a bending movement in the one Opposite direction.
  • the reversing rotation of the shaft is in implemented an alternating displacement of the working piston.
  • Each direction is a flow resistance in assigned to the relevant line determining valve.
  • the known device has sensors, by means of which the number of reversing rotational movements the wave, i. the number of stretching and flexing movements of the user and the settings of the two valves according to the user in each direction of movement Overcoming resistance of the device is detected and put together with the elapsed training or usage time as dimensionless numbers are shown on the display.
  • the invention is based on the object, a training device to create the introductory genus, the permanently without external power source.
  • the invention is based on the initially surprising finding that in this way the power requirement of the cover electrical components of the training equipment, although the wave reverses only by an angle of rarely more than 90 ° and with comparatively low angular velocity rotates.
  • the shaft drives the generator via a transmission gear to (claim 2).
  • the transmission may be off consist of a simple Stirntechnik scholarcommun. alternative can be a multi-stage gear transmission or a toothed belt transmission be used.
  • Stepper motor As a generator is particularly well suited a stepper motor with downstream rectification (claim 3).
  • suitable Stepper motor types are commercially available and therefore essential cheaper than a custom generator.
  • the power source can be made up of a single rechargeable Cell with downstream up-converter, because It has been shown that the efficiency of the generator operated stepper motor at the low charging voltage a standard, rechargeable 1.2 V cell essential better than the charging voltage for e.g. three in a row switched cells is.
  • the shaft may be associated with a motion sensor, for example a simple electromechanical contact like such as a non-contact switching reed contact whose Switching operations after processing in the electrical circuit numerically or graphically on the display as the number of Stretching and bending movements or strokes are reproduced can.
  • a motion sensor for example a simple electromechanical contact like such as a non-contact switching reed contact whose Switching operations after processing in the electrical circuit numerically or graphically on the display as the number of Stretching and bending movements or strokes are reproduced can.
  • the shaft is assigned a rotary encoder, its output signals in the electrical circuit be processed (claim 4), in which case the display also reproduces the amplitude per stroke can be.
  • Such a rotary encoder can in particular from two staggered sensors are made on a pattern moving synchronously with the wave, e.g. one optical pattern, respond and in a conventional manner provide electrical signals that make up both the Rotational angle and the direction of rotation can be determined.
  • Hall sensors have over others Sensors, e.g. optical sensors, the advantage of a much lower energy consumption.
  • each valve can be a valve position sensor be assigned (claim 6).
  • the output signals of the valve position sensors are representative of the size of the Resistance the user of the training device overcome must and can therefore likewise in the electrical Circuit processed and numeric or in the display be displayed graphically.
  • the respective valve position sensor can in particular a be electromechanical incremental encoder (claim 7), the has the advantage that it has almost no electrical power consumed.
  • the electrical circuit comprises a microprocessor, the one dependent on the output signals of the sensors Sizes are calculated for display on the display (Claim 8).
  • this microprocessor from the output signals of the sensors the work expended by the user and calculate the power generated by it and on the Display bring to display (claim 9).
  • the required for this Algorithm is comparatively easy in the To program microprocessor. Calibration of the indications on the display, e.g. in watt-hours and watts, is with sufficient accuracy empirically possible.
  • the electrical components of the training device will be used as power-saving designs.
  • the power generator is the battery of the exerciser only during its use and the average output from the generator Performance is limited, it is still important to ensure that the electrical energy consumption of the components as low as possible with an unused training device is.
  • the rotary encoder and optionally other components with appreciable Power consumption is the supply voltage from the Receive power source via a controlled semiconductor switch, its control input to an output of the generator is connected and the permeable turns as soon as the Generator provides a voltage (claim 10).
  • a (commercial) Microprocessor coming out of an energy-saving hibernation only goes into its working state, if at one its inputs arrive a signal.
  • Figure 1 is all the embodiments of the training device common assembly, showing the resistance generated by the user by actuating e.g. from Footrests or hand levers must overcome.
  • a lever 1 is rotatably connected to a shaft 2, which in a housing 3 is stored.
  • the shaft is like a Ritzel's spur gear. With this gearing 4 combs the Shaft with a rack 5 on the circumference of a double-acting Displacer 6.
  • the displacer 6 is in a working cylinder displaceable on both sides of the displacer 6 each have a working space 7a and 7b.
