EP3799936A1

EP3799936A1 - Sportgerät

Info

Publication number: EP3799936A1
Application number: EP19201411.6A
Authority: EP
Inventors: Christian VON HEYNITZ
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2021-04-07

Abstract

Offenbart ist ein Sportgerät zum Empfangen von Muskelkraft. Das Sportgerät umfasst eine erste Welle und eine zweite Welle, die parallel zueinander und in einem festen Achsabstand voneinander entfernt angeordnet sind. Mindestens eine der ersten Welle und der zweiten Welle ist durch Muskelkraft anzutreiben. Das Sportgerät umfasst weiterhin einen ersten Hebel und einen zweiten Hebel. Der erste Hebel ist drehfest mit der ersten Welle verbunden und weist eine gekrümmte Führungsfläche auf. Der zweite Hebel ist drehfest mit der zweiten Welle verbunden. Der zweite Hebel weist einen Rollabschnitt auf, der eingerichtet ist, auf der Führungsfläche des ersten Hebels in Reaktion auf Schwenkbewegungen des ersten Hebels und des zweiten Hebels abzurollen, um ein Drehmoment, das an der ersten Welle oder an der zweiten Welle wirkt, mindestens teilweise auf die jeweils andere Welle zu übertragen.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Der offenbarte Gegenstand betrifft eine Vorrichtung für den Sportbetrieb, insbesondere zum Zwecke des Kraft- und/oder Fitnesstrainings. Eine derartige Vorrichtung wird hierin als Sportgerät bezeichnet. Insbesondere betrifft der Gegenstand einen Mechanismus oder eine Anordnung zur Übertragung von Drehmoment und/oder Drehgeschwindigkeit.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Die Verwendung von Sportgeräten zum Training des menschlichen Muskelapparates erfreut sich weltweit wachsender Beliebtheit. Die Zahl entsprechender Sporteinrichtungen und ihrer Mitglieder sowie die Zahl von Anbietern relevanter Technologie zeigen eine stetig steigende Tendenz. Damit einher geht eine technologische Weiterentwicklung insbesondere hin zum Einsatz von elektrischen und elektronischen Komponenten zur Digitalisierung und elektronischen Vernetzung.
In manchen Sportgeräten kommen Mechanismen wie beispielsweise eine Zahnradpaarung, ein Seilzug oder dergleichen zum Einsatz, um Kraftkomponenten zu übertragen und/oder zu verteilen. Der Aufwand für Konstruktion und Herstellung solcher Mechanismen hinsichtlich Kosten, Material und Arbeit ist relativ hoch.

