EP3890846A1

EP3890846A1 - Hilfsantrieb für ein trainingsgerät

Info

Publication number: EP3890846A1
Application number: EP19817617.4A
Authority: EP
Inventors: Markus Knestel; Reinhold Ferstl
Original assignee: Fynamics GmbH
Current assignee: Knestel Technologie & Elektronik GmbH
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-10-13
Also published as: US20210260445A1; DE102018220953A1; CN113164806A; WO2020115067A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hilfsantrieb für ein Trainingsgerät, welcher eine erste Kraftmesseinrichtung, eine Steuereinrichtung und eine Antriebseinheit umfaßt, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, eine Soll-Kraft F_S,max zu bestimmen, die erste Kraftmesseinrichtung konfiguriert ist, eine Ist-Kraft F_S zu ermitteln, die an einem Hauptzugmittel anliegt, die im Wesentlichen durch eine Beschleunigung einer bewegbaren Masse, die mit dem Hauptzugmittel verbunden ist, hervorgerufen wird, und wobei die erste Kraftmesseinrichtung ferner konfiguriert ist, die ermittelte Ist-Kraft F_S an die Steuereinrichtung zu übermitteln, die Steuereinrichtung ferner konfiguriert ist, die Ist-Kraft F_S mit der Soll-Kraft F_S,max zu vergleichen und die Antriebseinheit so anzusteuern, dass, falls die Ist-Kraft F_S die Soll-Kraft F_S,max übersteigt, durch eine Verbindung der Antriebseinheit mit der bewegbaren Masse eine Hilfskraft F_Z auf die bewegbare Masse wirkt, die eine Komponente entgegengesetzt einer Erdbeschleunigung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein System, umfassend das Trainingsgerät und den Hilfsantrieb für das Trainingsgerät.

Description

Hilfsantrieb für ein Trainingsgerät

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Hilfsantrieb für ein Trainingsgerät, der zumindest eine erste Kraftmesseinrichtung, eine Steuereinrichtung und eine Antriebseinheit umfasst und ein System, das das Trainingsgerät und den Hilfsantrieb für das Trainingsgerät umfasst.

Mittels des erfindungsgemäßen Hilfsantriebs für das Trainingsgerät kann sowohl ein bereits bestehendes Trainingsgerät, insbesondere ein Krafttrainingsgerät, auf relativ einfache Weise nachgerüstet werden, als auch ein neues Trainingsgerät während der Montage entsprechend ausgerüstet werden. Auch der Rückbau des erfindungsgemäßen Hilfsantriebs ist zerstörungsfrei möglich, sodass er zum Beispiel anschließend in einem anderen Trainingsgerät verwendet werden kann. Der quasi-modulare Aufbau eines Systems umfassend den Hilfsantrieb und das Krafttrainingsgerät bietet auch einem Hersteiler eine gesteigerte Flexibilität in der Produktion. Ferner kann, naturgemäß, der Hilfsantrieb komplett separat hergestellt und angeboten werden. Beispielhaft werden Krafttrainingsgeräte beschrieben, bei denen die insgesamt bewegbare Masse im Wesentlichen aus mehreren Masseplatten gebildet werden kann, die vertikal übereinander liegen. Beispielhaft sind diese Masseplatten über ein Mitnahmeschwert und einen Steckstift verbunden, die dann entsprechend mitbewegt werden und die die insgesamt bewegbare Masse entsprechend definieren.

Hier wird folglich, eine bestimmte/ bekannte Beschleunigung vorausgesetzt, der maximale Trainingswiderstand durch das Festlegen der insgesamt bewegbaren Masse definiert, wozu der Steckstift entsprechend angebracht wird. In aller Regel ist, wenn der Trainierende eine Kraft aufbringt, diese Beschleunigung der insgesamt bewegbaren Masse entgegen der Erdbeschleunigung gerichtet.

Gängige Krafttrainingsgeräte, die rein mechanisch ausgelegt sind, haben den Nachteil, dass der Trainingswiderstand nur in diskreten Abständen, nämlich der Masse der einzelnen Gewichtsplatte (zum Beispiel jeweils 5kg) entsprechend, geändert werden kann. Jede solche Änderung muss aktiv, in der Regel durch Umstecken des Steckstiftes, vorgenommen werden, sodass es daher quasi unmöglich ist, dass in der konzentrischen Phase und in der exzentrischen Phase jeweils eine andere Belastung anliegt. Ebenso ist eine laufende Anpassung an Herz- Kreislaufwerte des Trainierenden kaum darstellbar. Aktive Trainingsgeräte (vollelektrische Krafttrainingsgeräte), die rein elektrisch einen dynamischen Widerstand erzeugen können, bieten zwar auch die oben genannten Trainingsmöglichkeiten, sind aber sowohl in der Anschaffung als auch im Unterhalt wesentlich teurer und müssen mit aufwendigen Sicherungsmaßnahmen versehen sein, um bei einer Fehlfunktion des Geräts eine Überbelastung des Trainierenden ausschließen zu können. Auch der Stromverbrauch solcher aktiven Trainingsgeräte ist bedeutend höher als der des erfindungsgemäßen Hilfsantriebs.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hilfsantrieb für ein Trainingsgerät und ein System, das das Trainingsgerät und den Hilfsantrieb für das Trainingsgerät umfasst, zur Verfügung zu stellen, um eine sichere und optimierte Belastung zu ermöglichen.

Wie oben beschrieben, wird, eine bestimmte/ bekannte Beschleunigung vorausgesetzt, der maximale Trainingswiderstand durch das Festlegen der insgesamt bewegbaren Masse wohl definiert. Wenn der Trainierende nun gewollt eine Kraft aufbringt, ist die daraus resultierende Beschleunigung der insgesamt bewegbaren Masse entgegen der Erdbeschleunigung gerichtet.

Dies dient in zweifacher Weise der Sicherheit. Zum einen kann in relativ einfacher Weise eine sichere mechanische Verbindung zwischen den Masseplatten und der übrigen bewegbaren Mechanik des Trainingsgerätes hergestellt werden. Zum anderen ist die insgesamt bewegbare Masse wohl definiert, nämlich im Wesentlichen durch die mittels des Steckstiftes miteinander verbundenen Masseplatten Der durch Festlegen der insgesamt bewegbaren Masse definierte maximale Trainingswiderstand - der eine bestimmte/ bekannte Beschleunigung voraussetzt - kann also nicht ungewollt oder unerwartet überschritten werden, da auf Grund der insgesamt bewegbaren Masse selbst vom Trainierenden stets maximal eine Kraft entsprechend dem Produkt aus der insgesamt bewegbaren Masse und der gewollten Beschleunigung entgegen der Erdbeschleunigung aufzubringen ist. Der erfindungsgemäße Hilfsantrieb für das Trainingsgerät kann also aus Sicht des und mit Wirkung für den Trainierenden die insgesamt bewegbare Masse und daraus resultierende Belastung stets nur scheinbar reduzieren, aber niemals tatsächlich erhöhen.