  • the battery is charged via the stepper motor 22 which operates as a generator. Since the stepping motor supplies an alternating voltage at its line connections in the case of its operation as a generator, the battery 35 is connected via the diodes 39a and 39b to the corresponding line connections.
  • the Hall sensors and their amplifier circuits require a supply current of a few milliamperes. Therefore, they are not connected directly but via a MOSFET 41 to the battery 35.
  • the MOSFET 41 is in an unused training device in the blocking state, because its gate is connected to the ground potential via the resistor R. However, the gate of the MOSFET 41 is connected via a capacitor C and the indicated rectifier circuit to one of the AC voltage outputs of the stepper motor 22 operated as a generator.

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Abstract

Ein Trainingsgerät mit einem Hebel (1), der seiner Betätigung mittels Muskelkraft einen einstellbaren Widerstand entgegensetzt und hierzu mit seinem einen Ende drehfest mit einer Welle (2) verbunden ist, die über eine Verzahnung (4) mit einer Zahnstange (5) kämmt, umfasst Bewegungssensoren und eine elektrische Schaltung, die betätigungsabhängige mechanische Größen als Werte auf einem Display anzeigt. Das Trainingsgerät kann dauerhaft ohne externe Stromquelle zur Versorgung dieser elektrischen Schaltung auskommen, wenn die Welle (2) einen elektrischen Generator (22) antreibt, der eine wiederaufladbare Stromquelle lädt. Als Generator eignet sich insbesondere ein Schrittmotor mit nachgeschalteter Gleichrichtung. Durch Vergleich der Phasenlage der Ausgangssignale des Schrittmotors wird die Drehrichtung und durch Zählung der Pulse wird der Drehwinkel der Welle (2) bestimmt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät mit einem Hebel, der seiner Betätigung mittels Muskelkraft einen einstellbaren Widerstand entgegensetzt und hierzu mit seinem einen Ende drehfest mit einer Welle verbunden ist, die über eine Verzahnung mit einer Zahnstange kämmt, die einen doppelt wirkenden Verdrängerkolben in einem Arbeitszylinder verschiebt, dessen flüssigkeitsgefüllte Arbeitsräume über Leitungen und einstellbare Ventile verbunden sind, und mit Sensoren, die betätigungsabhängige mechanische Größen in elektrische Signale umsetzen, die in einer aus einer Stromquelle gespeisten elektrischen Schaltung verarbeitet und auf einem Display angezeigt werden.
Ein derartiges Trainingsgerät, das sowohl zur Steigerung der körperlichen Fitness als auch im Rahmen von Rehabilitationsmaßnahmen nach Krankheit oder Unfall geeignet ist, ist in mehreren, dem Training der unterschiedlichen Bereiche des menschlichen Bewegungsapparates angepassten Ausführungsformen bekannt. Letztere umfassen dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend angeordnete Handgriffe oder Fußstützen, die über Koppelglieder mit dem auf die Welle wirkenden Hebel verbunden sind. Anders als sog. Kraftmaschinen, bei denen der Benutzer gegen Gewichte arbeitet, erzeugt das Trainingsgerät über den gesamten Betätigungsweg einen konstanten, jedoch geschwindigkeitsabhängigen Widerstand sowohl während der Streck- als auch während der Beugebewegung. Eine Streckbewegung bewirkt eine Drehung der Welle in der einen Richtung, eine Beugebewegung in der Gegenrichtung. Die reversierende Drehung der Welle wird in eine alternierende Verschiebung des Arbeitskolbens umgesetzt. Jeder Richtung ist ein den Strömungswiderstand in der betreffenden Leitung bestimmendes Ventil zugeordnet. Deshalb kann der von dem Benutzer zu überwindende Widerstand in den beiden Bewegungsrichtungen unterschiedlich groß eingestellt werden. Das bekannte Gerät hat Sensoren, mittels derer die Zahl der reversierenden Drehbewegungen der Welle, d.h. die Zahl der Streck- und Beugebewegungen des Benutzers und die Einstellungen der beiden Ventile entsprechend dem in jeder Bewegungsrichtung vom Benutzer zu überwindenden Widerstand des Gerätes ermittelt und zusammen mit der verstrichenen Trainings- oder Benutzungszeit als dimensionslose Zahlen auf dem Display angezeigt werden. Als Stromquelle dient eine wiederaufladbare Batterie, einerseits weil bei Versorgung mit Netzspannung erhöhte Sicherheitsanforderungen und dementsprechend eine Abnahme und Zulassung des Gerätes durch die zuständigen Stellen erforderlich ist, andererseits weil Netzkabel die Mobilität des Trainingsgerätes beeinträchtigen und generell störend sind, insbesondere wenn mehrere Trainingsgeräte unterschiedlicher Ausführungsform in einem Trainingscenter räumlich eng benachbart benutzt werden. Die Speisung der Sensoren, der elektrischen Schaltung und des Displays aus einer Batterie hat jedoch den Nachteil, dass die Batterie aus dem Netz über ein Ladegerät regelmäßig wieder aufgeladen werden muss, was häufig mehrere Stunden in Anspruch nimmt und nur außerhalb der Benutzungszeiten, also z.B. nachts, möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trainingsgerät der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, das dauerhaft ohne externe Stromquelle auskommt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Welle einen elektrischen Generator antreibt, der die Stromquelle auflädt.