ZUSAMMENFASSUNG DES GEGENSTANDS

Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, ein Sportgerät bereitzustellen, dessen Konstruktion und Herstellung einfach, materialsparend und kostengünstig ist. Insbesondere ist es wünschenswert, dass die Konstruktion des Sportgerätes derart ist, dass es leicht an individuelle Anforderungen anpassbar ist.
Die Aufgabe wird durch das Sportgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Besondere Ausführungsbeispiele sind durch die abhängigen Ansprüche gegeben.
Ein Sportgerät kann geeignet sein, Muskelkraft zu empfangen. Das Sportgerät kann eine erste Welle und eine zweite Welle umfassen, wobei mindestens eine der ersten Welle und der zweiten Welle durch die Muskelkraft anzutreiben ist. Die erste Welle und die zweite Welle können parallel zueinander und in einem festen Achsabstand voneinander entfernt angeordnet sein. Das Sportgerät kann einen ersten Hebel umfassen, der drehfest mit der ersten Welle verbunden ist und eine gekrümmte Führungsfläche aufweist. Das Sportgerät kann einen zweiten Hebel umfassen, der drehfest mit der zweiten Welle verbunden ist und einen Rollabschnitt aufweist. Der Rollabschnitt des zweiten Hebels kann eingerichtet sein, auf der Führungsfläche des ersten Hebels in Reaktion auf Schwenkbewegungen des ersten Hebels und des zweiten Hebels abzurollen. Dadurch kann ein Drehmoment, das an der ersten Welle oder an der zweiten Welle wirkt, mindestens teilweise auf die jeweils andere Welle übertragen werden.
Das Sportgerät wie hierin verwendet kann sich auf jedes Sportgerät beziehen, das auf dem Gebiet der Sportwissenschaften, des Leistungssports, des Hobbysports und/oder der Medizin einschließlich der Physiotherapie verwendet wird. Das Sportgerät kann insbesondere ein Sportgerät zum Krafttraining, zum Fitnesstraining und/oder zu therapeutischen Zwecken sein. Der Begriff Muskelkraft wie hierin verwendet kann sich auf jegliche von einem Benutzer mittelbar oder unmittelbar mit seinem Körper ausgeübte Kraft beziehen. Die Muskelkraft wie hierin verwendet kann bedeutungsgleich mit Körperkraft sein.
Das Sportgerät kann eingerichtet sein, dass die empfangene Muskelkraft unmittelbar auf die jeweilige Welle übertragen wird. Hierdurch kann die jeweilige Welle angetrieben werden. Das Antreiben kann sich auf eine Dreh- oder Schwenkbewegung der jeweiligen Welle um die eigene Achse beziehen. In einigen Beispielen können weitere Komponenten zwischen einer Kontaktstelle (nachstehend näher erläutert) zum Empfangen von Muskelkraft und der jeweiligen Welle gekoppelt sein, um eine Richtung der empfangenen Muskelkraft, eine Stärke der empfangenen Muskelkraft, eine Höhe der Geschwindigkeit der von der Muskelkraft ausübenden Bewegung und/oder eine Richtung der Geschwindigkeit der von der Muskelkraft ausübenden Bewegung für die Übertragung auf die jeweilige Welle zu verändern. Sofern nicht anders angegeben, werden hierin Drehbewegungen und Schwenkbewegungen zur Vereinfachung der Beschreibung bedeutungsgleich und austauschbar verwendet.
An dem Sportgerät kann der Benutzer Bewegungen unter Aufwendung von Muskelkraft ausführen. Die Struktur und Funktionsweise (der Mechanik) des Sportgerätes können an dem Sportgerät ausführbare Bewegungen definieren. Je nach Struktur und Funktionsweise des Sportgerätes kann sich die Bewegung an dem Sportgerät auf eine Bewegung mit dem, auf dem, gegen das, durch das Sportgerät oder auf eine andere Weise mit Bezug auf das Spotgerät beziehen.
Die erste Welle und/oder die zweite Welle können mit Bezug auf das Sportgerät ortsfest gelagert sein, d.h. translatorisch unbeweglich in einem ortsfesten Bezugssystem des Sportgerätes gelagert sein. Ferner können die erste Welle und/oder die zweite Welle, abgesehen von Rotationsbewegungen um die jeweilige Hauptrotationsachse, rotatorisch unbeweglich gelagert sein. In manchen Beispielen können die erste Welle und zweite Welle beweglich gelagert sein, ohne dabei den Achsabstand zu verändern. Der Achsabstand kann einen Abstand zwischen Drehachsen der ersten Welle und der zweiten Welle bezeichnen. Die erste Welle und/oder die zweite Welle können mit einem Widerstandsdrehmoment beaufschlagt sein, wie nachstehend diskutiert.
Der erste Hebel kann als ein Führungskörper ausgebildet sein. Der Führungskörper kann teilweise, großenteils oder gänzlich flach ausgebildet sein und sich so ausdehnen, dass seine Ausdehnung in die Breite und Länge im Vergleich zu seiner Dicke um ein Vielfaches größer ist. Der Führungskörper kann als eine Führungsplatte oder ein Führungsblech ausgebildet sein. Der Führungskörper umfasst die Führungsfläche an oder auf einer seiner Oberflächen, beispielsweise auf einer Seitenfläche. Der zweite Hebel kann als ein Gelenkarm und eine drehbar darauf gelagerte Rolle ausgebildet sein, wobei die Rolle den Rollabschnitt des zweiten Hebels bildet. Hierin bezeichnen "beide Wellen" zusammenfassend die erste Welle und die zweite Welle, und "beide Hebel" bezeichnen zusammenfassend den ersten Hebel und den zweiten Hebel.
Beispielsweise können der erste Hebel und/oder der zweite Hebel jeweils einen physischen Abschnitt aufweisen, auf welchem die jeweilige Welle gelagert ist. Beispielsweise umfassen der erste Hebel und/oder der zweite Hebel eine jeweilige Öffnung, in welcher die jeweilige Welle aufgenommen ist. Die Öffnung kann ein Durchgangsloch oder ein Sackbohrloch sein. Die erste Welle und/oder die zweite Welle können über einen geeigneten Verbindungsprozess stoff-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem jeweiligen Hebel gefügt sein.
Beispielsweise kann der Rollabschnitt des zweiten Hebels eingerichtet sein, auf der Führungsfläche des ersten Hebels abzurollen, wenn der erste Hebel und der zweite Hebel Schwenkbewegungen relativ zueinander ausführen. Die Schwenkbewegungen der beiden Hebel beziehen sich insbesondere auf deren Auslenkungen und/oder Drehgeschwindigkeiten, sofern nicht anders angegeben. Beispielsweise führen der erste Hebel und der zweite Hebel symmetrische Bewegungen aus, d.h. mit gleichen Drehgeschwindigkeiten und/oder um gleiche Auslenkungen. Dabei können die Drehbewegungen der ersten Welle und der zweiten Welle entgegengesetzt gerichtet, d.h. vektoriell entgegengesetzt, sein. Infolgedessen rollt der Rollabschnitt des zweiten Hebels auf der Führungsfläche des ersten Hebels ab und überträgt ein Drehmoment auf den zweiten Hebel und somit auf die erste Welle und/oder empfängt ein Drehmoment von dem ersten Hebel und leitet es weiter auf die zweite Welle. Mit anderen Worten erfolgt eine Übertragung eines Drehmoments zwischen beiden Hebeln über den Rollabschnitt und die Führungsfläche. Auf diese Weise kann ein Drehmoment an der ersten Welle und/oder an der zweiten Welle mindestens teilweise auf die jeweils andere Welle übertragen werden. Zu diesem Zweck kann die Führungsfläche des ersten Hebels insbesondere unter Berücksichtigung von strukturellen und funktionellen Spezifikationen des Sportgerätes sowie individuellen Anforderungen an das Sportgerät konstruiert sein.
Durch das Abrollen des Rollabschnitts des zweiten Hebels auf der Führungsfläche des ersten Hebels kann eine formschlüssige Kraftkopplung zwischen beiden Hebeln bereitgestellt sein. Somit betrifft die formschlüssige Kraftkopplung die Übertragung eines Drehmoments und/oder einer Drehgeschwindigkeit zwischen einer (Trainings-)Mechanik des Sportgerätes und einem Antrieb, der durch die Muskelkraft eines Benutzers und/oder durch eine Widerstandskraft bereitgestellt sein kann. Auf diese Weise kann eine Anordnung oder ein Mechanismus für die Übertragung von Drehmoment und/oder Drehgeschwindigkeit zwischen zwei von Muskelkraft angetriebenen Wellen durch eine formschlüssige Kraftkopplung bereitgestellt sein. Durch den Einsatz einer hierin offenbarten formschlüssigen Kraftkopplung kann Vibration beim Betrieb des Sportgerätes reduziert oder vermieden werden. Ferner kann der Verschleiß gegenüber den herkömmlichen Kraftkopplungsmechanismen reduziert sein.
Das Sportgerät wie hierin beschrieben kann energie- und materialsparend, kosten- und arbeitsgünstig konstruierbar und herstellbar sein. Ferner kann das Sportgerät einfacher individuellen Anforderungen und Spezifikationen betreffend die Mechanik des Sportgerätes angepasst werden. Insbesondere kann die formschlüssige Kraftkopplung bereits bei der Konstruktion und Fertigung mit hinreichender Genauigkeit ausgebildet werden, was den Arbeitswie Kostenaufwand bei der Montage verringert. Dies führt ferner zu einer Reduzierung von Fehlern bei der Mechanik des Sportgerätes, da ein menschlicher Eingriff für eine Feinpositionierung und/oder Feinjustierung im Gegensatz zu herkömmlichen Kopplungsmechanismen einschließlich Zahnrad- und Seilzugkopplung nicht erforderlich ist. Im Vergleich hierzu erfordern andere Kopplungsmechanismen wie Zahnradkopplung oder Seilzugkopplung (d.h. Kraftkopplung mittels eines Zahnrads oder Seilzuges) häufig eine arbeitsaufwändige Montage an der jeweiligen Vorrichtung. Somit können die Konstruktion und Herstellung des hierin beschriebenen Sportgerätes gegenüber Vorrichtungen mit anderen Kopplungsmechanismen im Hinblick auf die Implementierung eines genau definierten Achsabstands vereinfacht sein. Insbesondere können der erste Hebel und/oder der zweite Hebel des hierin beschriebenen Sportgerätes ohne spanende Bearbeitung und ohne thermische Nachbehandlung einschließlich Härtung hergestellt werden. Gegenüber einer Seilzugkopplung kann das hierin beschriebene Sportgerät mit einem reduzierten Energie- und Arbeitsaufwand konstruiert und hergestellt werden. Des Weiteren kann das Sportgerät vibrationsarm gegenüber anderen Kopplungsmechanismen sein. Ferner kann das Sportgerät robust gegenüber Verschleiß sein. Das Sportgerät kann weniger anfällig für eine Materialermüdung unter dauerhafter wie wechselnder mechanischer Belastung sein, insbesondere im Vergleich zu einer Kraftkopplung mittels eines Seilzuges.
Das Sportgerät kann ferner eingerichtet sein, eine Widerstandskraft bereitzustellen, so dass ein Benutzer unter Aufwendung von Muskelkraft Arbeit gegen die Widerstandskraft verrichten kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Widerstandskraft derart bereitgestellt sein, dass Arbeit entgegen der Muskelkraft des Benutzers verrichtet wird. Die verrichtete Arbeit kann gemäß den Lehren der technischen Mechanik bestimmt sein. Beispielsweise kann die Widerstandskraft abwechselnd die erste Welle und/oder zweite Welle aktiv antreiben und einen Widerstand für die von dem Benutzer ausgeführten Bewegungen bereitstellen. Beispielsweise hängt dies von einer Phase der Schwenkbewegung ab, z.B. davon, ob sich die Hebel aufeinander zu bewegen oder voneinander weg bewegen. Das Sportgerät kann eingerichtet sein, eine Widerstandskraft derart bereitzustellen, dass sie der zu empfangenden Muskelkraft stets entgegengerichtet ist und/oder dass eine geeignete Muskelkraft gegen sie aufgewendet werden kann, um kontrollierte Bewegungen auszuführen. Das Sportgerät kann insbesondere eingerichtet sein, Bewegungsabläufe zu ermöglichen, bei welchen Arbeit abwechselnd durch die Muskelkraft des Benutzers gegen die Widerstandskraft des Sportgerätes und durch die Widerstandskraft gegen die Muskelkraft des Benutzers verrichtet wird. Beispielsweise ist das Sportgerät für repetitive Schwenkbewegungen (wie z.B. Butterfly-Bewegungen) eingerichtet, bei welchen die Widerstandskraft abwechselnd bewegungshemmend und bewegungsantreibend auf die erste Welle und/oder die zweite Welle wirkt. Beispielsweise kann das Sportgerät eingerichtet sein, je nach Betriebspunkt Richtung und/oder Stärke der Widerstandskraft zu verändern. Die Widerstandskraft kann elektrisch oder elektromagnetisch, z.B. durch einen Elektromotor, und/oder gravimetrisch, z.B. durch einen Gewichtskörper, bereitgestellt sein. Insbesondere kann ein Elektromotor zur Bereitstellung der Widerstandskraft eingerichtet sein, abwechselnd motorisch und generatorisch oder als Gegenstrombremse betrieben zu werden.
Die Widerstandskraft kann an die erste Welle und/oder an die zweite Welle gekoppelt sein. Auf diese Weise kann die jeweilige Welle mit einem Widerstandsdrehmoment beaufschlagt sein. Dies ist nachstehend näher erläutert. Die Widerstandskraft kann unmittelbar auf die jeweilige Welle übertragen werden oder es können weitere Komponenten wie Sensorik, eine Steuerschaltung, ein Getriebe oder eine Sicherheitseinrichtung zwischen dem Ursprung der Widerstandskraft und der jeweiligen Welle gekoppelt sein.