Der erfindungsgemäße Hilfsantrieb für Trainingsgeräte behält eben diese beiden wesentlichen Sicherheitsmerkmale bei, insbesondere den durch die insgesamt bewegbare Masse wohl definierten maximal möglichen (gewollten) Trainingswiderstand. Der erfindungsgemäße Hilfsantrieb für Trainingsgeräte bietet durch seine Ausgestaltung den besonderen Vorteil, dass der durch die insgesamt bewegbare Masse wohl definierte maximal mögliche Trainingswiderstand zwar erreicht, aber niemals ungewollt überschritten werden kann. Dazu wirkt der erfindungsgemäße Hilfsantrieb auf die insgesamt bewegbare Masse stets nur so ein, dass zumindest eine Komponente der durch das Einwirken hervorgerufenen resultierenden Kraft entgegen der Erdbeschleunigung, sprich entgegen der Schwerebeschleunigung oder Fallbeschleunigung wirkt.

Dies ist auch einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber aktiven Trainingsgeräten (vollelektrischen Krafttrainingsgeräten), die rein elektrisch einen dynamischen Widerstand erzeugen können. Bei solchen Geräten ist zusätzlich ein sehr hoher Sicherheitsaufwand notwendig, um bei Vorliegen eines Fehlers zu hohe Belastungen oder gar möglicherweise Verletzungen zu vermeiden. Grundsätzlich sind bei aktiven Trainingsgeräten (vollelektrischen Krafttrainingsgeräten) die Kosten sowohl der Anschaffung als auch der Wartung sehr hoch. Mittels des erfindungsgemäßen Hiifsantriebs für das Trainingsgerät kann, bei gewährleistetem sicheren Einhalten des eingestellten maximalen Trainingswiderstandes, die tatsächlich aufzubringende Kraft, und damit die Betastung, während der Übungsausführung kontinuierlich angepasst werden. Im einfachsten Fall kann eine beliebig fein abgestufte maximale Belastung, die höchstens dem durch die insgesamt bewegbare Masse vorgegebenen maximalen Trainingswiderstand entsprechen kann, eingestellt werden. Solch eine maximale Belastung kann darüber hinaus während des Ausführens einer Übung angepasst werden. Denkbar ist hier eine rein zeitliche Anpassung oder auch eine Anpassung hinsichtlich eines vorgegebenen Zyklus, der auch Herz-Kreislaufwerte des Trainierenden berücksichtigen kann.

Ein weiterer sehr wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Hiifsantriebs liegt darin, eine sogenannte „exzentrische Überlast" erzeugen zu können. Von einer exzentrischen Überlast in einer Bewegungsphase spricht man, wenn der Muskel gedehnt wird (exzentrische Kontraktion) und dabei eine höhere Belastung erfährt als er in der den Muskel verkürzenden konzentrischen Bewegungsphase (aktive Muskelverkürzung; konzentrische Kontraktion) zuvor ausgesetzt war oder als er in einer gegen einen Widerstand anhaltenden Länge ausgesetzt wäre (isometrische Kontraktion). In einem normalen Gewichtsstapelkrafttrainingsgerät wären die exzentrische Kontraktion und die konzentrische Kontraktion im Idealfall gleich, jedoch durch Mitwirkung von Reibungsverlusten ist die Kraft in der konzentrischen Phase immer leicht höher als in der exzentrischen Phase. Da die Muskulatur jedoch gerade in der exzentrischen Kontraktion bis zu etwa 30% höher belastet werden könnte, geht hier ein entsprechender Trainingsresz auf die Muskulatur verloren, wodurch wiederum nur ein vermindertes Muskelwachstum ausgelöst wird.

Durch die mittels des erfindungsgemäßen Hilfsantriebs ermöglichte fließende Belastungssteuerung während einer Bewegung lassen sich auch die Kraftverläufe optimal auf die Hebelverhältnisse einer Übung und eines Trainierenden abstimmen. Auch lässt sich erkennen, wann ein Trainierender seine Belastung anpassen sollte. Dadurch sind z.B. auch automatisierte Trainingsbeiastungsanpassungen möglich. Der erfindungsgemäße Hilfsantrieb als Umrüstsatz kann so ausgelegt werden, dass nur zusätzliche Elemente montiert werden, aber keinerlei mechanische Veränderungen an der bestehenden Mechanik oder an einer Abdeckung oder an einem kraftübertragenden Teil des bestehenden Krafttrainingsgerätes vorgenommen werden müssen. Auch müssen keine Zugseile und Gewichtsplatten demontiert werden und es bedarf auch keines im Umgang mit Elektrik beziehungsweise Elektronik geschulten Fachpersonals, um das Gerät in Betrieb nehmen zu können und während des gängigen Betriebs zu überwachen. Durch die Art der Anbringung sowie die prinzipielle Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hilfsantriebs können, wie oben beschrieben, keine höheren mechanischen Belastungen beim Trainierenden auftreten als der einstellbare maximale Trainingswiderstand, dessen Bereich durch die Gewichtsplattenbestückung bereits hersteilerseitig vorgegeben ist. Somit lassen sich auch Probleme mit der Produkthaftung oder noch bestehenden Garantieansprüchen vermeiden.

Vorteilhaft ist auch, dass die Mechanik des erfindungsgemäßen Hilfsantriebs aus einer Reihe gängiger Maschinenelemente gebildet werden kann, wodurch die Kosten unter anderem für Anschaffung, Betrieb, Wartung, Unterhalt und Ersatz reduziert werden können.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Hiifsantrieb für ein Trainingsgerät vorgeschlagen, der die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.

Ein derartiger Hiifsantrieb für das Trainingsgerät kann zumindest eine erste Kraftmesseinrichtung, zumindest eine Steuereinrichtung und zumindest eine Antriebseinheit umfassen. Dabei kann die Steuereinrichtung eine Soll-Kraft, Fs.m_ax, bestimmen, die der maximalen Belastung des Trainierenden entsprechen soll. Diese Soll-Kraft, Fs._max, kann sowohl zeitlich als auch hinsichtlich zusätzlich ermittelter Größen veränderbar sein; solch eine Veränderung kann kontinuierlich, nahezu diskret und/ oder zyklisch sein. Die Soll-Kraft, Fs.ma , kann zum Beispiel in Abhängigkeit einer Bewegungsrichtung, einer Bewegungsgeschwindigkeit, einer Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit, eines Wertes des Herz-Kreislauf-Systems des Trainierenden oder einer daraus gebildeten Kombination ermittelt werden; es ist eine Vielzahl physiologischer Werte denkbar, die in die Berechnung der Soll-Kraft, Fs,max, mit einfließen können. Die erste Kraftmesseinrichtung kann eine Ist-Kraft, Fs, ermitteln, die an einem Hauptzugmittel des Trainingsgeräts aniiegen kann, auf das der Trainierende einwirkt, und die im Wesentlichen durch eine Beschleunigung einer mit dem Hauptzugmittel verbundenen bewegbaren Masse hervorgerufen werden kann. Solch ein Hauptzugmitte! kann zum Beispiel ein Seil oder ein Riemen sein, sprich ein Maschinenelement, das geeignet ist, eine Zugkraft zu übertragen. Diese Beschleunigung der bewegbaren Masse kann sowohl die stets wirkende Schwerebeschleunigung oder Fallbeschleunigung - sprich die im Wesentlichen konstante Erdbeschleunigung - als auch eine zusätzlich vom Trainierenden herbeigeführte dynamische Beschleunigung sein. Die am Hauptzugmittel ermittelte Ist-Kraft, Fs, kann von der ersten Kraftmesseinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden. Die Steuereinrichtung kann dann die übermittelte Ist-Kraft, Fs, mit der Soll-Kraft, Fs,max, vergleichen, und - falls die Ist-Kraft, Fs, die Soll-Kraft, Fs.ma , übersteigt - kann die Steuereinrichtung die Antriebseinheit so ansteuern, dass durch eine Verbindung der Antriebseinheit mit der bewegbaren Masse eine Hilfskraft, Fz, auf die bewegbare Masse wirken kann, die eine Komponente entgegen der Erdbeschleunigung aufweist.