Die Erfindung beruht auf der zunächst überraschenden Erkenntnis, dass sich auf diese Weise der Leistungsbedarf der elektrischen Komponenten des Trainingsgeräts decken läßt, obwohl die Welle sich reversierend nur um einen Winkel von selten mehr als 90° und mit vergleichsweise niedriger Winkelgeschwindigkeit dreht.
Vorzugsweise treibt die Welle den Generator über ein Übersetzungsgetriebe an (Anspruch 2). Das Getriebe kann aus einem einfachen Stirnzahnräderpaar bestehen. Alternativ kann ein mehrstufiges Zahnradgetriebe oder auch ein Zahnriemengetriebe verwendet werden.
Als Generator eignet sich besonders gut ein Schrittmotor mit nachgeschalteter Gleichrichtung (Anspruch 3). Geeignete Schrittmotortypen sind im Handel erhältlich und damit wesentlich preiswerter als ein speziell angefertigter Generator.
Die Stromquelle kann aus einer einzigen wiederaufladbaren Zelle mit nachgeschaltetem Aufwärtswandler bestehen, denn es hat sich gezeigt, dass der Wirkungsgrad des als Generator betriebenen Schrittmotors bei der niedrigen Ladespannung einer üblichen, wiederaufladbaren 1,2 V-Zelle wesentlich besser als bei der Ladespannung für z.B. drei in Serie geschaltete Zellen ist.
Der Welle kann ein Bewegungssensor zugeordnet sein, beispielsweise ein einfacher elektromechanischer Kontakt wie etwa ein berührungslos schaltender Reedkontakt, dessen Schaltspiele nach Verarbeitung in der elektrischen Schaltung auf dem Display numerisch oder grafisch als Anzahl der Streck- und Beugebewegungen oder Hübe wiedergegeben werden kann.
Vorzugsweise ist der Welle jedoch ein Drehwinkelgeber zugeordnet, dessen Ausgangssignale in der elektrischen Schaltung verarbeitet werden (Anspruch 4), in welchem Fall auf dem Display zusätzlich auch die Amplitude je Hub wiedergegeben werden kann.
Ein derartiger Drehwinkelgeber kann insbesondere aus zwei versetzt zueinander angeordneten Sensoren bestehen, die auf ein sich synchron mit der Welle bewegendes Muster, z.B. ein optisches Muster, ansprechen und in an sich bekannter Weise elektrische Signale liefern, aus denen sich sowohl der Drehwinkel als auch die Drehrichtung ermitteln lassen.
Insbesondere können die zwei Sensoren des Drehwinkelgebers Hallsensoren sein, die gegenüber den Zähnen eines mit der Welle drehfest verbundenen Zahnrades, versetzt um einen halben Teilungsschritt oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon, angeordnet sind. Hallsensoren haben gegenüber anderen Sensoren, z.B. optischen Sensoren, den Vorteil eines wesentlich geringeren Energieverbrauches.