Das Sportgerät kann eingerichtet sein, die Muskelkraft entlang einer Trajektorie zu empfangen, die durch die Struktur und Funktionsweise des Sportgerätes definiert ist. Beispielsweise kann das Sportgerät eingerichtet sein, um Muskelkraft zu empfangen, welche entlang einer definierten gekrümmten Trajektorie, einer geraden Trajektorie, eines Kreisbogens oder einer Kombination hiervon ausgeübt wird. Ferner kann das Sportgerät eingerichtet sein, Muskelkraft mit variierender Stärke und/oder Richtung wie beispielsweise durch wiederholende Hin- und Her-Bewegungen zu empfangen.
Beispielsweise ist das Sportgerät eingerichtet, dass der Benutzer an dem Sportgerät Schwenkbewegungen entlang eines Kreisbogens ausführt, wobei die erste Welle und/oder die zweite Welle eine jeweilige Drehachse der Schwenkbewegungen bilden. Die erste Welle und/oder die zweite Welle können eingerichtet sein, unter Aufwendung von Muskelkraft gedreht zu werden. Ferner können die erste Welle und/oder die zweite Welle mit der Widerstandskraft wie vorstehend beschrieben beaufschlagt sein und von ihr angetrieben werden, so dass eine geeignete Muskelkraft gegen die Widerstandskraft aufgewendet werden kann, um kontrollierte Bewegungen, aktiv oder hemmend gegen die Widerstandskraft, auszuführen. Auf diese Weise kann die entlang eines Kreisbogens ausgeführte Muskelkraft über einen jeweiligen Hebelarm als ein entsprechendes Drehmoment empfangen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Sportgerät eingerichtet sein, eine entlang einer nichtkreisbogenförmigen Trajektorie ausgeübte Muskelkraft in ein entsprechendes Drehmoment an der jeweiligen Welle umzuwandeln. Eine geeignete Kraftkopplung, beispielsweise durch Hebelarme, kann die Muskelkraft in ein entsprechendes Drehmoment an der ersten Welle und/oder an der zweiten Welle umwandeln.
Das Sportgerät kann eingerichtet sein, die Muskelkraft an mehreren Kontaktstellen zu empfangen. Beispielsweise kann das Sportgerät eingerichtet sein, durch zwei Körperteile eines Benutzers ausgeübte Muskelkraft an jeweiligen Kontaktstellen zu empfangen. Der Begriff Körperteil wie hierin verwendet bezieht sich beispielsweise auf den linken Arm, den rechten Arm, das linke Bein, das rechte Bein, die linke Schulter, die rechte Schulter, den Oberkörper und/oder den Unterkörper des Benutzers. Somit können mehrere Muskelkräfte gleichzeitig empfangen werden. Die Muskelkraft kann an einer oder manchen der mehreren Kontaktstellen des Sportgerätes ausgeübt sein. Die Kontaktstelle wie hierin verwendet kann sich auf einen physischen Körper beziehen, der zum Empfangen und Weiterleiten von Muskelkraft geeignet ist. Beispielsweise ist die Kontaktstelle durch eine Auflage wie ein Polster, einen Hebelarm, einen Griff, eine Anschlagfläche, dergleichen oder eine Kombination hiervon verwirklicht.
Das Sportgerät kann geeignet sein, Muskelkräfte zu empfangen, die ein Benutzer bei einer Bewegung ausübt, die symmetrisch mit Bezug auf den Körper des Benutzers ist. Beispielsweise ist das Sportgerät so eingerichtet, dass der Benutzer eine rechtshändige (im Sinne von Drehrichtung gegenüber der zugehörigen Drehachse) Schwenkbewegung und eine linkshändige Schwenkbewegung gleichzeitig ausführt. Beispielsweise kann das Sportgerät geeignet sein, Muskelkraft zu empfangen, die ein Benutzer mit seinem linken Arm und seinem rechten Arm (und/oder mit seinem linken Bein und seinem rechten Bein) gleichzeitig und spiegelsymmetrisch ausübt. Das Sportgerät kann eingerichtet sein, dass Auslenkungen der beiden Schwenkbewegungen von ihrer jeweiligen Ruheposition zumindest teilweise (bezogen auf die Auslenkung) spiegelsymmetrisch sind. Das Sportgerät ist dazu geeignet, dass Drehmomente auf beiden Seiten zumindest teilweise gegenseitig ausgeglichen werden.
Gemäß einem Beispiel kann die erste Welle und/oder die zweite Welle mit einem jeweiligen Widerstandsdrehmoment beaufschlagt sein. Das Widerstandsdrehmoment kann eingerichtet sein, einer empfangenen Muskelkraft entgegengesetzt gerichtet zu sein. Das Sportgerät kann in einem Widerstandsmodus betrieben sein, in welchem das Widerstandsdrehmoment so bereitgestellt wird, dass es einer Bewegungsrichtung der jeweiligen Welle entgegengerichtet ist, wenn die jeweilige Welle von der Muskelkraft des Benutzers gedreht wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Sportgerät in einem Antriebsmodus betrieben sein, in welchem das Widerstandsdrehmoment so bereitgestellt wird, dass es mit der Bewegungsrichtung der jeweiligen Welle gleichgerichtet ist, d.h. die jeweilige Welle anzutreiben. Der Widerstandsmodus und der Antriebsmodus können abwechselnd ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Wechsel zwischen dem Widerstandsmodus und dem Antriebsmodus je nach Übungsart und/oder Bewegungsphase des Benutzers erfolgen. Die Stärke des Widerstandsdrehmoments kann je nach Bewegungsphase wie vorstehend beschrieben variieren.
Das Widerstandsdrehmoment kann von der vorstehend beschriebenen Widerstandskraft herrühren oder durch diese bereitgestellt sein. Das Widerstandsdrehmoment kann an der ersten Welle oder an der zweiten Welle wirken. Zusätzlich oder alternativ kann ein jeweiliges Widerstandsdrehmoment an beiden Wellen wirken, wobei die einzelnen Widerstandsdrehmomente gleich groß oder unterschiedlich groß sein können. Das Widerstandsdrehmoment kann koaxial mit der ersten Welle und/oder mit zweiten Welle gekoppelt sein. Hierin bezieht sich der Ausdruck "gleich groß" in Zusammenhang mit Winkelversatz, Drehgeschwindigkeiten und Drehmomenten auf den Betrag der jeweiligen Größe unabhängig von den Richtungen, sofern nicht anders angegeben. Hierin können die Begriffe "gleich groß" und "im Betrag gleich" bedeutungsgleich und austauschbar verwendet sein.
Insbesondere erfordern Schwenkbewegungen gegen das Widerstandsdrehmoment entsprechende Muskelkräfte. Das Sportgerät kann so eingerichtet sein, dass Arbeit verrichtet wird, wenn der Benutzer Bewegungen unter Aufwendung von Muskelkraft gegen das Widerstandsdrehmoment ausführt.
Das Sportgerät kann so eingerichtet sein, dass ein Drehmoment, das durch eine Bewegung unter Aufwendung von Muskelkraft erzeugt wird, sowie das Widerstandsdrehmoment mindestens teilweise zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle übertragen werden, indem der Rollabschnitt des zweiten Hebels auf der Führungsfläche des ersten Hebels in Reaktion auf Schwenkbewegungen der Hebel abrollt.
Die Richtung und/oder die Stärke des Widerstandsdrehmoments können variabel sein. Insbesondere können die Richtung und/oder die Stärke des Widerstandsdrehmoments je nach Bewegungsablauf und/oder Betriebspunkt des Sportgerätes veränderlich sein. Beispielsweise sind die Richtung und/oder die Stärke des Widerstandsdrehmoments in Abhängigkeit von einer Auslenkung der ersten Welle und/oder der zweiten Welle veränderlich. Beispielsweise ist das Sportgerät eingerichtet, ein gleich bleibendes Widerstandsdrehmoment, ein streckenweise inkrementierendes Widerstandsdrehmoment und/oder ein streckenweise dekrementierendes Widerstandsdrehmoment bereitzustellen, gleich bleibende Drehgeschwindigkeiten auf beiden Seiten (d.h. isokinematische Bewegungen) zu vermitteln oder eine Kombination hiervon. Zu diesem Zweck kann ein elektrischer oder elektromagnetischer Antrieb, eine Steuereinheit, eine Sensorik, ein Getriebe, dergleichen oder eine Kombination hiervon zum Einsatz kommen.
Gemäß einem Beispiel kann das Widerstandsdrehmoment durch einen Elektromotor bereitgestellt sein. Der Elektromotor stellt einen elektrischen oder elektromagnetischen Antrieb bereit. Der Elektromotor kann das Widerstandsdrehmoment in Form einer mechanischen Leistung auf die jeweilige Welle übertragen. Zusätzlich oder alternativ kann ein gravimetrisches Element wie ein Gewichtskörper das Widerstandsdrehmoment mindestens teilweise bereitstellen. Gegenüber einem rein gravimetrischen Antrieb kann der Antrieb mittels eines Elektromotors kostengünstiger und platzsparender sein und den Vorteil aufweisen, dass er ansteuerbar ist. In dem Sportgerät können mehrere Elektromotoren verwendet sein.
Der Elektromotor kann koaxial mit der ersten Welle und/oder der zweiten Welle gekoppelt sein. Zur Steuerung des Elektromotors kann eine Steuereinheit, eine Sensorik, ein Getriebe, dergleichen oder eine Kombination hiervon mechanisch und/oder elektrisch mit dem Elektromotor gekoppelt sein.
Der Elektromotor kann so angesteuert werden, um die Richtung und/oder die Stärke des Widerstandsdrehmoments entsprechend zu steuern. Beispielsweise kann der Elektromotor so angesteuert werden, ein gleichbleibendes Widerstandsdrehmoment, ein streckenweise inkrementierendes Widerstandsdrehmoment und/oder ein streckenweise dekrementierendes Widerstandsdrehmoment bereitzustellen, gleich bleibende Drehgeschwindigkeiten auf beiden Seiten (d.h. isokinematische Bewegungen) zu vermitteln oder eine Kombination hiervon. Die Ansteuerung des Elektromotors kann gemäß der vorstehenden Beschreibung erfolgen.
Gemäß einem Beispiel ist das Widerstandsdrehmoment so eingerichtet, dass ein erstes Übertragungsmoment, das von der ersten Welle auf die zweite Welle übertragen wird, und ein zweites Übertragungsmoment, das von der zweiten Welle auf die erste Welle übertragen wird, im Betrag gleich groß sind. Dementsprechend kann ferner die gekrümmte Führungsfläche des ersten Hebels derart ausgestaltet sein, dass das erste Übertragungsmoment und das zweite Übertragungsmoment im Gleichgewicht miteinander stehen. Ferner kann die gekrümmte Führungsfläche dergestalt (derart ausgestaltet) sein, dass das erste Übertragungsmoment und/oder das zweite Übertragungsmoment formschlüssig übertragen werden. Das Gleichgewicht der Drehmomente an den Wellen kann insbesondere gemäß dem Prinzip von actio gleich reactio hergestellt sein. Die Führungsfläche des ersten Hebels kann gemäß dem Hebelgesetz aus der technischen Mechanik sowie Fertigungstechnik konstruiert sein. So kann beispielsweise bei der Konstruktion der Führungsfläche angenommen sein, dass ein Gleichgewicht zwischen den Drehmomenten an den beiden Hebeln herrscht.
Beispielsweise wirken auf die erste Welle ein durch Muskelkraft erzeugtes, erstes Drehmoment und/oder ein Widerstandsdrehmoment, das dem ersten Drehmoment entgegengesetzt gerichtet ist. Eine Differenz der Drehmomente, die auf die erste Welle wirken, kann als ein erstes Übertragungsmoment über die vorstehend beschriebene formschlüssige Kopplung des ersten Hebels und des zweiten Hebels auf die zweite Welle übertragen werden. Entsprechendes oder Ähnliches kann für die zweite Welle gelten. Ein durch Muskelkraft erzeugtes, zweites Drehmoment und/oder ein Widerstandsdrehmoment, zusätzlich oder alternativ zu dem Widerstandsdrehmoment an der ersten Welle, können auf die zweite Welle wirken. Eine Differenz der Drehmomente, die auf die zweite Welle wirken, kann als ein zweites Übertragungsmoment über die vorstehend beschriebene formschlüssige Kopplung des ersten Hebels und des zweiten Hebels auf die erste Welle übertragen werden. Als eine Rahmenbedingung für die formschlüssige Kopplung und in Übereinstimmung mit dem Prinzip von actio gleich reactio können das erste Übertragungsmoment und das zweite Übertragungsmoment im Betrag gleich groß sein. Insbesondere kann/können eine oder mehrere Widerstandskräfte bzw. ein oder mehrere Widerstandsdrehmomente so eingestellt sein, dass diese Rahmenbedingung erfüllt wird. Aufgrund der hierin beschriebenen formschlüssigen Kopplung kann eine Umkehr der Richtung des Übertragungsmoments stattfinden und die Übertragungsmomente können entgegengesetzt gerichtet sein. So kann ein linkshändiges Drehmoment an der einen Welle als rechtshändiges Drehmoment von der anderen Welle empfangen werden und umgekehrt.