Da die Steuereinrichtung die Antriebseinheit nur ansteuert, wenn die am Hauptzugmittel gemessene Ist-Kraft, Fs, die Soll-Kraft, Fs.max, übersteigt, kann die Belastung für den Trainierenden niemals größer als diejenige Belastung sein, die sich aus der bewegbaren Masse und der auf sie wirkenden Gesamtbeschleunigung ergibt. Bringt der Trainierende keine Belastung auf, die zu einer tatsächlichen Beschleunigung der bewegbaren Masse entgegen der Erdbeschleunigung führt, wirkt als maximale Beschleunigung der bewegbaren Masse die Erdbeschleunigung. Wenn daher zumindest eine Komponente der Hilfskraft, Fz, entgegen der Erdbeschleunigung wirkt, ist gewährleistet, dass der Trainierende nie unerwartet eine möglicherweise gefährlich hohe Belastung erfahren kann. Dieser Schutz kann auch dadurch weiter gesteigert werden, dass die Hilfskraft absichtlich absolut oder relativ zur bewegbaren Masse beschränkt wird; zum Beispiel auf maximal 150N oder 20% der bewegbaren Masse. Da bei einem voll funktionierenden Hilfsantrieb für das Trainingsgerät die Hilfskraft, Fz, beschränkt sein kann, kann auch bei Annahme eines kompletten Systemausfalls die Mehrbelastung nicht über die entfallene beschränkte Hilfskraft, Fz, hinausgehen und somit zum Beispiel nur höchstens 20% der bewegbaren Masse betragen. Neben einer gesteigerten Sicherheit kann so auch ein erhöhter Stromverbrauch vermieden werden.

Ferner kann ein derartiger Hilfsantrieb für das Trainingsgerät eine Notbremsfunktion der Antriebseinheit vorsehen. Bei einem Stromausfall oder einer sonstigen Fehlfunktion kann dazu eine in Hardware realisierte Sicherheits- Notstopp-Funktion integriert sein, die dann Wicklungen eines Elektro-Motors der Antriebseinheit kurzschließen kann. Dadurch kann die bewegbare Masse in einem Fehlerfall oder auch bei unverhältnismäßig abweichenden Messwerten, die zum Beispiel einen Grenzwert überschreiten, mit einem maximalen Drehmoment des Elektro-Motors abgebremst werden.

Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausfüh rungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung.

Bei dem Hilfsantrieb kann die Steuereinrichtung die übermittelte Ist-Kraft, Fs, mit der Soll-Kraft, Fs.max, vergleichen, und, falls die Ist-Kraft, Fs, die Soll-Kraft, Fs.max, übersteigt, kann die Steuereinrichtung die Antriebseinheit so ansteuern, dass durch die Verbindung der Antriebseinheit mit der bewegbaren Masse die Hilfskraft, Fz, die an dem Hauptzugmittel anliegende und ermittelte Ist-Kraft, Fs, reduziert. Dadurch kann überprüfbar gewährleistet werden, dass die an dem Hauptzugmittel anliegende Ist-Kraft, Fs, tatsächlich durch die Hilfskraft, Fz, reduziert wurde, wodurch die Sicherheit gesteigert werden kann. Bei dem Hilfsantrieb kann die Steuereinrichtung die übermittelte Ist-Kraft, Fs, mit der Soll-Kraft, Fs.max, vergleichen, und, falls die Ist-Kraft, Fs, die Soll-Kraft, Fs.mex, übersteigt, kann die Steuereinrichtung die Antriebseinheit so ansteuern, dass durch die Verbindung der Antriebseinheit mit der bewegbaren Masse die Hilfskraft, Fz, die an dem Hauptzugmittei anliegende und ermittelte Ist-Kraft, Fs, im Wesentlichen auf die Soll-Kraft, Fs.max, reduziert. Dadurch kann überprüfbar gewährleistet werden, dass die vom Trainierenden aufzubringende Kraft nun im Wesentlichen, sprich zum Beispiel bis auf vorhandene Reibungsverluste, der Soll-Kraft, Fs.max, entspricht. Ändert sich die Soll-Kraft, Fs.max, so ändert sich auf Grund der Ansteuerung auch die Ist-Kraft, Fs, entsprechend, da die Hilfskraft, Fz, permanent angepasst wird. Unter Beibehaltung aller oben beschriebenen positiven Sicherheitsmerkmale kann so eine nahezu beliebig anpassbare und opti ierbare Belastung für den Trainierenden erzeugt werden.

Der Hilfsantrieb kann zusätzlich einen Bewegungssensor umfassen, der konfiguriert sein kann, eine Bewegungsrichtung der bewegbaren Masse zu bestimmen und an die Steuereinrichtung zu übermitteln, und die Steuereinrichtung kann ferner konfiguriert sein, die Soll-Kraft, Fs.max, zusätzlich in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung der bewegbaren Masse zu bestimmen. Damit kann zum Beispiel die oben beschriebene„exzentrische Überlast" erzeugt werden, wodurch ein verbesserter Muskelaufbau erzielt werden kann, da die vom Trainierenden aufzubringende Belastung in positiver Weise an die momentane Bewegungsrichtung angepasst werden kann.

Der Bewegungssensor des Hilfsantriebs kann ferner konfiguriert sein, eine absolute oder relative Position der bewegbaren Masse und/ oder deren erste und/ oder zweite zeitliche Ableitung, oder jeweils eine dazu entsprechend proportionale Größe, zu ermitteln und an die Steuereinrichtung zu übermitteln, und die Steuereinrichtung kann ferner konfiguriert sein, die Soll-Kraft, Fs.max, zusätzlich in Abhängigkeit der Position der bewegbaren Masse und/ oder ihrer ersten und/ oder ihrer zweiten zeitlichen Ableitung zu bestimmen. Dies ermöglicht eine noch feinere Anpassung der Soll-Kraft, Fs.max, an maßgebliche Parameter, sodass der Trainingseffekt auf Grund der verbesserten und insbesondere verfeinerten Verläufe gesteigert werden kann.

Vorteiihafterweise kann der Bewegungssensor in die Antriebseinheit integriert sein, wodurch sowohl eine besonders platzsparende Ausführung gewährleistet sein kann als auch ein besonderer Schutz vor einer möglichen äußeren Beschädigung. Ferner kann die Integrität der Messung gesteigert werden, wenn der Bewegungssensor die Messung unmittelbar in der Antriebseinheit durchführt, mithin keine weiteren Maschinenelemente beteiligt sind, die die Messung verfälschen könnten.