Einfacher und noch stromsparender ist die Erfassung des Drehsinns und des Drehwinkels der Welle dann, wenn jedes der beiden etwa sinusartige Ausgangssignale der Strangspulen des Schrittmotors in einer Pulsformerschaltung in Rechteckpulse umgeformt wird und dass durch Vergleich deren Phasenlage die Drehrichtung sowie durch Zählung der Pulse der Drehwinkel der Welle bestimmt wird (Anspruch 5).
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die benötigte Information über den Drehsinn und über den Drehwinkel der Welle grundsätzlich bereits vorhanden ist, uzw. in Form der von den beiden um 90° versetzt angeordneten Spulen des ohnehin vorhandenen Schrittmotors erzeugten, sinusartigen Ausgangssignalen. Auzs diesen Signalen kann mittels einer Pulsformerschaltung, deren Kosten im Vergleich zu den Kosten einer Lösung z.B. mit Hallsensoren gering sind, der Drehsinn und der Drehwinkel gewonnen werden. Zudem ist der Stromverbrauch der Schaltung wesentlich kleiner als derjenige von Hallsensoren. Entsprechend geringer ist die von dem Generator an die Stormquelle zu liefernde Ladungsmenge. Des Weiteren können Schaltungskomponenten entfallen, die die Hallsensoren stromlos machen solange das Trainingsgerät unbenutzt ist.
Des Weiteren kann jedem Ventil ein ventilstellungssensor zugeordnet sein (Anspruch 6). Die Ausgangssignale der Ventilstellungssensoren sind repräsentativ für die Größe des Widerstandes, den der Benutzer des Trainingsgeräts überwinden muss und können daher ebenfalls in der elektrischen Schaltung verarbeitet und in dem Display numerisch oder grafisch angezeigt werden.
Der jeweilige Ventilstellungssensor kann insbesondere ein elektromechanischer Inkrementalgeber sein (Anspruch 7), der den Vorteil hat, dass er nahezu keine elektrische Leistung verbraucht.
Mit höherer Genauigkeit läßt sich der von dem Benutzer des Trainingsgeräts in Bewegungsrichtung zu überwindende Widerstand durch Drucksensoren ermitteln, die den Druck in jedem der Arbeitsräume des Arbeitszylinders in ein proportionales elektrisches Signal umsetzen. Die Drucksensoren verursachen jedoch einen höheren Verbrauch an elektrischer Leistung als die Inkrementalgeber.
Vorzugsweise umfasst die elektrische Schaltung einen Mikroprozessor, der aus den Ausgangssignalen der Sensoren benutzungsabhängige Größen zur Anzeige auf dem Display errechnet (Anspruch 8).
Insbesondere kann dieser Mikroprozessor aus den Ausgangssignalen der Sensoren die vom Benutzer aufgewandte Arbeit und die von ihm erzeugte Leistung errechnen und auf dem Display zur Anzeige bringen (Anspruch 9). Der hierzu erforderliche Algorithmus ist vergleichsweise einfach in den Mikroprozessor zu programmieren. Die Eichung der Anzeigen auf dem Display, z.B. in Wattstunden und Watt, ist mit hinreichender Genauigkeit empirisch möglich.
Für die elektrischen Komponenten des Trainingsgerätes werden möglichst stromsparende Ausführungen verwendet. Unter Berücksichtigung dessen, dass der Stromgenerator die Batterie des Trainingsgerätes nur während dessen Benutzung auflädt und die von dem Generator im Durchschnitt abgegebene Leistung begrenzt ist, ist es trotzdem wichtig, sicherzustellen, dass der elektrische Energieverbrauch der Komponenten bei unbenutztem Trainingsgerät so gering als möglich ist. Das läßt sich dadurch erreichen, dass der Drehwinkelgeber und gegebenenfalls weitere Komponenten mit nennenswertem Stromverbrauch die Versorgungsspannung aus der Stromquelle über einen gesteuerten Halbleiterschalter erhalten, dessen Steuereingang mit einem Ausgang des Generators verbunden ist und der durchlässig schaltet, sobald der Generator eine Spannung liefert (Anspruch 10). Des Weiteren empfiehlt sich die Verwendung eines (handelsüblichen) Mikroprozessors, der aus einem energiesparenden Ruhezustand erst dann in seinen Arbeitszustand geht, wenn an einem seiner Eingänge ein Signal eintrifft.