Beispielsweise können Muskelkräfte eines Benutzers auf seiner linken Seite und auf seiner rechten Seite unterschiedlich stark sein, so dass ein erstes Drehmoment an der ersten Welle und ein zweites Drehmoment an der zweiten Welle unterschiedlich sind. Ferner kann das Widerstandsdrehmoment auf die erste Welle und/oder auf die zweite Welle wirken. Das Sportgerät kann die Widerstandskraft oder das Widerstandsdrehmoment derart bereitstellen, dass die Differenzen der Drehmomente an der ersten Welle und an der zweiten Welle im Gleichgewicht sind. Das Gleichgewicht kann insbesondere gemäß dem Prinzip von actio gleich reactio hergestellt sein.
Gemäß einem Beispiel ist das Sportgerät eingerichtet, ein erstes Drehmoment an der ersten Welle und ein zweites Drehmoment an der zweiten Welle zu empfangen. Das erste Drehmoment und das zweite Drehmoment sind antiparallel. Das Sportgerät ist eingerichtet, das Widerstandsdrehmoment so einzustellen, dass es dem ersten Drehmoment und dem zweiten Drehmoment entgegenwirkt.
Beispielsweise wird ein Widerstandsdrehmoment an einer der beiden Wellen bereitgestellt. Wie vorstehend beschrieben kann ein Elektromotor an/auf einer der Wellen gelagert sein und eine mechanische Leistung an die jeweilige Welle koppeln. Unter Verwendung der vorstehend diskutierten Kraft- und somit Drehmomentkopplung kann das Widerstandsdrehmoment derart zwischen den beiden Wellen verteilt werden, dass eine Komponente des Widerstandsdrehmoments entgegen dem auf der ersten Welle empfangenen Drehmoment und eine weitere Komponente des Widerstandsdrehmoments entgegen dem auf der zweiten Welle empfangenen Drehmoment wirken.
Ein wie vorstehend erläuterter Elektromotor kann entsprechend angesteuert werden und zu diesem Zweck elektrisch oder mechanisch mit einer Sensorik zur Erfassung von empfangenen Drehmomenten an den beiden Wellen sowie Drehgeschwindigkeiten der beiden Wellen, einem Getriebe zur Anpassung von Drehgeschwindigkeit und/oder Drehmoment, einer Steuereinheit und dergleichen gekoppelt sein.
Gemäß einem Beispiel ist die Führungsfläche des ersten Hebels derart gekrümmt, dass eine Drehgeschwindigkeit, mit welcher die erste Welle oder die zweite Welle dreht, antiparallel auf die jeweils andere Welle übertragen wird.
Bei der Konstruktion der Führungsfläche wird beispielsweise berücksichtigt, dass eine erste Auslenkung des ersten Hebels und eine zweite Auslenkung des zweiten Hebels gleich groß sind. Die Auslenkungen bezeichnen beispielsweise einen jeweiligen Auslenkungswinkel gegenüber einer Verbindungslinie zwischen Drehachsen der ersten Welle und der zweiten Welle. Das Erfordernis der Gleichheit der Auslenkungen der beiden Hebel kann durch die Struktur und Funktionsweise des Sportgerätes in einer oder beiden Richtungen begrenzt sein. Dies kann als eine Bedingung in eine entsprechende Berechnung aufgenommen sein. Wie vorstehend beschrieben kann der erste Hebel als ein Führungskörper, z.B. Führungsplatte oder Führungsblech, und der zweite Hebel als ein Gelenkarm mit einer Rolle ausgebildet sein.
Gemäß einem Beispiel sind die erste Welle und die zweite Welle ortsfest an/auf dem Sportgerät befestigt. Der Achsabstand zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle ist unveränderlich, insbesondere bei Schwenkbewegungen der beiden Hebel.
Wie vorstehend erwähnt kann die ortsfeste Anordnung der ersten Welle und der zweiten Welle an/auf dem Sportgerät sich auf eine translatorisch unbewegliche und ortsfeste Lagerung der Wellen in einem ortsfesten Bezugssystem des Sportgerätes beziehen. Ferner können die erste Welle und/oder die zweite Welle rotatorisch unbeweglich gelagert sein mit der Ausnahme von Drehbewegungen um ihre jeweilige Hauptrotationsachse. Demnach wird bei der Konstruktion der Führungsfläche insbesondere berücksichtigt, dass der Achsabstand, der wie vorstehend diskutiert einen Abstand zwischen Drehachsen der ersten Welle und der zweiten Welle bezeichnet, zeitlich wie räumlich eine Konstante ist. Der Achsabstand kann durch die Struktur und Funktionsweise des Sportgerätes definiert sein. In manchen Beispielen ist der Achsabstand durch einen üblichen Abstand zwischen den einschlägigen Gelenken eines menschlichen Körpers bedingt.
Gemäß einem Beispiel weist der zweite Hebel einen Gelenkarm und eine Rolle auf. Die Rolle ist drehbar an/auf dem Gelenkarm gelagert, so dass ein Abstand zwischen den Drehachsen der zweiten Welle und der Rolle unveränderlich ist. Die Rolle kann den Rollabschnitt ausbilden und eingerichtet sein, auf der Führungsfläche abzurollen, während der erste Hebel und der zweite Hebel Bewegungen relativ zueinander ausführen. Wie vorstehend beschrieben kann die Rolle eingerichtet sein, beim Abrollen auf der Führungsfläche des ersten Hebels ein Drehmoment auf den ersten Hebel zu übertragen und/oder ein Drehmoment von dem ersten Hebel zu empfangen.
Der Gelenkarm stellt einen physischen Körper für den zweiten Hebel bereit, der drehfest an/auf der zweiten Welle gelagert ist. Beispielsweise ist der Gelenkarm aus einem Metall, einschließlich Stahl und Legierung, und/oder synthetischen Werkstoffen gefertigt. Der Gelenkarm kann als ein Blechteil, als Metallplatte oder dergleichen ausbildet sein. Der Gelenkarm kann beispielsweise durch Laserstrahlschneiden, Wasserstrahlschneiden, spanende, umformende oder urformende Fertigungsverfahren hergestellt werden.
Die Rolle kann an/auf dem Gelenkarm ortsfest befestigt sein, wobei etwaige Toleranzen und/oder ein etwaiges Spiel zu berücksichtigen sind. Die Rolle kann teilweise in dem Gelenkarm aufgenommen sein. Der Gelenkarm kann eine Achse aufweisen, an/auf der die Rolle gelagert ist. Die Rolle ist beispielsweise aus einem Metall, einschließlich Stahl und Legierung, und/oder synthetischen Werkstoffen gefertigt. Die Rolle kann als eine Metallwalze, eine Kunststoffrolle oder dergleichen ausbildet sein. Die Rolle kann eine zylindersymmetrische Form um eine Zylinderachse aufweisen und eingerichtet sein, um die Zylinderachse zu rotieren. Die Rolle kann eine Umfangsfläche aufweisen, die flach und parallel zu der Zylinderachse ausgebildet sein oder eine oder mehrere Krümmungen, Ausnehmungen oder Vorsprünge aufweisen kann. Beispielsweise kann die Rolle eine in Umfangsrichtung durchgehende Ausnehmung zum Aufnehmen eines entsprechenden Vorsprungs auf der Führungsfläche aufweisen, um entlang der Führungsfläche geführt zu werden.
Gemäß einem Beispiel ist der erste Hebel als ein Führungskörper, beispielsweise als eine Führungsplatte oder ein Führungsblech, mit einer Seitenfläche ausgebildet. Die Seitenfläche des Führungsblechs kann die Führungsfläche umfassen. Die Führungsfläche kann krümmungsfrei entlang oder in Richtung einer Drehachse der ersten Welle ausgebildet und/oder angeordnet sein. Entsprechend kann die Krümmungsfläche flach und parallel zu der Drehachse der ersten Welle angeordnet sein. Folglich kann die formschlüssige Kraftkopplung zwischen dem ersten Hebel und dem zweiten Hebel in Richtungen erfolgen, die stets senkrecht zu der Drehachse der ersten Welle sind.
Insbesondere kann die Seitenfläche des Führungsblechs zumindest abschnittsweise oder vollständig krümmungsfrei entlang einer Drehachse der ersten Welle ausgebildet sein. Die Krümmungsfläche weist somit keine Krümmungen entlang einer Achsenrichtung der zweiten Welle auf. Die Begriffe Krümmung und Krümmungsfreiheit wie hierin verwendet können sich auf die Lehren aus der Mathematik beziehen.
Eine Umfangsfläche des Rollabschnitts des zweiten Hebels kann mindestens teilweise parallel zu der Krümmungsfläche ausgebildet und/oder angeordnet sein. Ferner kann die Führungsfläche wie vorstehend beschrieben einen Vorsprung zur Führung des Rollabschnitts aufweisen, der in einer Ausnehmung auf der Umfangsfläche des Rollabschnitts aufgenommen wird.
Die Führungsfläche kann einen Teilabschnitt der Seitenfläche des Führungskörpers einnehmen. Im restlichen Teil kann der Führungskörper beliebig ausgebildet sein, solange die drehfeste Verbindung zwischen der Führungsfläche und der ersten Welle gewährleistet ist und der erste Hebel drehfest an/auf der ersten Welle gelagert ist. Insbesondere kann der erste Hebel drehfest mit der ersten Welle verbunden sein.
Gemäß einem Beispiel kann der erste Hebel eine Nut umfassen, die entlang der gekrümmten Führungsfläche gebildet ist. Der Rollabschnitt kann in der Nut beweglich gelagert sein. Dies kann dazu beitragen, dass der Rollabschnitt an der Führungsfläche anliegt oder sich zumindest nahe der Führungsfläche bewegt. Das Sportgerät kann so eingerichtet sein, dass der Benutzer Hin- und Her-Bewegungen ausführt. Die Nut kann dazu dienen, den Rollabschnitt (nahe) an der Führungsfläche zu führen, insbesondere bei einer Umkehrung der Bewegungsrichtung des Benutzers. Ferner kann die Nut dazu dienen, den Rollabschnitt auch bei einer schlagartigen Änderung der Bewegung des Benutzers (nahe) an der Führungsfläche zu führen.
Gemäß einem Beispiel weist der erste Hebel eine weitere Führungsfläche auf, die von der Führungsfläche beabstandet ist. Der Rollabschnitt des zweiten Hebels ist beweglich zwischen der Führungsfläche und der weiteren Führungsfläche des ersten Hebels gelagert. Die weitere Führungsfläche ist derart ausgestaltet, dass der Rollabschnitt auf der Führungsfläche oder auf der weiteren Führungsfläche abrollt, je nachdem, in welche Richtung die Muskelkraft wirkt. Beispielsweise rollt der Rollabschnitt auf der Führungsfläche ab, wenn die Muskelkraft derart wirkt, dass der erste Hebel und/oder der zweite Hebel Schwenkbewegungen in eine jeweilige erste Richtung ausführen. Zusätzlich kann der Rollabschnitt auf der weiteren Führungsfläche abrollen, wenn die Muskelkraft derart wirkt, dass der erste Hebel und/oder der zweite Hebel Schwenkbewegungen in eine jeweilige zweite Richtung ausführen, die der jeweiligen ersten Richtung entgegengesetzt ist. Selbiges gilt auch für den Fall, dass die erste Welle und/oder zweite Welle von der Widerstandskraft bzw. dem Widerstandsdrehmoment angetrieben werden. In einem konkreten Beispiel kann die Muskelkraft beim Ausführen einer Butterfly-Bewegung und/oder beim Ausführen einer Reverse-Butterfly-Bewegung ausgeübt sein. Des Weiteren kann die weitere Führungsfläche dazu dienen, den Rollabschnitt nahe der Führungsfläche zu führen, um beispielsweise ein Schlagen der ersten Welle und der zweiten Welle gegeneinander zu verhindern, das insbesondere bei Inbetriebnahme, bei Beendigung einer Bewegung oder bei Ausführung einer asymmetrischen Bewegung auftreten kann.
Die Führungsfläche und die weitere Führungsfläche können (einander) gegenüberliegend angeordnet sein. Die Führungsfläche und die weitere Führungsfläche können durch eine Lücke voneinander beabstandet sein, in welcher der Rollabschnitt beweglich gelagert ist. Die Führungsfläche und die weitere Führungsfläche können demnach mindestens abschnittsweise parallel zueinander und parallel zu einer der oder beiden Drehachsen der ersten Welle und der zweiten Welle angeordnet sein. Beispielsweise sind die Führungsfläche und die weitere Führungsfläche derart angeordnet, dass sie eine Nut ausbilden. Die Nut kann wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein. Die Nut kann an beiden Enden offen sein.
Eine formschlüssige Kraftkopplung kann sowohl zwischen dem Rollabschnitt des zweiten Hebels und der Führungsfläche als auch zwischen dem Rollabschnitt und der weiteren Führungsfläche bereitgestellt sein. Beispielsweise wirkt ein Drehmoment durch die Muskelkraft und/oder durch die Widerstandskraft (bzw. das entsprechende Widerstandsdrehmoment) auf die erste Welle und/oder die zweite Welle in eine jeweilige erste Richtung der Wellen. Infolgedessen rollt der Rollabschnitt auf der Führungsfläche ab und überträgt somit ein Drehmoment auf den ersten Hebel oder empfängt ein Drehmoment von dem ersten Hebel über die Führungsfläche. Somit kann eine Kraftübertragung zwischen dem ersten Hebel und dem zweiten Hebel (und damit zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle) über die Führungsfläche erfolgen.
Ähnlicherweise rollt der Rollabschnitt auf der weiteren Führungsfläche ab, wenn ein Drehmoment auf die erste Welle und/oder die zweite Welle in eine jeweilige zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung wirkt. Es kann eine entsprechende Kraftübertragung zwischen dem ersten Hebel und dem zweiten Hebel über die weitere Führungsfläche erfolgen.
Folglich kann eine formschlüssige Kraftkopplung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle in beide Bewegungsrichtungen des Rollabschnitts oder des ersten Hebels und des zweiten Hebels gewährleistet sein.