Ferner kann die erste Kraftmesseinrichtung des Hilfsantriebs konfiguriert sein, zum Ermitteln der Ist-Kraft, Fs, eine Spannung des Hauptzugmittels zu ermitteln. Grundsätzlich kann bei bekannter Spannung sehr präzise auf die anliegende Ist- Kraft, Fs, rückgefolgert werden, womit sich auch die Präzision der aus dem Vergleich mit der Soll-Kraft, Fs.max, resultierenden Ansteuerung steigern lässt.

Vorteilhafterweise kann die erste Kraftmesseinrichtung so konfiguriert sein, dass die Spannung des Hauptzugmittels mit Hilfe einer Auslenkung ermittelt wird. Dies stellt eine besonders verlässliche Methode der Spannungsermittlung und mithin der Ermittlung der anliegenden Ist-Kraft, Fs, dar, womit sich wiederum die Verlässlichkeit der aus dem Vergleich mit der Soll-Kraft, Fs.max, resultierenden Ansteuerung steigern lässt.

Darüber hinaus kann die erste Kraftmesseinrichtung konfiguriert sein, zum Ermitteln der Ist-Kraft, Fs, eine Dehnung des Hauptzugmittels zu ermitteln. Auch aus einer Dehnung kann sehr präzise auf die anliegende Ist-Kraft, Fs, rückgefolgert werden.

Da im linear-elastischen Bereich (Proportionalbereich, „Hookesche Gerade“) die Dehnung der Spannung proportional ist und somit das Hookesche Gesetz gilt, können beide Arten der Ermittlung der Ist-Kraft, Fs, sowohl alternativ zueinander als auch parallel miteinander ausgeführt werden. Liegen zwei auf unterschiedliche Arten bestimmte Messwerte der Ist-Kraft, Fs, vor, können diese geeignet miteinander verglichen werden, wodurch die Integrität der Messung weiter gesteigert werden kann. Auch eine Würdigung der Eignung der Messmethode hinsichtlich der Geschwindigkeit der Änderung der Messwerte beziehungsweise der Dynamik allgemein ist denkbar.

Vorteilhafterweise kann die erste Kraftmesseinrichtung ein Dehnmessstreifen sein und/ oder einen magnetostriktiven Sensor umfassen, der nach dem Prinzip der Magnetostriktion arbeitet. Sowohl Dehnmessstreifen als auch magnetostriktive Sensoren' sind in vielfältigsten und damit gut auf die jeweiligen Bedürfnisse angepassten Ausführungsformen von gängigen Anbietern verfügbar, wodurch auch die Kosten reduziert werden können. Daneben bauen insbesondere Dehnmessstreifen sehr platzsparend und lassen sich auch an schwer zugänglichen Stellen gut unterbringen.

Des Weiteren kann die erste Kraftmesseinrichtung konfiguriert sein, die Ist-Kraft, Fs, zu ermitteln, indem sie eine Wiegevorrichtung umfasst, die konfiguriert sein kann, die Masse der bewegbaren Masse zu ermitteln und indem sie ferner einen Beschleunigungssensor umfassen kann, der konfiguriert sein kann, eine zweite zeitliche Änderung einer Position der bewegbaren Masse zu ermitteln. Mit Kenntnis der beschleunigten Masse und Kenntnis der entsprechenden Beschleunigung lässt sich unmittelbar aus dem zweiten Newtonschen Gesetz durch einfache Multiplikation die Ist-Kraft, Fs, ermitteln. Die Wiegevorrichtung muss dazu beispielhaft an einer Stelle, an der ein Aufliegen der bewegbaren Masse erkannt werden kann, eine Differenz zwischen einer Gewichtskraft im Falle, dass die bewegbare Masse nur unter Einfluss der Erdbeschleunigung aufliegt und im Falle, dass die bewegbare Masse nicht aufliegt, messen. Wie bereits oben beschrieben, können mehrere Arten der Ermittlung der Ist-Kraft, Fs, sowohl alternativ zueinander als auch parallel miteinander ausgeführt werden. Liegen zwei oder mehr auf unterschiedliche Arten bestimmte Messwerte der Ist-Kraft, Fs, vor, können diese geeignet miteinander verglichen werden, wodurch die Integrität der Messung weiter gesteigert werden kann. Allgemein betrachtet es die vorliegende Erfindung als ausgesprochen vorteilhaft, wenn - ganz generell - ermittelte Größen auf verschiedene Arten und/ oder mehrfach bestimmt werden; dazu kann insbesondere auch die Sensor-Datenfusion dienen. Wie oben erwähnt, kann die Dynamik der zugrunde liegenden Bewegung bei der Sensor-Datenfusion von Bedeutung sein ebenso die Dynamik der ermittelten Werte selber.

Vorteilhafterweise kann der BeschSeunigungssensor ein Bewegungssensor sein, der konfiguriert sein kann, die absolute oder relative Position der bewegbaren Masse und deren erste und zweite zeitliche Ableitung, oder jeweils eine dazu entsprechend proportionale Größe, zu ermitteln. Es ist sowohl denkbar, dass der oben beschriebene Bewegungssensor in der hier beschriebenen Konfiguration zum Einsatz kommt, als auch, dass ein zusätzlicher Bewegungssensor zum Einsatz kommt, dessen Daten dann wieder zusätzlich zu denen des bestehenden Bewegungssensors verwendet werden können und aus denen auch weitere Messwerte, insbesondere nach erfolgter Sensor-Datenfusion, ermittelt werden können.

Bei dem Hiifsantrieb kann ferner die Verbindung der Antriebseinheit mit der bewegbaren Masse an einer ersten Stelle des Hauptzugmittels einwirken, die näher an der bewegbaren Masse befindlich ist als eine zweite Stelle des Hauptzugmittels, an der die erste Kraftmesseinrichtung die Ist-Kraft, Fs, ermittelt. Somit ist gewährleistet, dass im Kraftflussverlauf innerhalb des Hauptzugmittels keine Verfälschung der durch die erste Kraftmesseinrichtung ermittelten Ist-Kraft, Fs, die am Hauptzugmittel des Trainingsgeräts anliegt und im Wesentlichen vom Trainierenden aufzubringen ist, erfolgen kann. Wirkt die Antriebseinheit erfindungsgemäß an der ersten Stelle des Hauptzugmittels ein, kann eine besonders kompakte Ausführung des Hilfsantriebs erreicht werden. Darüber hinaus kann die Antriebseinheit einen Generator umfassen, wodurch es insbesondere im Falle der exzentrischen Bewegung möglich sein kann, dass nicht nur keine Energie verbraucht wird, sondern sogar Energie rückgewonnen werden kann, da der Generator zum Beispiel das erforderliche Bremsmoment zur Verfügung stellt, um die entsprechende Hilfskraft, Fz, aufzubringen. Da so der Energieverbrauch reduziert werden kann, können auch eventuell vorhandene Batterien/ Akkumulatoren kleiner und günstiger ausfailen.