In der Zeichung sind ein Ausführungsbeispiel der im Rahmen der Erfindung wesentlichen Teile eines Trainingsgeräts gemäß der Erfindung und zwei Blockschaltbilder der elektrischen Komponenten dargestellt. Es zeigt:
Figur 1
eine vereinfachte, perspektivische Ansicht,
Figur 2
ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform, und
Figur 3
ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform.
In Figur 1 ist die allen Ausführungsformen des Trainingsgerätes gemeinsame Baugruppe dargestellt, die den Widerstand erzeugt, den der Benutzer durch Betätigung z.B. von Fußstützen oder Handhebeln überwinden muss. Ein Hebel 1 ist drehfest mit einer Welle 2 verbunden, die in einem Gehäuse 3 gelagert ist. In dem Gehäuse ist die Welle nach Art eines Ritzels stirnverzahnt. Mit dieser Verzahnung 4 kämmt die Welle mit einer Zahnstange 5 am Umfang eines doppelt wirkenden Verdrängerkolbens 6. Der Verdrängerkolben 6 ist in einem Arbeitszylinder verschiebbar, der beidseits des Verdrängerkolbens 6 je einen Arbeitsraum 7a und 7b hat. Der Arbeitsraum 7a ist über einer Leitung 8a und der Arbeitsraum 7b über eine Leitung 8b mit einer Kammer 9 verbunden, die ihrerseits mit in der Mittelachse des Verdrängerkolbens 6 verlaufenden Kanälen 6a und 6b kommuniziert, die über Rückschlagventile 10a und 10b in die entsprechenden Arbeitsräume 7a und 7b mündet. Die Leitung 8a ist über ein Ventil 11a geführt, dessen Öffnungsquerschnitt der Benutzer des Trainingsgeräts durch Ein- oder Ausdrehen eines Ventilkörpers 11.1a verändern kann. Im Zug der Leitung 8b liegt ein gleichartiges Ventil 11b mit drehbarem Ventilkörper 11.1b. Alle Räume und Leitungen sind mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Über die Ventilkörper 11.1a und 11.1b kann der Benutzer für die beiden Drehrichtungen der Welle 2 entsprechend den beiden Verschiebungsrichtungen des Verdrängerkolbens 6 den Widerstand unterschiedlich einstellen, den der Verdrängerkolben 6 zur Verdrängung der Hydraulikflüssigkeit aus dem jeweiligen Arbeitsraum überwinden muss.
Auf der Welle 2 sitzt außerhalb des Gehäuses ein Stirnzahnrad 20 mit z.B. 100 Zähnen, das mit einem Ritzel 21 mit z.B. 20 Zähnen kämmt. Das Ritzel 21 sitzt drehfest auf der Welle eines Schrittmotors 22, der hier als Generator eingesetzt wird. Die elektrischen Anschlüsse des Schrittmotors 22 sind nur schematisch dargestellt.
In geringem Abstand zu den Zahnköpfen des Stirnzahnrades 20 sind zwei Hallsensoren 23a und 23b um 1 1/2 Teilungsschritte in Umfangsrichtung des Stirnzahnrades 20 versetzt angeordnet. Die Hallsensoren 23a, 23b dienen in an sich bekannter Weise zur Ermittlung der Drehrichtung und des Drehwinkels des Stirnzahnrades 20 und damit der Welle 2. Die elektrischen Anschlüsse der Hallsensoren 23a, 23b sind schematisch angedeutet.
Jeder der drehbaren Ventilkörper 11.1a und 11.1b trägt ein kleines Zahnrad 11.11a und 11.11b, dessen Zahnbreite ausreichend bemessen ist, dass es trotz der axialen Verschiebung bei Drehung des betreffenden Ventilkörpers stets im Eingriff mit einem Zahnrad 24.1a bzw. 24.1b eines Inkrementalgebers 24a bzw. 24b bleibt. Die Inkrementalgeber 24a, 24b sind als elektromechanische Schaltkontakte ausgeführt. Ihre Anschlüsse sind schematisch angedeutet. Jeder Inkrementalgeber erzeugt z.B. je Verdrehung des betreffenden Ventilgliedes um 15° einen Impuls.
Die weiteren elektrischen Komponenten des Trainingsgerätes, insbesondere die Batterie, der Mikroprozessor und das Display, sind an anderer Stelle des Gerätes angeordnet. Ihre Funktion wird anhand der Figur 2 im folgenden erläutert.