Gemäß einem Beispiel ist der erste Hebel schienenförmig entlang der Führungsfläche ausgebildet. Der schienenförmige erste Hebel ist derart ausgestaltet, dass eine erste Führungsfläche und eine zweite Führungsfläche jeweils entlang der Führungsfläche gebildet sind. Der Rollabschnitt des zweiten Hebels weist eine erste Rolle und eine zweite Rolle auf. Die erste Rolle ist zum Abrollen auf der ersten Führungsfläche eingerichtet. Die zweite Rolle ist zum Abrollen auf der zweiten Führungsfläche eingerichtet.
Insbesondere sind die erste Führungsfläche und die zweite Führungsfläche durch die räumliche Ausdehnung des schienenförmigen ersten Hebels voneinander beabstandet. Die erste Führungsfläche und die zweite Führungsfläche können in jeglicher Raumrichtung voneinander beabstandet sein. In manchen Beispielen weist der erste Hebel zwei Hauptflächen auf, die senkrecht zu der Drehachse der ersten Welle sind, und die zwei Führungsflächen verbinden die Hauptflächen des ersten Hebels.
Die erste Führungsfläche und/oder die zweite Führungsfläche können wie vorstehend beschrieben ausgebildet und angeordnet sein. Beispielsweise entspricht die erste Führungsfläche der Führungsfläche des ersten Hebels, und die zweite Führungsfläche ist hiervon beabstandet ausgebildet und/oder angeordnet. In anderen Beispielen entspricht die zweite Führungsfläche der Führungsfläche des ersten Hebels, und die erste Führungsfläche ist hiervon beabstandet ausgebildet und/oder angeordnet. Bedingt durch die Geometrie des ersten Hebels und des zweiten Hebels sind die erste Führungsfläche und die zweite Führungsfläche möglicherweise nicht parallel zueinander.
Gemäß einem Beispiel weist die Führungsfläche in einer Projektion parallel zu einer Drehachse der ersten Welle unterschiedliche Krümmungsradien entlang der Krümmungslinie auf. Dabei liegen alle Krümmungsmittelpunkte auf derselben Seite der Führungsfläche. Ein derartiger erster Hebel oder eine derartige Führungsfläche kann einfach zu fertigen sein.
Die Führungsfläche kann insbesondere stetig gekrümmt sein. Die Führungsfläche ist so konstruiert, dass die Krümmung entlang der Führungsfläche sich zwar ändert, ohne jedoch gleich Null zu sein. Die Krümmung wie hierin verwendet bezieht sich beispielsweise auf eine Projektion entlang der Drehachsen der ersten Welle und der zweiten Welle. Der erste Hebel kann als ein Führungskörper ausgebildet sein, wie vorstehend beschrieben, und eine Seitenfläche aufweisen, die abschnittsweise die Führungsfläche umfasst. Die restliche Seitenfläche des ersten Hebels kann beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise ohne Krümmung oder mit einer anderen Krümmung als die Führungsfläche.
Gemäß einem Beispiel sind der erste Hebel und der zweite Hebel entlang einer jeweiligen Drehachse der jeweiligen Welle voneinander versetzt angeordnet. Die zweite Welle ist auf einer dem ersten Hebel gegenüberliegenden Seite des zweiten Hebels angeordnet. Dabei sind der erste Hebel und der zweite Hebel vertikal versetzt angeordnet. Sofern nicht anders angegeben, bezieht sich der Ausdruck vertikal auf Richtungen entlang einer jeweiligen Drehachse der jeweiligen Welle.
Die versetzte Anordnung der beiden Hebel kann ermöglichen, dass die zweite Welle, in einer Projektion entlang einer Drehachse der zweiten Welle, den physischen Körper des ersten Hebels überqueren kann. Dadurch kann ein Bewegungsumfang des ersten Hebels und/oder des zweiten Hebels erweitert sein. Insbesondere können die maximalen Auslenkungen des ersten Hebels und/oder des zweiten Hebels hierdurch erweitert sein.
Ferner kann die erste Welle auf einer dem zweiten Hebel zugewandten Seite des ersten Hebels angeordnet sein. Dabei kann der zweite Hebel eine radiale Ausdehnung mit Bezug auf die Drehachse der zweiten Welle derart aufweisen, dass er nicht mit dem ersten Hebel kollidiert. Mit anderen Worten kann der zweite Hebel kurz genug sein, so dass keine Gefahr einer Kollision des zweiten Hebels mit der ersten Welle besteht.
Gemäß einem Beispiel ist eine Krümmungslinie der Führungsfläche als Funktion einer parametrisierten Auslenkung der zweiten Welle gegenüber einer Verbindungslinie zwischen den Drehachsen der ersten Welle und der zweiten Welle bestimmt. Bei der Parametrisierung sind der Achsabstand, ein Abstand zwischen der Drehachse der zweiten Welle und einer Drehachse des Rollabschnitts und ein Rollradius des Rollabschnitts als Konstanten berücksichtigt. Für verschiedene parametrisierte Auslenkungen ist ein jeweiliger Kraftangriffspunkt zwischen dem Rollabschnitt und der Führungsfläche ermittelt, um mehrere Kraftangriffspunkte zu erhalten. Die Kraftangriffspunkte sind in einem ortsfesten Koordinatensystem des ersten Hebels miteinander verknüpft, um die Krümmungslinie der Führungsfläche zu ergeben. Dabei ist eine Auslenkung des ersten Hebels gegenüber der Verbindungslinie gleich groß wie die Auslenkung des zweiten Hebels.
Demnach ist die Führungsfläche bzw. deren Krümmungslinie auf der Basis des Hebelgesetzes aus der technischen Mechanik konstruiert. Gemäß dem Prinzip von actio gleich reactio können Übertragungsmomente zwischen dem ersten Hebel und dem zweiten Hebel in beide Richtungen stets als gleich anzunehmen sein. Das auf die erste Welle und/oder auf die zweite Welle wirkende Drehmoment kann gegebenenfalls zeitlich veränderlich sein.
Die Auslenkungen der beiden Hebel können als zueinander spiegelsymmetrisch und/oder als gleich groß angenommen werden, um spiegelsymmetrische Bewegungen der beiden Hebel zu gewährleisten. Beispielsweise sind die Auslenkung des ersten Hebels und die Auslenkung des zweiten Hebels zueinander spiegelsymmetrisch bezüglich einer Ebene, die senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen den Drehachsen der beiden Wellen steht. Die Auslenkungen der beiden Hebel können bei der Konstruktion jedoch beliebig definiert sein, so dass die Bewegungen der beiden Hebel möglicherweise nicht symmetrisch bezüglich der Mittelsenkrechten der Verbindungslinie sind. Das Erfordernis der symmetrischen Schwenkbewegungen der beiden Wellen und der beiden Hebel führt dennoch zur Annahme, dass die Auslenkungen der beiden Hebel im Betrag, d.h. ein Winkelversatz (oder eine Verschwenkung) von einer jeweiligen Ruheposition, gleich groß sind.
Als weitere Rahmenbedingungen für die Konstruktion der Führungsfläche werden der Achsabstand zwischen den Drehachsen der beiden Wellen, ein Abstand zwischen der Drehachse der zweiten Welle und der Drehachse des Rollabschnitts und der Rollradius des Rollabschnitts der zweiten Welle als jeweilige Konstanten berücksichtigt. Mindestens eine dieser Konstanten kann durch Spezifikationen des zugehörigen Sportgerätes definiert sein. Mindestens eine dieser Konstanten kann maßgebend durch die Mechanik, d.h. die Struktur und Funktionsweise, des Sportgerätes bestimmt sein.
Weiterhin offenbart ist eine Anordnung zur Übertragung von einem Drehmoment und/oder einer Drehgeschwindigkeit zwischen zwei parallel angeordneten Wellen. Die Anordnung kann mindestens einen Teil eines Getriebes oder ein Getriebe bereitstellen. Die erste Welle und/oder die zweite Welle können eingerichtet sein, durch Muskelkraft angetrieben zu werden. Die erste Welle und die zweite Welle sind parallel zueinander und in einem festen Achsabstand voneinander entfernt angeordnet. Die erste Welle ist drehfest mit einem ersten Hebel verbunden. Die zweite Welle ist drehfest mit einem zweiten Hebel verbunden. Der erste Hebel weist eine gekrümmte Führungsfläche auf. Der zweite Hebel weist einen Rollabschnitt auf, der eingerichtet ist, auf der Führungsfläche des ersten Hebels in Reaktion auf Schwenkbewegungen des ersten Hebels und des zweiten Hebels abzurollen, um ein Drehmoment, das an der ersten Welle oder an der zweiten Welle wirkt, mindestens teilweise auf die jeweils andere Welle zu übertragen. Die Anordnung kann in dem vorstehend beschriebenen Sportgerät implementiert sein.
Ferner offenbart ist ein Verfahren zum Konstruieren einer derartigen Anordnung. Demnach werden der Achsabstand zwischen den Drehachsen der Wellen, ein Abstand zwischen der Drehachse der zweiten Welle und einer Drehachse des Rollabschnitts des zweiten Hebels und ein Rollradius des Rollabschnitts als Konstruktionskonstanten empfangen. Um synchrone Schwenkbewegungen der beiden Wellen zu ermöglichen, gilt die Rahmenbedingung, dass Auslenkungen der beiden Hebel gleich groß und/oder zueinander spiegelsymmetrisch sind.
Um eine gleichmäßige Verteilung von Drehmomenten auf die beiden Wellen zu ermöglichen, kann als eine Rahmenbedingung gelten, dass ein oder mehrere Widerstandsdrehmomente derart bereitgestellt sind, dass ein erstes Übertragungsmoment von dem ersten Hebel auf den zweiten Hebel und ein zweites Übertragungsmoment von dem zweiten Hebel auf den ersten Hebel gleich groß sind. Somit kann angenommen werden, dass ein Kraftvektor, der linienflüchtig mit einer Normalkraft ist, welche von dem ersten Hebel auf den zweiten Hebel oder umgekehrt durch einen Kraftangriffspunkt zwischen dem Rollabschnitt und der Führungsfläche wirkt, zu jedem Zeitpunkt durch einen Mittelpunkt der Verbindungslinie zwischen den Drehachsen der beiden Wellen verläuft.
Die Führungsfläche des ersten Hebels wird mittels einer parametrisierten Darstellung der Auslenkung des zweiten Hebels, und damit auch des ersten Hebels, konstruiert. Dabei können jeweilige maximale Auslenkungen des zweiten Hebels für beide Schwenkrichtungen bestimmt sein, die durch die Spezifikationen des Sportgerätes bedingt sein können. Ausgehend von dem zweiten Hebel, definiert durch den Abstand zwischen den Drehachsen der zweiten Welle und des Rollabschnitts, werden für unterschiedliche Auslenkungen des zweiten Hebels die jeweiligen Schnittpunkte einer Gerade oder einer Geradenschar mit einer Umfangsfläche des Rollabschnitts bestimmt.
Die so bestimmten Schnittpunkte stellen Kraftangriffspunkte zwischen dem Rollabschnitt und der Führungsfläche dar. Zur Konstruktion des ersten Hebels mit der Führungsfläche wird eine Koordinatentransformation von einem Laborsystem zu einem ortsfesten Bezugssystem des ersten Hebels durchgeführt. Die Kraftangriffspunkte und die jeweiligen Auslenkungen des ersten Hebels werden in dem ortsfesten Bezugssystem des ersten Hebels korreliert, um die Kraftangriffspunkte zu einer durchgehenden Kurve der Führungsfläche zu verbinden.
Der beschriebene Gegenstand kann geeignet sein, Drehmomente und Drehgeschwindigkeiten zwischen zwei Wellen gleichmäßig zu übertragen und/oder zu verteilen. Eine gleichmäßige oder symmetrische Übertragung von Drehmomenten und Drehgeschwindigkeiten zwischen zwei Wellen kann insbesondere für Sportgeräte vorteilhaft sein. Das hierin beschriebene Verfahren kann geeignet sein, das vorstehend beschriebene Sportgerät bereitzustellen. Die hierin beschriebene Anordnung und deren Konstruktionsverfahren können auf Vorrichtungen anderer technischer Gebiete übertragbar sein, die eine gleichmäßige oder symmetrische Übertragung von Drehmomenten und Drehgeschwindigkeiten zwischen zwei Wellen verwenden. Die technischen Wirkungen und Vorteile der Anordnung und deren Konstruktionsverfahren können wie vorstehend diskutiert gegeben sein oder sich daraus ergeben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1: zeigt eine schematische Ansicht eines Sportgerätes gemäß einem Beispiel;
FIG. 2: zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung gemäß einem Beispiel;
FIG. 3: veranschaulicht die Berechnung einer Führungsfläche gemäß einem Beispiel;
FIG. 4A und 4B: zeigen schematische Teilansichten einer Anordnung in verschiedenen Stellungen gemäß einem Beispiel;
FIG. 5: zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung gemäß einem Beispiel; und
FIG. 6: zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung gemäß einem Beispiel.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Für ein erweitertes Verständnis wird der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung nun unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele und auf die Zeichnungen beschrieben.