Vorteilhafterweise kann der Hilfsantrieb zusätzlich eine zweite Kraftmesseinrichtung umfassen, die konfiguriert ist, die Hilfskraft, Fz, die auf die bewegbare Masse wirkt, zu ermitteln und/ oder die von der Antriebseinheit effektiv geleistete Arbeit zu ermitteln. Dadurch kann eine Überprüfung der Ansteuerung der Antriebseinheit erreicht werden, die Präzision der Ansteuerung erhöht werden und die Fehlererkennung verbessert werden. Auch kann in Bereichen, in denen die Ansteuerung eine Schwingung ungewollt hervorrufen könnte, diese besser vermieden werden. Wiederum kann die zweite Kraftmesseinrichtung in die Antriebseinheit integriert sein, was eine kompakte geschützte Bauweise ermöglicht und die Integrität der Messung steigert und eine vergleichsweise einfache Kraft- Weg-Ermittlung ermöglicht. Auch die zweite Kraftmesseinrichtung kann, ähnlich wie die erste Kraftmesseinrichtung, einen magnetostriktiven Sensor umfassen.

Des Weiteren kann der Hilfsantrieb zusätzlich eine Bedieneinheit umfassen, die konfiguriert sein kann, Daten an die Steuereinrichtung zu übermitteln, aus denen die Steuereinrichtung die Soll-Kraft, Fs.max, zusätzlich bestimmen kann. Hier ist eine Vielzahl von Ausgestaltungen denkbar. Grundsätzlich kann die Bedieneinheit konfiguriert sein, die Soll-Kraft, Fs.max, und insbesondere auch ihren Verlauf beziehungsweise ihre Änderung vorzugeben. Beispielsweise kann aus einer Anzahl verschiedener Trainingsprogramme ausgewählt werden, aus denen sich dann die jeweils gültige Soll-Kraft, Fs.max, bestimmt. Hier kann auch eine vergleichsweise einfache Steuereinrichtung zum Einsatz kommen, die zusätzlich zu den von der Bedieneinheit erhaltenen Verläufen der Soll-Kraft, Fs.max, keine oder nur in geringem Umfang weitere Berechnungen durchführt, um die Soll-Kraft, Fs.max, zu bestimmen.

Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung ferner konfiguriert sein, Daten an die Bedieneinheit und/oder an eine IT-Infrastruktur zu übermitteln und Daten von der IT-Infrastruktur zu empfangen. Die Bedieneinheit kann ferner konfiguriert sein, Daten einer äußeren Messeinheit und/ oder Daten von der IT-Infrastruktur zu empfangen und/oder an die IT-Infrastruktur zu übermitteln. Damit ist es zum Beispiel möglich, dem Trainierenden anzuzeigen, wie er Soll-Verläufen am besten folgen kann. Ferner können Ergebnisse an die Bedieneinheit übermittelt werden, um so eine Überprüfung eines gewählten Ziels zu gewährleisten. Des Weiteren können die Daten auch zur Analyse und Auswertung an die IT-Infrastruktur, etwa einen Rechner oder eine Cloud, übertragen werden. Insbesondere die zeitliche Entwicklung eines Trainierenden kann so gut dargestellt und überprüft werden, und es können eventuell dienliche Anpassungen vorgenommen werden. Vorteiihafterweise können auch statisch oder dynamisch ermittelte Größen des Trainierenden über die Bedieneinheit, entweder durch Eingabe oder durch Datenweiterleitung an die Steuereinrichtung erfolgen oder aber die entsprechenden Berechnungen in der Bedieneinheit selbst durchgeführt werden. Denkbar sind hier neben zum Beispiel Größe und Gewicht des Trainierenden auch Herz-Kreislaufwerte, die zur Ermittlung eines entsprechenden Trainingsplans geeignet sind. Die Vorgabe für die letztendlich erzeugten Soll-Kraft-Verläufe, Fs._max, können dabei auch aus einer (eventuell zweiten) IT-Infrastruktur, etwa einem Rechner oder einer Cloud, stammen. Ebenso können sie aber in der Bedieneinheit selbst erzeugt werden oder auch in der Steuereinrichtung. Auch kann die Anpassung der Soll-Kraft, Fs.m_a , kontinuierlich verlaufen: es kann zum Beispiel die IT-Infrastruktur die ermittelten Herz-Kreislaufwerte von der Bedieneinheit erhalten und zwar zusammen mit den Daten, die die Steuereinrichtung an die Bedieneinheit übermittelt. Die IT- Infrastruktur kann dann wiederum eine entsprechende Anpassung der Soll-Kraft, Fs.max, vornehmen und über die Bedieneinheit an die Steuereinrichtung übermitteln. Einschränkungen auf eine einzige bestimmte Struktur sind daher nicht notwendig. Gerade die prinzipielle Redundanz zur Ermittlung der Soll-Kraft, Fs.max, kann als besonders vorteilhaft angesehen werden, da je nach (momentaner) Datenverfügbarkeit und Rechenleistungsfähigkeit verschiedene Einheiten besonders geeignet sein können.

Vorteilhafterweise kann der Hiifsantrieb ferner ein Hilfszugseil umfassen, das sowohl mit der Antriebseinheit als auch der bewegbaren Masse mittelbar oder unmittelbar verbunden ist und somit die Verbindung der Antriebseinheit mit der bewegbaren Masse herstellt. Die unmittelbare Verbindung kann als besonders wenig komplex und damit störanfällig gelten. Das Hilfszugseii kann neben etwa einem Riemen als besonders geeignet erscheinen, eine platzsparende und sichere Verbindung der Antriebseinheit mit der bewegbaren Masse herzustellen. Standardmäßig sind eine Vielzahl von Seilen für die unterschiedlichsten Anforderungen konzipiert und verfügbar, wodurch sich auch die Kosten in Grenzen halten. Darüber hinaus wären auch eine hydraulische Verbindung denkbar, ferner weitere mechanische - zum Beispiel mittels eines Getriebes.

Darüber hinaus kann die Antriebseinheit als Seiltrommel ausgeführt sein, wodurch das Hilfszugseil besonders platzsparend und sicher aufgespult werden kann. Dies schützt zum einen vor möglichen Beschädigungen, zum anderen können auch ungewünschte Kontakte zu anderen Elementen, etwa dem Hauptzugmittel, vermieden werden - gerade auch wenn ein relativ langer Bereich des Hilfszugseils aufgespult wurde.

Besonders vorteilhafterweise kann die Antriebseinheit auch konfiguriert sein, stets ein ausreichendes Drehmoment vorzusehen, um das Hilfszugseil aufzuspulen, wodurch die Sicherheit weiter gesteigert werden kann, da auf Grund der im Hilfszugseil vorherrschenden Spannung die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes mit anderen Elementen minimiert werden kann und ferner das Ansprechverhalten, insbesondere auf Grund des fehlenden Spiels, weiter verbessert werden kann. Erfindungsgemäß ist auch ein System, das ein Trainingsgerät und einen Hiifsantrieb für das Trainingsgerät mit den oben beschriebenen Merkmalen umfassen kann, wobei die bewegbare Masse eine oder mehrere Gewichtsplatten umfassen kann, die mittels eines Mitnahmeschwertes und eines Steckstiftes verbunden sein können und in zwei im Wesentlichen parallelen Führungsstangen bewegbar sein können, wobei die Verbindung der bewegbaren Masse zum Hauptzugmittei über das Mitnahmeschwert erfolgen kann. Damit kann besonders einfach und verlässlich die insgesamt bewegbare Masse definiert werden und auch ihre sichere Führung gewährleistet werden.