Die Schaltung umfasst einen Mikroprozessor 30, an den ein stromsparendes Grafikdisplay 31 und ein Eingabetastenfeld 32 sowie ein Schwingquarz 33 zur Erzeugung der internen Zeitbasis des Mikroprozessors 30 angeschlossen sind. Über die Tasten des Eingabetastenfeldes 32 können z.B. vorgegebene Programme oder der Anzeigemodus des Grafikdisplays aufgerufen, eine Zeitanzeige gestartet oder andere Funktionen ausgelöst werden. Seine Betriebsspannung Vcc von z.B. 3,3 Volt bezieht der Mikroprozessor 30 aus einer wiederaufladbaren Batterie 35 über einen Spannungsregler 36. Zur erstmaligen Ladung oder zur Wiederaufladung nach langem Nichtgebrauch ist die Batterie über einen externen Anschluss 37 und eine Schutzdiode 38 aufladbar. Im normalen Betrieb des Trainingsgeräts wird die Batterie jedoch über den als Generator betriebenen Schrittmotor 22 geladen. Da der Schrittmotor im Fall seines Betriebes als Generator an seinen Stranganschlüssen eine Wechselspannung liefert, ist die Batterie 35 über die Dioden 39a und 39b mit den entsprechenden Stranganschlüssen verbunden.
Der Mikroprozessor 30 erhält an seinen Anschlüssen 30.1, 30.2 und 30.3 die Impulse der Inkrementalgeber 24a und 24b und an seinen Anschlüssen 30.4 und 30.5 die Ausgangssignale der Hallsensoren 23a und 23b, die jeweils in nur schematisch dargestellten Verstärkerschaltungen 40a, 40b aufbereitet und verstärkt werden. Solange an seinen Anschlüssen 30.4 und 30.5 keine Impulse anliegen, befindet sich der Mikroprozessor 30 in einem stromsparenden Bereitschaftszustand und schaltet das Display 31 ab.
Die Hallsensoren und ihre Verstärkerschaltungen benötigen einen Speisestrom von einigen Milliampere. Deshalb sind sie nicht direkt sondern über einen MOSFET 41 an die Batterie 35 angeschlossen. Der MOSFET 41 befindet sich bei unbenutztem Trainingsgerät im Sperrzustand, weil sein Gate über den Widerstand R auf Massepotenzial liegt. Das Gate des MOSFET 41 ist jedoch über einen Kondensator C und die angedeutete Gleichrichterschaltung mit einem der Wechselspannungsausgänge des als Generator betriebenen Schrittmotors 22 verbunden. Infolgedessen schaltet der MOSFET 41 sofort bei Beginn der Betätigung des Trainingsgerätes durchlässig, so dass die Hallsensoren 23a und 23b ihre Speisespannung V1cc erhalten und entsprechend der Drehbewegung der Welle 2 Impulse an die Eingänge 30.4 und 30.5 des Mikroprozessors 30 liefern, der daraufhin aus seinem Bereitschafts- in seinen Betriebszustand geht und die programmierten Verarbeitungen der Eingangssignale vornimmt. Erforderlichenfalls können andere Komponenten mit hohem Ruhestromverbrauch ebenfalls ihre Spannungsversorgung über den MOSFET 41 statt unmittelbar aus der Batterie 35 beziehen.
Figur 3 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsform des Trainingsgerätes mit den gleichen mechanischen Komponenten wie in Figur 1, jedoch ohne die dort dargestellten Hallsensoren 23a, 23b.
Die Schaltung umfasst wie in Figur 2 einen Mikroprozessor 30, an den ein stromsparendes Grafikdisplay 31, ein Eingabetastenfeld 32, ein Schwingquarz 33 zur Erzeugung der internen Zeitbasis des Mikroprozessors 30 angeschlossen sind. Über die Tasten des Eingabetastenfeldes 32 können z.B. vorgegebene Programme oder der Anzeigemodus des Grafikdisplays aufgerufen, eine Zeitanzeige gestartet oder andere Funktionen ausgelöst werden. Des Weiteren hat der Mikroprozessor 30 ein Programmier- und Kommunikationsschnittstelle 34.