FIG. 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Sportgerätes 100, das eingerichtet ist, Muskelkraft eines Benutzers durch eine symmetrische Schwenkbewegung eines linken Körperteils und eines rechten Körperteils zu empfangen. Insbesondere ermöglicht das Sportgerät 100 einem Benutzer, einen linken Körperteil und einen entsprechenden rechten Körperteil (z.B. Arme, Beine, Schultern, etc.) einzeln und/oder symmetrisch zu trainieren. Das Sportgerät 100 kann die vorstehend beschriebene Struktur und Funktionsweise aufweisen, sofern nicht anders angegeben.
Das Sportgerät 100 weist einen Sitz 102 auf, auf dem ein Benutzer (nicht gezeigt) Platz nehmen kann. Das Sportgerät ist derart ausgestaltet, dass der Benutzer eine Schwenkbewegung mit einem linken Körperteil und einem rechten Körperteil gleichzeitig oder einzeln ausführen kann. Bei der Ausführung der Schwenkbewegung übt der Benutzer Muskelkraft durch, gegen oder auf das Sportgerät 100 aus.
Der Sitz 102 ist ein Beispiel. In weiteren, nicht gezeigten Beispielen können, je nach Struktur und Funktionsweise des Sportgerätes 100, der Sitz 102 durch ein Polster ersetzt sein oder gar entfallen, sodass der Benutzer die genannten Bewegungen stehend ausführt.
Das Sportgerät 100 umfasst mehrere Kontaktstellen 104 auf beiden Seiten, an welchen die jeweiligen Körperteile des Benutzers anlegen können. Der Benutzer kann Muskelkraft auf eine oder mehrere der Kontaktstellen 104 ausüben. In dem Beispiel der FIG. 1 umfassen die Kontaktstellen 104 jeweils zwei Griffe und ein Polster auf beiden Seiten. Wie in FIG. 1 beispielhaft gezeigt, sind die Kontaktstellen 104 symmetrisch auf beiden Seiten ausgebildet. Die Seiten beziehen sich dabei auf die linke Seite und die rechte Seite des jeweiligen Sportgerätes in der in den Zeichnungen darstellten Orientierung und nehmen Bezug auf eine Mittelebene zwischen links und rechts in den jeweiligen Zeichnungen. In dem Beispiel der FIG. 1 ist der Sitz 102 so angeordnet, dass die rechte Seite des Körpers des Benutzers (nicht gezeigt) links und die linke Seite des Körpers des Benutzers rechts in der Zeichnung anzuordnen sind. In anderen Beispielen kann die Ausrichtung beliebig verändert sein.
Das Sportgerät 100 umfasst einen ersten Hebelarm 106 auf einer Seite und einen zweiten Hebelarm 108 auf der anderen Seite. Die an den Kraftangriffspunkten 104 empfangene Muskelkraft des Benutzers wird auf die Hebelarme 106, 108 übertragen. Die Muskelkraft bewirkt, dass die Hebelarme 106, 108 von ihren jeweiligen Ruhepositionen, die in FIG. 1 mit durchgehenden Linien dargestellt sind, in Richtung ihrer jeweiligen Schwenkpositionen bewegt werden, die in FIG. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Folglich übt der Benutzer Muskelkraft aus, z.B. mit seinen Armen oder mit seinen Beinen, um die Hebelarme 106, 108 zueinander zu bewegen. Diese und entgegengesetzte Bewegungen sind durch Pfeile B angedeutet. Die in FIG. 1 dargestellte Ruheposition und Schwenkposition sowie die relative Anordnung des Sitzes 102 und der Hebelarme 106, 108 zueinander sind beispielhaft. In weiteren Beispielen können, je nach Struktur und Funktionsweise des Sportgerätes 100, die Ruheposition und die Schwenkposition gegenüber FIG. 1 sowie die relativen Anordnungen der Komponenten des Sportgerätes 100 vertauscht oder verändert sein.
Das Sportgerät 100 umfasst weiterhin eine erste Welle 110 und eine zweite Welle 112. Die erste Welle 110 ist drehfest mit dem ersten Hebelarm 106 verbunden, so dass die erste Welle 110 durch Schwenkbewegungen des ersten Hebelarms 106 gedreht werden kann, und ein Drehmoment an der ersten Welle 110 genauso auf den ersten Hebelarm 106 wirkt. Ähnlicherweise ist die zweite Welle 112 drehfest mit dem zweiten Hebelarm 108 verbunden, um von dessen Schwenkbewegungen gedreht zu werden, und ein Drehmoment an der zweiten Welle 112 wirkt genauso auf den zweiten Hebelarm 108. Eine jeweilige Drehachse 114, 116 der Wellen 110, 112 ist in FIG. 1 mit einem gestrichelten Kreuz angedeutet.
In dem Beispiel der FIG. 1 sind die Wellen 110, 112 in einer Draufsicht so dargestellt, dass sie unter oder oberhalb des Sitzes 102 angeordnet sind. In anderen Beispielen können eine oder beide der Wellen 110, 112 in einer Draufsicht außerhalb des Sitzes 102 angeordnet sein. Die Größe des Sitzes 102 sowie der Abstand zwischen den Wellen 110, 112 der FIG. 1 sind schematisch und beispielhaft. Diese Parameter werden insbesondere durch die Struktur und Funktionsweise des Sportgerätes 100 bestimmt.
Das Sportgerät 100 kann eine Widerstandskraft bereitstellen (nicht gezeigt), die gegen die Bewegungen B gerichtet ist. Die Widerstandskraft kann in Form von Widerstandsdrehmomenten an die erste Welle 110, an die zweite Welle 112 oder an beide gekoppelt sein. Insbesondere kann die Widerstandskraft durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) bereitgestellt sein, der eine mechanische Leistung koaxial an die erste Welle 110 und/oder an die zweite Welle 112 koppelt. Folglich wendet der Benutzer Muskelkraft auf, um die Hebelarme 106, 108 gegen die Widerstandskraft zu bewegen. Dabei verrichtet der Benutzer Arbeit gegen die Widerstandskraft oder die Widerstandskraft verrichtet Arbeit gegen die Muskelkraft des Benutzers. Die Widerstandskraft sowie der Elektromotor können wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein.
Das Sportgerät 100 kann so eingerichtet sein, dass der Benutzer die Hebelarme 106, 2018 mit gleich großen Drehgeschwindigkeiten und/oder spiegelsymmetrischen Auslenkungen auf beiden Seiten bewegt. Wie vorstehend beschrieben kann die Muskelkraft an den jeweiligen Kontaktstellen 104 ausgeübt und auf den jeweiligen Hebelarm 106, 108 übertragen werden. Die auf den ersten Hebelarm 106 ausgeübte Muskelkraft erzeugt ein Drehmoment an der ersten Welle 110. Die auf den zweiten Hebelarm 108 ausgeübte Muskelkraft erzeugt ein Drehmoment an der zweiten Welle 112.
Das Sportgerät 100 ist eingerichtet, über die hierin beschriebene formschlüssige Kopplung Drehmomente zwischen den beiden Wellen 110, 112 zu übertragen, wobei ein erstes Übertragungsmoment von der ersten Welle 110 auf die zweite Welle 112 und ein zweites Übertragungsmoment von der zweiten Welle 112 auf die erste Welle 110 übertragen werden, und das erste Übertragungsmoment und das zweite Übertragungsmoment gleich groß sind. Somit bewirkt das Sportgerät ein Gleichgewicht der Drehmomente zwischen der der ersten Welle 110 und der zweiten Welle 112. Die auf die erste Welle 110 und auf die zweite Welle 112 wirkenden Drehmomente können je nach Struktur und Funktionsweise des Sportgerätes 100 entgegengesetzt gerichtet sein.
Ferner ist das Sportgerät 100 eingerichtet, Schwenkbewegungen der beiden Hebel 106, 108, d.h. deren Auslenkungen und/oder Drehgeschwindigkeiten, miteinander zu koppeln. Demnach können die Hebelarme 106, 108 so miteinander gekoppelt sein, dass Schwenkbewegungen des ersten Hebelarms 106 den zweiten Hebelarm 108 in jeweils umgekehrte Richtung bewegen und umgekehrt.
Die Kopplung der Kräfte, Drehmomente und Schwenkbewegungen zwischen den beiden Hebeln 106, 108 des Sportgerätes 100 kann wie vorstehend beschrieben erfolgen. Demnach kann das Sportgerät 100 den vorstehend beschriebenen Mechanismus, insbesondere das vorstehend beschriebene Getriebe, aufweisen, um die vorgenannten Größen über eine formschlüssige Kraftkopplung durch das Abrollen eines Rollabschnitts eines der Hebelarme 106, 108 auf einer Führungsfläche des anderen Hebelarms 106, 108 zu übertragen.
FIG. 2 veranschaulicht eine Anordnung 200, die mindestens einen Teil eines Getriebes oder ein Getriebe bereitstellt. In einigen Beispielen kann die Anordnung 200 einem Getriebe 200 gleichkommen. Die Anordnung 200 kann in dem Sportgerät 100 der FIG. 1 verwendet sein. Insbesondere stellt die Anordnung 200 eine formschlüssige Kraftkopplung zwischen zwei Wellen wie vorstehend beschrieben bereit. Im Folgenden werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder zumindest verwandte funktionelle und strukturelle Merkmale zu kennzeichnen.
Die Anordnung 200 umfasst einen ersten Hebel 202 und einen zweiten Hebel 204. Der erste Hebel 202 ist als ein Führungskörper 202 mit einer gekrümmten Führungsfläche 206 ausgebildet. Der erste Hebel 202 ist drehfest mit einer ersten Welle 110 verbunden. Der zweite Hebel 204 umfasst einen Gelenkarm 208, an/auf welchem eine Rolle 210 drehbar gelagert ist. Die Rolle 210 weist einen Rollradius R (siehe FIG. 3) zwischen ihrer Drehachse 212 und ihrer Umfangsfläche auf und bildet einen Rollabschnitt des zweiten Hebels 204. Der zweite Hebel 204 ist drehfest mit einer zweiten Welle 112 verbunden.
Die jeweiligen Drehachsen 114, 116, 212 der ersten Welle 110, der zweiten Welle 112 und der Rolle 210 sind in FIG. 2 jeweils durch ein gestricheltes Kreuz veranschaulicht. Die Wellen 110, 112 sind ortsfest so gelagert, dass ein Abstand A zwischen ihren Drehachsen 114, 116, d.h. der Achsabstand A, unveränderlich ist. Die Wellen 110, 112 der FIG. 2 können den Wellen 110, 112 des Beispiels der FIG. 1 entsprechen, wobei die Seiten, d.h. die Zuordnung der Bezugszeichen 110 und 112, vertauscht sein können.
Die strukturellen und funktionellen Merkmale der Hebel 106, 108 und der Wellen 110, 112 einschließlich der Führungsfläche 206 und der Rolle 210 sind wie vorstehend beschrieben, sofern nicht anders angegeben. Demnach ist die Führungsfläche 206 derart ausgestaltet, dass die Rolle 210 auf der Führungsfläche 206 abrollt, wenn die Hebel 202, 204 Schwenkbewegungen ausführen, welche durch die Pfeile W an den jeweiligen Wellen 110, 112 veranschaulicht sind. Die abrollende Bewegung der Rolle 210 ist in FIG. 2 durch einen Pfeil V veranschaulicht.
Beim Abrollen der Rolle 210 auf der Führungsfläche 206 werden Drehmomente, z.B. in Form von Übertragungsmomenten (schematisch dargestellt durch Pfeil T in FIG. 2), zwischen der Rolle 210 und der Führungsfläche 206 übertragen. Dabei bestimmen die Bewegungsrichtung und die Richtung der empfangenen Muskelkraft, in welche Richtung, d.h. gegen die Widerstandskraft oder gegen die Muskelkraft, Arbeit verrichtet wird.
In Verbindung mit FIG. 1, werden beispielsweise Muskelkräfte ausgeübt, um den ersten Hebelarm 106 und somit die erste Welle 110 gegen den Uhrzeigersinn in Ausrichtung der FIG. 1 und 2 zu bewegen, und gleichzeitig den zweiten Hebelarm 108 und somit die zweite Welle 112 im Uhrzeigersinn zu bewegen. Je nach Größe und Richtung der ausgeübten Kräfte und der jeweils auf dem ersten Hebelarm 106 und auf dem zweiten Hebelarm 108 empfangenen Drehmomente wird/werden ein oder mehrere Widerstandsdrehmomente wie vorstehend beschrieben bereitgestellt, so dass ein erstes Übertragungsmoment, das von der ersten Welle 110 auf die zweite Welle 112 übertragen wird, und ein zweites Übertragungsmoment, das von der zweiten Welle 112 auf die erste Welle 110 übertragen wird, im Gleichgewicht stehen.
Beispielsweise wirken ein im Uhrzeigersinn gerichtetes erstes Drehmoment auf die erste Welle 110 und ein gegen den Uhrzeigersinn gerichtetes zweites Drehmoment auf die zweite Welle 112, in der Ausrichtung der FIG. 2. Das erste Drehmoment und das zweite Drehmoment entsprechen dem, durch die jeweilige Muskelkraft erzeugten, Drehmoment. Dies bewirkt, dass sich der erste Hebel 202 und der zweite Hebel 204 in der Ausrichtung der FIG. 2 nach unten bewegen. Dabei rotiert die Rolle 210 im Uhrzeigersinn um die eigene Drehachse 212 und rollt auf der Führungsfläche 206 ab.
Dabei kann das Widerstandsdrehmoment derart bereitgestellt sein, den Bewegungsrichtungen der beiden Hebel 202, 204 bzw. den Bewegungsrichtungen der beiden Wellen 110, 112 entgegengesetzt gerichtet zu sein. Somit verrichtet der Benutzer Arbeit gegen die Widerstandsdrehmomente. Dieser Betrieb kann dem vorstehend beschriebenen Widerstandsmodus entsprechen. Alternativ können Widerstandsdrehmomente auf die erste Welle 110 und auf die zweite Welle 112 wirken, um die beiden Hebel 202, 204 in die entsprechenden Richtungen zu bewegen. Der Benutzer kann Muskelkraft gegen die Widerstandsdrehmomente ausüben, so dass Arbeit gegen die Muskelkraft (im Sinne der technischen Mechanik) verrichtet wird. Dieser Betrieb kann dem vorstehend beschriebenen Antriebsmodus entsprechen.
Dabei findet eine Drehmomentübertragung zwischen den beiden Wellen 110, 112 gemäß dem Prinzip von actio gleich reactio statt. Wie vorstehend beschrieben wird/werden ferner das oder die Widerstandsdrehmomente an der ersten Welle 110 und/oder an der zweiten Welle 112 so bereitgestellt, dass das erste Übertragungsmoment und das zweite Übertragungsmoment im Gleichgewicht stehen.