Vorteilhafterweise kann der Hilfsantrieb des Systems zusätzlich zwei äußere Umlenkrollen und zwei hintere Umlenkrollen umfassen, die mit der bewegbaren Masse durch eine erste und eine zweite Verbindungsvorrichtung verbunden sein können, ferner eine erste obere Klemmvorrichtung, die an einer der beiden parallelen Führungsstangen kraftschlüssig angebracht sein, kann und eine zweite obere Klemmvorrichtung, die an der anderen der beiden parallelen Führungsstangen kraftschlüssig angebracht sein kann, wobei die erste obere Klemmvorrichtung ein erstes Ende des Hilfszugseils aufnehmen kann, das Hilfszugseil durch die beiden äußeren Umlenkrollen und durch die beiden hinteren Umlenkrollen geführt werden kann, und die Antriebseinheit ein zweites Ende des Hilfszugseiis aufnehmen kann. Dadurch kann die Antriebseinheit derart auf die bewegbare Masse einwirken, dass diese parallel zu den beiden parallelen Führungsstangen geführt werden kann, ohne dass dabei ein resultierendes und damit bremsendes Moment erzeugt würde. Dies verringert die Reibung, damit den Widerstand und auch den Verschleiß und ermöglicht daher eine gesteigerte Präzision der gesteuerten Belastung des Trainierenden. Erfindungsgemäß muss dann die Antriebseinheit nur die Hälfte der insgesamt auf die bewegbare Masse wirkenden Hilfskraft, Fz, aufbringen, weshalb sie auch kompakter ausfallen kann. Selbstverständlich sind die entsprechend ermittelten Größen anzupassen. Zusätzlich zur Antriebseinheit, die das zweite Ende des Hilfszugseils aufnehmen kann, kann der Hiifsantrieb ferner eine zweite Antriebseinheit (nicht gezeigt) umfassen, die statt der ersten oberen Klemmvorrichtung das erste Ende des Hilfszugseils aufnehmen kann. Es kann dann zum Beispiel bauartbedingt möglich sein, mittels der Steuereinrichtung 2 eine der beiden Antriebseinheiten sehr schnell anzusteuern und die andere sehr präzise anzusteuern, wodurch sich beide vorteilhaft kombinieren lassen.

Ferner kann die Verbindung der Antriebseinheit mit der bewegbaren Masse derart erfolgen, dass die bewegbare Masse mit einem ersten Ende des Hilfszugseils direkt beziehungsweise unmittelbar verbunden ist und die Antriebseinheit ein zweites Ende des Hilfszugseils aufnimmt. Diese besonders kompakte Bauweise minimiert die Fehleranfälligkeit und den Wartungsaufwand.

Die Erfindung wird beispielhaft im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1: eine erste Ansicht des Hilfsantriebs,

Figur 2: eine erste Detail-Ansicht des Hilfsantriebs,

Figur 3: eine zweite Ansicht des Hilfsantriebs,

Figur 4: eine erste Schnitt-Ansicht des Hilfsantriebs,

Figur 5: eine dritte Ansicht des Hilfsantriebs,

Figur 6: eine zweite Detail-Ansicht des Hilfsantriebs,

Figur 7: eine vierte Ansicht des Hilfsantriebs,

Figur 8: eine fünfte Ansicht des Hilfsantriebs,

Figur 9: eine dritte Detail-Ansicht des Hilfsantriebs und

Figur 10: eine sechste Ansicht des Hilfsantriebs. Figur 1 zeigt eine erste Ansicht des Hiifsantriebs für das Trainingsgerät sowie ein entsprechendes Trainingsgerät. Der Hiifsantrieb für das Trainingsgerät umfasst zumindest eine erste Kraftmesseinrichtung 1, zumindest eine Steuereinrichtung 2 (nicht gezeigt) und zumindest eine Antriebseinheit 3. Dabei bestimmt die Steuereinrichtung 2 eine Soll-Kraft, Fs.max, die der maximalen Belastung des Trainierenden entsprechen soll. Diese Soll-Kraft, Fs.max, kann sowohl zeitlich als auch hinsichtlich zusätzlich ermittelter Größen veränderbar sein; solch eine Veränderung kann kontinuierlich, im Wesentlichen diskret und insbesondere zyklisch sein. Die Soll-Kraft, Fs.max, kann zum Beispiel in Abhängigkeit einer Bewegungsrichtung, einer Bewegungsgeschwindigkeit, einer Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit, eines biometrischen Wertes des Trainierenden oder eines Wertes des Herz-Kreislauf-Systems des Trainierenden oder einer daraus gebildeten Kombination ermittelt werden; es ist eine Vielzahl physiologischer oder biometrischer Werte denkbar, die in die Berechnung der Soll-Kraft, Fs._ma_x, mit einfließen können. Die erste Kraftmesseinrichtung 1 ermittelt eine Ist-Kraft, Fs, die an einem Hauptzugmittel 11 des Train ingsgeräts anliegt, auf das der Trainierende einwirkt, und die im Wesentlichen durch eine Beschleunigung einer mit dem Hauptzugmittel verbundenen bewegbaren Masse 5 hervorgerufen wird. Solch ein Hauptzugmitte! 11 kann zum Beispiel ein Seil oder ein Riemen sein, sprich ein Maschinenelement, das insbesondere geeignet ist, eine Zugkraft zu übertragen. Diese Beschleunigung der bewegbaren Masse 5 umfasst sowohl die stets wirkende Schwerebeschleunigung oder Fallbeschleunigung - sprich die im Wesentlichen konstante Erdbeschleunigung - als auch eine zusätzlich vom Trainierenden herbeigeführte dynamische Beschleunigung. Die am Hauptzugmittel 11 ermittelte Ist-Kraft, Fs, wird von der ersten Kraftmesseinrichtung 1 an die Steuereinrichtung 2 übermittelt. Die Steuereinrichtung 2 vergleicht dann die übermittelte Ist-Kraft, Fs, mit der Soll-Kraft, Fs.max, und, falls die Ist-Kraft, Fs, die Soll-Kraft, Fs.max, übersteigt, steuert die Steuereinrichtung 2 die Antriebseinheit 3 so an, dass durch eine Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 eine Hilfskraft, Fz, auf die bewegbare Masse 5 wirkt, die eine Komponente entgegen der Erdbeschleunigung aufweist. In Figur 2, einer ersten Detail-Ansicht des Hiifsantriebs, ist die Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 beispielhaft als ein einfacher Flaschenzug dargestellt, weshalb sich die Hilfskraft, F , in zwei gleich große Hälften aufteilt.