Der Mikroprozessor 30 erhält an seinen Anschlüssen 30.1, 30.2 und 30.3 die Impulse der Inkrementalgeber 24a und 24b und an seinen Anschlüssen 30.4, 30.5 und 30.6 die Rechteckausgangssignale einer Pulsformerschaltung 47, an deren Eingängen die von den beiden Strangspulen des Schrittmotors 22 gelieferten, phasenverschobenen Ausgangsspannungen anliegen. Aus der relativen Phasenlage der Rechteckpulse ermittelt der Mikroprozessor die Drehrichtung der Welle 2 in Figur 1 und aus der Zahl der Pulse je Drehrichtung den Drehwinkel.
Sowohl der Mikroprozessor 30 als auch die Pulsformerschaltung 47 beziehen ihre Betriebsspannung Vcc von z.B. 3,3 Volt über einen Aufwärtswandler 45 aus einer einzigen wiederaufladbaren 1,2 V-Zelle 46. Zur erstmaligen Ladung oder zur Wiederaufladung nach langem Nichtgebrauch ist die Zelle über einen externen Anschluss 48 und eine Schutzdiode 49 aufladbar. Im normalen Betrieb des Trainingsgeräts wird die Zelle jedoch über den als Generator betriebenen Schrittmotor 22 geladen. Dessen Stranganschlüsse sind hierzu in Reihe geschaltet und laden über die Dioden 50a und 50b die Zelle 46.

Claims (10)

  1. Trainingsgerät mit einem Hebel (1), der seiner Betätigung mittels Muskelkraft einen einstellbaren Widerstand entgegensetzt und hierzu mit seinem einen Ende drehfest mit einer Welle (2) verbunden ist, die über eine Verzahnung (4) mit einer Zahnstange (5) kämmt, die einen doppelt wirkenden Verdrängerkolben (6) in einem Arbeitszylinder verschiebt, dessen flüssigkeitsgefüllte Arbeitsräume (7a, 7b) über Leitungen (8a,8b; 6a, 6b) und einstellbare Ventile (11a, 11b) verbunden sind, und mit Sensoren, die betätigungsabhängige mechanische Größen in elektrische Signale umsetzen, die in einer aus einer Stromquelle (35) gespeisten elektrischen Schaltung verarbeitet und als Werte auf einem Display (31) angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) einen elektrischen Generator (22) antreibt, der die Stromquelle (35) auflädt.
  2. Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) den Generator (22) über ein Übersetzungsgetriebe (20, 21) antreibt.
  3. Trainingsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein Schrittmotor (22) mit nachgeschalteter Gleichrichtung (39a, 39b) ist.
  4. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Welle (2) ein Drehwinkelgeber (23a, 23b) zugeordnet ist, dessen Ausgangssignale in der elektrischen Schaltung verarbeitet werden.
  5. Trainingsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass jedes der beiden etwa sinusartigen Ausgangssignale der Strangspulen des Schrittmotors (22) in einer Pulsformerschaltung (47) in Rechteckpulse umgeformt wird und dass durch Vergleich deren Phasenlage die Drehrichtung sowie durch Zählung der Pulse der Drehwinkel der Welle (2) bestimmt wird.
  6. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Ventil (11a, 11b) ein Ventilstellungssensor (24a, 24b) zugeordnet ist.
  7. Trainingsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstellungssensor ein elektromechanischer Inkrementalgeber (24a, 24b) ist.
  8. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung einen Mikroprozessor (30) umfasst, der aus den Ausgangssignalen der Sensoren (23a, 23b, 24a, 24b) benutzungsabhängige Größen zur Anzeige auf dem Display (31) errechnet.
  9. Trainingsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (30) aus den Ausgangssignalen der Sensoren (23a, 23b, 24a, 24b) die vom Benutzer aufgewandte Arbeit und die von ihm erzeugte Leistung zur Anzeige auf dem Display (31) errechnet.
  10. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelgeber (23a, 40a; 23b, 40b) seine Versorgungsspannung (V1cc) aus der Stromquelle (35) über einen gesteuerten Halbleiterschalter (41) erhält, dessen Steuereingang mit einem Ausgang des Generators (22) verbunden ist und der durchlässig schaltet, sobald der Generator an seinen Ausgängen eine Spannung liefert.
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