Dementsprechend wird eine formschlüssige Kraftkopplung bzw. formschlüssige Drehmomentkopplung zwischen der ersten Welle 110 und der zweiten Welle 112 durch das Abrollen der Rolle 210 des zweiten Hebels 204 auf der Führungsfläche 206 des ersten Hebels 202 bereitgestellt. Die Führungsfläche 206 ist unter Berücksichtigung von Konstruktionsparametern speziell für die Anordnung 200 konstruiert. Die Konstruktionsparameter können insbesondere den Achsabstand A, einen Abstand L zwischen den Drehachsen 114, 116 der zweiten Welle 112 und der Rolle 210 und den Rollradius der Rolle 210 umfassen.
FIG. 3 veranschaulicht die Berechnung der Führungsfläche 206. Der Achsabstand A zwischen den Drehachsen 114, 116 der Wellen 110, 112, der Abstand L zwischen der Drehachse 116 der zweiten Welle 112 und der Drehachse 212 der Rolle 210 des zweiten Hebels 204 und der Rollradius R der Rolle 210 werden als Konstruktionskonstanten berücksichtigt und bilden erste Rahmenbedingungen.
Eine weitere Rahmenbedingung ist durch das Erfordernis von synchronen Schwenkbewegungen der beiden Wellen 110, 112 gegeben. Die Auslenkungen der beiden Hebel 202, 204 werden durch einen jeweiligen Winkelversatz D gegenüber einer Verbindungslinie 302 zwischen den Drehachsen 114, 116 der Wellen 110, 112 dargestellt. Gemäß der Rahmenbedingung sind die Auslenkungen D auf beiden Seiten, d.h. für beide Wellen 110, 112, gleich groß und zueinander spiegelsymmetrisch bezüglich einer Mittelsenkrechten auf der Verbindungslinie 302 (nicht gezeigt).
Die Auslenkung D des ersten Hebels 110 und/oder des zweiten Hebels 112 ist in beiden Schwenkrichtungen begrenzt. Die Begrenzung kann beispielsweise durch einen Endanschlag oder mehrere Endanschläge für die Rolle 210 erfolgen. Die maximalen Auslenkungen können durch Spezifikationen der individuellen Anwendung der Anordnung 200 oder des Sportgeräts 100, in welchem die Anordnung 200 zum Einsatz kommt, bestimmt sein.
Ferner weist der erste Hebel 202 einen blinden Abschnitt 306 auf, in welchen die Führungsfläche 206 sich nicht erstreckt, d.h. in welchem die Führungsfläche 206 nicht ausgebildet ist. Folglich erstreckt sich die Führungsfläche 206 von einem Übergangsabschnitt 308 aus bis zu einem Endabschnitt 310. Die Entfernung des Übergangsabschnitts 308 von der Drehachse 114 der ersten Welle 110, d.h. eine Länge des blinden Abschnitts 306, kann geeignet gewählt sein, insbesondere unter Berücksichtigung des Achsabstands A, des Abstands L und des Rollradius R. In dem Beispiel der FIG. 3 ist der blinde Abschnitt 306 geradlinig ausgebildet. In weiteren Beispielen kann der blinde Abschnitt 306 beliebig geformt sein, sofern eine unmittelbare Kraft-, Drehmoment- und Bewegungsübertragung zwischen der Führungsfläche 206 und der ersten Welle 110 gewährleistet sind.
Eine weitere Rahmenbedingung ist durch das Erfordernis der gleichmäßigen Drehmomentverteilung auf die beiden Wellen 110, 112 gegeben. Demgemäß sind ein erstes Übertragungsmoment von der ersten Welle 110 auf die zweite Welle 112, und somit von dem ersten Hebel 202 auf den zweiten Hebel 204, und ein zweites Übertragungsmoment von der zweiten Welle 112 auf die erste Welle 110, und somit von dem zweiten Hebel 204 auf den ersten Hebel 202, im Betrag gleich groß. Diese Rahmenbedingung ergibt eine Gerade bzw. eine Geradenschar K, der durch einen jeweiligen Kraftangriffspunkt zwischen der Rolle 210 und der Führungsfläche 206 und durch einen Mittelpunkt 304 der Verbindungslinie 302 verläuft. Dabei ist die Gerade bzw. Geradenschar K stets linienflüchtig mit einer gedanklichen Normalkraft, die zwischen dem ersten Hebel 202 und dem zweiten Hebel 204 wirkt.
Die Auslenkungen D der Hebel 202, 204 werden parametrisiert. Ein Verlauf der Führungsfläche 206 wird als Funktion der parametrisierten Auslenkungen D berechnet. Ausgehend von der zweiten Welle 112 und von dem zweiten Hebel 204 werden mehrere unterschiedliche Auslenkungen D des zweiten Hebels 204 gemäß der Parametrisierung bestimmt, und ein jeweiliger Schnittpunkt S einer Gerade bzw. einer Geradenschar K mit einer Umfangsfläche der Rolle 210 für die einzelnen Auslenkungen D des zweiten Hebels 204 ermittelt.
Die so bestimmten Schnittpunkte entsprechen, unter den vorstehend genannten Rahmenbedingungen, Kraftangriffspunkten zwischen der Rolle 210 des zweiten Hebels 204 und der Führungsfläche 206 ersten Hebels 202. Die Schnittpunkte wie hierin beschrieben können numerisch als diskrete Positionen im Raum und/oder analytisch als kontinuierliche Kurve oder kontinuierliche Fläche, beispielsweise gemäß einer infinitesimalen Betrachtung, bestimmt werden.
Zur Konstruktion der Führungsfläche 206 wird eine Koordinatentransformation von einem Laborsystem (d.h. ein Inertialsystem oder ein ortsfestes System der Anordnung 200 oder des Sportgerätes 100, falls anwendbar) zu einem ortsfesten Bezugssystem des ersten Hebels 202 durchgeführt. Die Kraftangriffspunkte und die jeweiligen Auslenkungen D des ersten Hebels 202 werden in dem ortsfesten Bezugssystem des ersten Hebels 202 korreliert, um die Kraftangriffspunkte zu einer durchgehenden Kurve der Führungsfläche 206 zu verbinden.
FIG. 4A und 4B zeigen die Anordnung 200 in verschiedenen Stellungen. Wie vorstehend angemerkt, kann die Anordnung 200 in dem Sportgerät 100 der FIG. 1 verwendet sein.
In FIG. 4A befindet sich die Anordnung in einer Stellung, in welcher die Drehachse 116 der zweiten Welle 112 teilweise von der Führungsfläche 206 des ersten Hebels 202 umschlossen ist. In FIG. 4B befindet sich die Anordnung in einer anderen Stellung, in welcher die Drehachse 116 der zweiten Welle 112 außerhalb der Führungsfläche 206 und außerhalb des ersten Hebels 202, bezogen auf dessen Krümmung, angeordnet ist. Beispielsweise zeigt FIG. 4A eine Ruhestellung, und FIG. 4B eine verschwenkte Stellung der Anordnung 200, oder umgekehrt. In anderen Beispielen zeigen FIG. 4A und 4B jeweils eine unterschiedlich verschwenkte Stellung der Anordnung 200.
In diesem Beispiel sind der erste Hebel 202 und der zweite Hebel 204 vertikal versetzt angeordnet, wobei vertikal entlang der Drehachse 114 der ersten Welle 110 und/oder entlang der Drehachse 116 der zweiten Welle 112 bezeichnet. Die zweite Welle 112 ist auf einer dem ersten Hebel 202 gegenüberliegenden Seite des zweiten Hebels 204, d.h. auf der dem ersten Hebel 202 abgewandten Seite des zweiten Hebels 204, angeordnet. Eine derartige Anordnung ermöglicht es dem ersten Hebel 202 und/oder dem zweiten Hebel 204, Schwenkbewegungen auszuführen, bei welchen der erste Hebel 204 die Drehachse 116 der zweiten Welle 112 überquert.
Dies wird durch einen Vergleich der FIG. 4A und 4B veranschaulicht. Die Drehachse 116 der zweiten Welle 112 ist in FIG. 4A von der Führungsfläche 206 teilweise umschlossen, während sie in FIG. 4B außerhalb des ersten Hebels 202, in einer Projektion entlang der Drehachse 114 und/oder der Drehachse 116, liegt. Somit sind größere Auslenkungen für den ersten Hebel 202 und für den zweiten Hebel 204 ermöglicht.
FIG. 5 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Beispiels einer Anordnung 500. Sofern nicht anders angegeben, weist die Anordnung 500 die strukturellen und funktionellen Merkmale der vorstehend beschriebenen Anordnung 200 der FIG. 2, 3, 4A und 4B auf. Die Anordnung 500 unterscheidet sich von der Anordnung 200 dadurch, dass der erste Hebel 202 zusätzlich zu der Führungsfläche 206, die auch als eine erste Führungsfläche 206 bezeichnet wird, eine weitere, zweite Führungsfläche 502 aufweist.
Die Rolle 210 des zweiten Hebels 204 kann wie vorstehend mit Bezug auf FIG. 2 beschrieben auf der ersten Führungsfläche 206 abrollen. Die zweite Führungsfläche 502 kann verhindern, dass die Rolle 210 bei Aufnahme der Bewegung an die erste Führungsfläche 206 anschlägt und/oder bei Beendigung oder bei einer unregelmäßigen Ausführung der Bewegung von der ersten Führungsfläche 206 abkommt.
Ferner kann die Rolle 210 auf der zweiten Führungsfläche 502 abrollen. Abhängig von den Bewegungsrichtungen der Wellen 110, 112 sowie davon, ob die Wellen 110, 112 von der Muskelkraft (i.e. Widerstandsmodus) oder von dem/den Widerstandsdrehmoment(en) (i.e. Antriebsmodus) angetrieben werden, kann die Rolle 210 auf der ersten Führungsfläche 206 oder auf der zweiten Führungsfläche 502 abrollen. Auf diese Weise kann eine stabile Führung des Rollabschnitts des zweiten Hebels 204 zwischen den Führungsflächen 206, 502 gewährleistet sein.
Ferner rollt die Rolle 210 auf der zweiten Führungsfläche 502 ab, wenn die Hebel 202, 204 jeweilige Schwenkbewegungen nach oben ausführen, und ein (in Ausrichtung der FIG. 5) gegen den Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment an der ersten Welle 110 ein Drehmoment an der zweiten Welle 112 überwiegt, so dass ein (erstes) Übertragungsmoment von dem ersten Hebel 202 auf den zweiten Hebel 204 übertragen wird.
Die erste Führungsfläche 206 und die zweite Führungsfläche 502 sind voneinander beanstandet angeordnet. Insbesondere ist eine Lücke 504 zwischen der ersten Führungsfläche 206 und der zweiten Führungsfläche 502 gebildet, in welcher die Rolle 210 des zweiten Hebels 204 beweglich gelagert ist.
In dem Beispiel der FIG. 5 umfasst der erste Hebel 202 eine erste Schiene 506, oder einen ersten Führungskörper 506, mit der ersten Führungsfläche 206 und eine zweite Schiene 508, oder einen zweiten Führungskörper 508, mit der zweiten Führungsfläche 502. Die erste Führungsfläche 206 und die zweite Führungsfläche 502 sind einander zugewandt angeordnet und/oder ausgebildet.
In einem in FIG. 5 nicht gezeigten Beispiel kann der erste Hebel 202 materialeinstückig ausgebildet sein und eine Nut umfassen, die entlang der Führungsfläche 206 ausgebildet ist, in welcher die Rolle 210 beweglich gelagert ist.
FIG. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels einer Anordnung 600. Sofern nicht anders angegeben, weist die Anordnung 600 die strukturellen und funktionellen Merkmale der vorstehend beschriebenen Anordnung 200 der FIG. 2, 3, 4A und 4B. Die Anordnung 600 unterscheidet sich von der Anordnung 200 dadurch, dass der zweite Hebel 204 zusätzlich zu der Rolle 210, die auch als eine erste Rolle 210 bezeichnet wird, eine weitere, zweite Rolle 602 aufweist. Ferner weist der erste Hebel 202 zusätzlich zu der Führungsfläche 206, die als eine erste Führungsfläche 206 bezeichnet wird, eine weitere, zweite Führungsfläche 604 auf, auf welcher die zweite Rolle 602 abrollen kann.
Die erste Rolle 210 des zweiten Hebels 204 kann wie vorstehend mit Bezug auf FIG. 2 beschrieben auf der ersten Führungsfläche 206 abrollen. Die zweite Führungsfläche 604 kann verhindern, dass die Rolle 210 bei Aufnahme der Bewegung an die erste Führungsfläche 206 anschlägt und/oder bei Beendigung oder bei einer unregelmäßigen Ausführung der Bewegung von der ersten Führungsfläche 206 abkommt.
Ferner kann die zweite Rolle 602 des zweiten Hebels 204 auf der zweiten Führungsfläche 604 des ersten Hebels 202 abrollen. Abhängig von den Bewegungsrichtungen der Wellen 110, 112 sowie davon, ob die Wellen 110, 112 von der Muskelkraft (i.e. Widerstandsmodus) oder von dem/den Widerstandsdrehmoment(en) (i.e. Antriebsmodus) angetrieben werden, rollt die Rolle 210 auf der ersten Führungsfläche 206 ab, oder die zweite Rolle 602 rollt auf der zweiten Führungsfläche 604 ab. Auf diese Weise kann eine stabile Führung des Rollabschnitts des zweiten Hebels 204 entlang den Führungsflächen 206, 604 des ersten Hebels 202 gewährleistet sein.
In weiteren, in den Zeichnungen nicht gezeigten Beispielen können die Ausführungsbeispiele der FIG. 5 und FIG. 6 kombiniert sein, so dass der erste Hebel 202 zwei Führungsflächen 206, 502 und die zweite Führungsfläche 604 wie vorstehend beschrieben aufweist, und der zweite Hebel 204 zwei Rollen 210, 602 wie vorstehend beschrieben aufweist.
Jede der hierin beschriebenen Beispiele einer Anordnung 200, 500 und 600 können in einem Sportgerät, insbesondere in dem vorstehend beschriebenen Sportgerät 100, verwendet werden. Somit tragen die Beispiele zur Erzielung der vorstehend erläuterten technischen Effekte und der Vorteile bei.