Da die Steuereinrichtung 2 die Antriebseinheit 3 nur ansteuert, wenn die am Hauptzugmittel 11 gemessene Ist-Kraft, Fs, die Soll-Kraft, Fs.max, übersteigt, kann die Belastung für den Trainierenden niemals größer als diejenige Belastung sein, die sich aus der bewegbaren Masse 5 und der auf sie wirkenden Gesamtbeschleunigung ergibt. Bringt der Trainierende keine Belastung auf, die zu einer tatsächlichen Beschleunigung der bewegbaren Masse 5 entgegen der Erdbeschleunigung führt, wirkt als maximale Beschleunigung der bewegbaren Masse 5 die Erdbeschleunigung. Wenn daher zumindest eine Komponente der Hilfskraft, Fz, entgegen der Erdbeschleunigung wirkt, ist dadurch gewährleistet, dass der Trainierende nie unerwarteterweise eine gefährlich hohe Belastung erfahren kann. Dieser Schutz kann auch dadurch weiter gesteigert werden, dass die Hilfskraft absichtlich absolut oder relativ zur bewegbaren Masse 5 beschränkt wird; zum Beispiel auf maximal 150N oder 20% der bewegbaren Masse 5. Da bei einem voll funktionierenden Hilfsantrieb für das Trainingsgerät die Hilfskraft, F_z, beschränkt sein kann, kann auch bei Annahme eines kompletten Systemausfails die Mehrbelastung nicht über die entfallene beschränkte Hilfskraft, Fz, hinausgehen und somit zum Beispiel nur höchstens 20% der bewegbaren Masse 5 betragen. Neben einer gesteigerten Sicherheit kann so auch ein erhöhter Stromverbrauch vermieden werden. Da auch der Trainierende über das Hauptzugmittei 11 in der Regel nur eine Kraft, die eine Komponente entgegen der Erdbeschleunigung aufweist, auf die bewegbare Masse 5 aufbringen kann, kann der Trainierende durch die Hilfskraft, Fz, nur entlastet, aber niemals zusätzlich belastet werden. Lediglich das unerwartete Ausbleiben der Hilfskraft, Fz, würde eine entsprechend unerwartete Belastung bedeuten, die dann aber wiederum einzig durch die wohl definierte bewegbare Masse 5 unter Einfluss der Erdbeschleunigung hervorgerufen würde.

Der erfindungsgemäße Hilfsantrieb für Trainingsgeräte weist damit als wesentliches Sicherheitsmerkmal auf, dass insbesondere der maximal mögliche Trainingswiderstand durch die insgesamt bewegbare Masse 5 wohl definiert ist Der erfindungsgemäße Hilfsantrieb für Trainingsgeräte bietet durch seine Ausgestaltung den besonderen Vorteil, dass der durch die insgesamt bewegbare Masse 5 wohl definierte maximal mögliche Trainingswiderstand zwar erreicht, aber niemals überschritten werden kann. Dazu wirkt der erfindungsgemäße Hilfsantrieb auf die insgesamt bewegbare Masse 5 stets nur so ein, dass die Hilfskraft, Fz, die auf die bewegbare Masse 5 wirkt, zumindest eine Komponente entgegen der Erdbeschleunigung, sprich entgegen der Schwerebeschleunigung oder der Fallbeschleunigung, hat. Dadurch ist gewährleistet, dass die Hilfskraft, Fz, im Vergleich zu der auf Grund der Erdbeschleunigung durch die bewegbare Masse 5 allein wirkenden Kraft, die vom Trainierenden aufzubringende Kraft nur reduzieren, aber niemals erhöhen kann. Die Hilfskraft, Fz, selber kann quasi beliebig fein gesteuert werden, weshalb auch keinerlei diskrete Massenunterschiede, etwa zwischen einzelnen Gewichtsplatten, vom Trainierenden hingenommen werden müssen.

Das sichere Einhalten des maximal möglichen Trainingswiderstandes ist auch einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber aktiven Trainingsgeräten (vollelektrischen Krafttrainingsgeräten), die rein elektrisch einen dynamischen Widerstand erzeugen können. Bei solchen Geräten ist zusätzlich ein sehr hoher Sicherheitsaufwand notwendig, um bei Vorliegen eines Fehlers zu hohe Belastungen oder gar möglicherweise Verletzungen zu vermeiden. Grundsätzlich sind bei aktiven Trainingsgeräten (vollelektrischen Krafttrainingsgeräten) die Kosten sowohl der Anschaffung als auch der Wartung sehr hoch.

Mittels des erfindungsgemäßen Hiifsantriebs für das Trainingsgerät kann, bei gewährleistetem sicheren Einhalten des eingestellten maximalen Trainingswiderstandes entsprechend der insgesamt bewegbaren Masse 5, die tatsächlich aufzubringende Kraft, und damit die Belastung des Trainierenden, während der Übungsausführung kontinuierlich angepasst werden. Im einfachsten Fall kann eine beliebig fein abgestufte maximale Belastung, die höchstens dem mechanisch vorgegebenen maximalen Trainingswiderstand entsprechen kann, eingestellt werden. Solch eine maximale Belastung kann darüber hinaus während des Ausführens einer Übung angepasst werden. Denkbar ist hier eine rein zeitliche Anpassung oder auch eine Anpassung hinsichtlich eines vorgegebenen Zyklus, der auch Herz-Kreislaufwerte oder biometrische Werte des Trainierenden berücksichtigen kann.

Wie beispielhaft in Figur gezeigt, kann der erfindungsgemäße Hilfsantrieb als Umrüstsatz so ausgelegt werden, dass nur zusätzliche Elemente an einem bestehenden Krafttrainingsgerät montiert werden, aber keinerlei Veränderungen an der bestehenden Mechanik oder einer Abdeckungen oder kraftübertragenden Teilen des bestehenden Krafttrainingsgerätes vorgenommen werden müssen. Auch müssen keine Zugseile und Gewichtsplatten demontiert werden, und es bedarf auch keines im Umgang mit Elektrik beziehungsweise Elektronik geschulten Fachpersonals, um das Gerät in Betrieb nehmen zu können und während des gängigen Betriebs zu überwachen. Durch die Art der Anbringung sowie die prinzipielle Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hilfsantriebs können, wie oben beschrieben, keine höheren mechanischen Belastungen beim Trainierenden auftreten als der einstellbare maximale Trainingswiderstand, dessen Bereich durch die Gewichtsplattenbestückung bereits herstellerseitig vorgegeben ist, wobei die Erdbeschleunigung als im Wesentlichen konstant anzusehen ist. Somit lassen sich auch Probleme mit der Produkthaftung oder noch bestehenden Garantieansprüche vermeiden.