BEZUGSZEICHENLISTE

100: Sportgerät
102: Sitz
104: Kontaktstelle
106: erster Hebelarm
108: zweiter Hebelarm
110: erste Welle
112: zweite Welle
114: Drehachse
116: Drehachse
200: Anordnung
202: erster Hebel
204: zweiter Hebel
206: Führungsfläche
208: Gelenkarm
210: Rolle
212: Drehachse
302: Verbindungslinie
304: Mittelpunkt
306: blinder Abschnitt
308: Übergangsabschnitt
310: Endabschnitt
500: Anordnung
502: Führungsfläche
504: Lücke/Nut
506: Schiene/Führungskörper
508: Schiene/Führungskörper
600: Anordnung
602: Rolle
604: Führungsfläche

A: Achsabstand
B: Schwenkbewegungen
D: Auslenkung
K: Kraftvektor
L: Abstand
R: Rollradius
S: Schnittpunkt
T: Übertragungsmoment
V: Abrollbewegungen
W: Schwenkbewegungen

Claims

Sportgerät zum Empfangen von Muskelkraft, umfassend:
eine erste Welle und eine zweite Welle, die parallel zueinander und in einem festen Achsabstand voneinander entfernt angeordnet sind, wobei mindestens eine der ersten Welle und der zweiten Welle durch die Muskelkraft anzutreiben ist,

einen ersten Hebel, der drehfest mit der ersten Welle verbunden ist und eine gekrümmte Führungsfläche aufweist,

einen zweiten Hebel, der drehfest mit der zweiten Welle verbunden ist,

wobei der zweite Hebel einen Rollabschnitt aufweist, der eingerichtet ist, auf der Führungsfläche des ersten Hebels in Reaktion auf Schwenkbewegungen des ersten Hebels und des zweiten Hebels abzurollen, um ein Drehmoment, das an der ersten Welle oder an der zweiten Welle wirkt, mindestens teilweise auf die jeweils andere Welle zu übertragen.
Sportgerät nach Anspruch 1,
wobei die erste Welle und/oder die zweite Welle mit einem Widerstandsdrehmoment beaufschlagt ist, das eingerichtet ist, einer empfangenen Muskelkraft entgegengesetzt gerichtet zu sein.
Sportgerät nach Anspruch 2,
wobei das Widerstandsdrehmoment durch einen Elektromotor bereitgestellt ist.
Sportgerät nach einem der Ansprüche 2 und 3,
wobei das Widerstandsdrehmoment so eingerichtet ist, dass ein erstes Übertragungsmoment von der ersten Welle auf die zweite Welle und ein zweites Übertragungsmoment von der zweiten Welle auf die erste Welle im Betrag gleich groß sind,
wobei die gekrümmte Führungsfläche des ersten Hebels dergestalt ist, dass das erste Übertragungsmoment und/oder das zweite Übertragungsmoment formschlüssig übertragen werden.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Führungsfläche des ersten Hebels derart gekrümmt ist, dass eine Drehgeschwindigkeit, mit welcher die erste Welle oder die zweite Welle dreht, antiparallel auf die jeweils andere Welle übertragen wird.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste Welle und die zweite Welle ortsfest an/auf dem Sportgerät befestigt sind, so dass der Achsabstand zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle unveränderlich ist.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der zweite Hebel einen Gelenkarm und eine Rolle aufweist, welche drehbar an/auf dem Gelenkarm gelagert ist, so dass ein Abstand zwischen den Drehachsen der zweiten Welle und der Rolle unveränderlich ist.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Hebel als ein Führungskörper mit einer Seitenfläche ausgebildet ist, die die Führungsfläche umfasst,
wobei die Führungsfläche krümmungsfrei entlang oder in Richtung einer Drehachse der ersten Welle ist.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Hebel eine Nut umfasst, die entlang der gekrümmten Führungsfläche gebildet ist,
wobei der Rollabschnitt in der Nut beweglich gelagert ist.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Hebel eine weitere Führungsfläche aufweist, die von der Führungsfläche beabstandet ist,
wobei der Rollabschnitt des zweiten Hebels beweglich zwischen der Führungsfläche und der weiteren Führungsfläche des ersten Hebels gelagert ist,
wobei die weitere Führungsfläche dergestalt ist, dass der Rollabschnitt abhängig von der Richtung einer empfangenen Muskelkraft entweder auf der Führungsfläche oder auf der weiteren Führungsfläche abrollt.
Sportgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei der erste Hebel schienenförmig entlang der Führungsfläche ausgebildet ist, so dass eine erste Führungsfläche und eine zweite Führungsfläche jeweils entlang der Führungsfläche gebildet sind,
wobei der Rollabschnitt des zweiten Hebels eine erste Rolle und eine zweite Rolle aufweist,
wobei die erste Rolle zum Abrollen auf der ersten Führungsfläche und die zweite Rolle zum Abrollen auf der zweiten Führungsfläche eingerichtet sind.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei, in einer Projektion parallel zu einer Drehachse der ersten Welle:
- die Führungsfläche unterschiedliche Krümmungsradien entlang der Krümmungslinie aufweist, und

- alle Krümmungsmittelpunkte auf derselben Seite der Führungsfläche liegen.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Hebel und der zweite Hebel vertikal versetzt angeordnet sind, wobei vertikal entlang einer jeweiligen Drehachse der jeweiligen Welle bezeichnet,
wobei die zweite Welle auf einer dem ersten Hebel gegenüberliegenden Seite des zweiten Hebels angeordnet ist.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Sportgerät eingerichtet ist, ein erstes Drehmoment an der ersten Welle und ein zweites Drehmoment an der zweiten Welle zu empfangen, wobei das erste Drehmoment und das zweite Drehmoment antiparallel sind,
wobei das Sportgerät eingerichtet ist, das Widerstandsdrehmoment so einzustellen, dass es dem ersten Drehmoment und dem zweiten Drehmoment entgegenwirkt.
Sportgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Krümmungslinie der Führungsfläche als Funktion einer parametrisierten Auslenkung der zweiten Welle gegenüber einer Verbindungslinie zwischen den Drehachsen der ersten Welle und der zweiten Welle bestimmt ist,
wobei bei der Parametrisierung der Achsabstand, ein Abstand zwischen der Drehachse der zweiten Welle und einer Drehachse des Rollabschnitts und ein Rollradius des Rollabschnitts als Konstanten berücksichtigt werden,
wobei für verschiedene parametrisierte Auslenkungen ein jeweiliger Kraftangriffspunkt zwischen dem Rollabschnitt und der Führungsfläche ermittelt ist, um mehrere Kraftangriffspunkte zu erhalten,
wobei die Kraftangriffspunkte in einem ortsfesten Koordinatensystem des ersten Hebels miteinander verknüpft sind, um die Krümmungslinie der Führungsfläche zu ergeben,
wobei eine Auslenkung des ersten Hebels und eine Auslenkung des zweiten Hebels spiegelsymmetrisch bezüglich einer Ebene sind, die senkrecht zu der Verbindungslinie steht.