Ferner kann ein derartiger Hilfsantrieb für das Trainingsgerät vorteilhafterweise eine Notbremsfunktion der Antriebseinheit 3 vorsehen. Bei einem Stromausfall oder einer sonstigen Fehlfunktion kann dazu eine in Hardware realisierte Sicherheits- Notstopp-Funktion integriert sein, die dann Wicklungen eines Elektro- Motors der Antriebseinheit 3 kurzschiießt. Dadurch kann die bewegbare Masse 5 in einem Fehlerfall oder auch bei unverhältnismäßig abweichenden Messwerten, die zum Beispiel einen Grenzwert überschreiten, mit einem maximalen Drehmoment des Elektro-Motors abgebremst werden. Wenn bei dem Hilfsantrieb die Steuereinrichtung 2 die an sie übermittelte Ist-Kraft, Fs, mit der Soll-Kraft, Fs.max, vergleicht und feststellt, dass die Ist-Kraft, Fs, die Soll- Kraft, Fs.max, übersteigt, steuert die Steuereinrichtung 2 die Antriebseinheit 3 vorteilhafterweise so an, dass durch die Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 die Hilfskraft, Fz, die an dem Hauptzugmittel 11 anliegende und ermittelte Ist-Kraft, Fs, reduziert. Dadurch kann überprüfbar, nämlich durch die erste Kraftmesseinrichtung 1, gewährleistet werden, dass die an dem Hauptzugmittel 11 anliegende Ist-Kraft, Fs, tatsächlich durch die Hilfskraft, Fz, reduziert wurde, wodurch die Sicherheit gesteigert werden kann. Mithin kann der Hilfsantrieb überprüfen, ob die Hilfskraft, Fz, die an dem Hauptzugmittel 11 anliegende Ist-Kraft, Fs, tatsächlich reduziert beziehungsweise ob die aufgebrachte Hilfskraft, Fz, die an dem Hauptzugmittel 11 anliegende Ist-Kraft, Fs, erkennbar reduziert.

Wenn bei dem Hilfsantrieb die Steuereinrichtung 2 die an sie übermittelte Ist-Kraft, Fs, mit der Soll-Kraft, Fs.max, vergleicht und feststellt, dass die Ist-Kraft, Fs, die Soll- Kraft, Fs.max, übersteigt, steuert die Steuereinrichtung 2 die Antriebseinheit 3 vorteilhafterweise so an, dass durch die Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 die Hilfskraft, F_z, die an dem Hauptzugmittel 11 anliegende und ermittelte Ist-Kraft, Fs, im Wesentlichen auf die Soll-Kraft, Fs.max, reduziert. Dadurch kann überprüfbar gewährleistet werden, dass die vom Trainierenden aufzubringende Kraft nun im Wesentlichen, sprich zum Beispiel bis auf vorhandene Reibungsverluste oder Messungenauigkeiten, der Soll-Kraft, Fs.max, entspricht. Ändert sich die Soll-Kraft, Fs.max, so ändert sich auf Grund der Ansteuerung auch die Ist-Kraft, Fs, entsprechend, da die Hilfskraft, Fz, permanent angepasst wird. Unter Beibehaltung aller oben beschriebenen positiven Sicherheitsmerkmale kann so eine nahezu beliebig anpassbare und optimierbare Belastung für den Trainierenden erzeugt werden. Auch ist es möglich, systemimmanente Verluste, wie etwa Reibungsverluste, zu erfassen und die Ansteuerung entsprechend anzupassen. Der Hüfsantrieb kann vorteilhafterweise zusätzlich einen Bewegungssensor 8 (nicht gezeigt) umfassen, der konfiguriert ist, eine Bewegungsrichtung der bewegbaren Masse 5 zu bestimmen und an die Steuereinrichtung 2 zu übermitteln. Die Steuereinrichtung 2 kann ferner konfiguriert sein, die Soll-Kraft, Fs._ma , zusätzlich in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung der bewegbaren Masse 5 zu bestimmen. Damit kann zum Beispiel die„exzentrische Überlast" erzeugt werden, wodurch ein verbesserter Muskelaufbau erzielt werden kann, da die vom Trainierenden aufzubringende Belastung in positiver Weise an die momentane Bewegungsrichtung angepasst werden kann. Die Muskulatur des Trainierenden kann gerade in der exzentrische Kontraktion bis zu 30% höher belastet werden als in der konzentrischen Kontraktion, wodurch mittels einer entsprechenden angepassten Soll-Kraft, Fs.max, und einer entsprechend veränderten Hilfskraft, Fz, der gewünschte Trainingsreiz auf die Muskulatur bewirkt wird, und ein entsprechend gesteigertes Muskelwachstum ausgelöst wird.

Vorteühafterweise kann der Bewegungssensor 8 unmittelbar in die Antriebseinheit integriert sein, wodurch sowohl eine besonders platzsparende Ausführung gewährleistet ist als auch ein besonderer Schutz vor einer möglichen äußeren Beschädigung. Ferner kann die Integrität der Messung gesteigert werden, wenn der Bewegungssensor 8 die Messung unmittelbar in der Antriebseinheit 3 durchführt, mithin keine weiteren Maschinenelemente beteiligt sind, die die Messung verfälschen könnten, weil sie zum Beispiel schwingfähig sind oder ein Spiel aufweisen.

Ferner kann die erste Kraftmesseinrichtung 1 des Hilfsantriebs konfiguriert sein, zum Ermitteln der Ist-Kraft, Fs, eine Spannung des Hauptzugmittels 11 zu ermitteln. Grundsätzlich kann bei bekannter Spannung sehr präzise auf die anliegende Ist- Kraft, Fs, rückgefolgert werden, womit sich auch die Präzision der aus dem Vergleich mit der Soll-Kraft, Fs.max, resultierenden Ansteuerung steigern lässt. Wie oben beschrieben, beruht die Ansteuerung der Antriebseinheit 3 durch die Steuereinrichtung 2 grundsätzlich auf dem Vergleich der von der ersten Kraftmesseinrichtung 1 übermittelten Ist-Kraft, Fs, mit der Soll-Kraft, Fs._max. Folglich ergibt sich aus einer erhöhten Präzision der Ermittlung der Ist-Kraft, Fs, auch die Möglichkeit zur präziseren Ansteuerung der Antriebseinheit 3.

Vorteilhafterweise kann die erste Kraftmesseinrichtung 1 so konfiguriert sein, dass die Spannung des Hauptzugmitteis 11 mittels einer Auslenkung ermittelt wird; siehe auch Figur 1. Dies stellt eine besonders verlässliche Methode der Spannungsermittlung und mithin der Ermittlung der anliegenden Ist-Kraft, F_s, dar, womit sich wiederum die Verlässlichkeit der aus dem Vergleich mit der Soll-Kraft, Fs.max, resultierenden Ansteuerung der Antriebseinheit 3 durch die Steuereinrichtung 2 steigern lässt. Wie beispielhaft in Figur 1 gezeigt, kann etwa die erste Kraftmesseinrichtung 1 über einen Federmechanismus verfügen, dessen Ausienkung umso größer ist, je größer die im Hauptzugmittel 11 vorhandene Spannung ist. Folglich kann aus der Auslenkung des Federmechanismus die Ist- Kraft, Fs, ermittelt werden.

Darüber hinaus kann die erste Kraftmesseinrichtung 1 auch konfiguriert sein, zum Ermitteln der Ist-Kraft, Fs, eine Dehnung des Hauptzugmittels 11 zu ermitteln. Auch aus einer Dehnung kann sehr präzise auf die anliegende Ist-Kraft, Fs, rückgefolgert werden.

Da im linear-elastischen Bereich (Proportionalbereich,„Hookesche Gerade“) die Dehnung der Spannung proportional ist und somit das Hookesche Gesetz gilt, können beide Arten der Ermittlung der Ist-Kraft, Fs, sowohl alternativ zueinander als auch parallel miteinander ausgeführt werden. Liegen zwei auf unterschiedliche Arten bestimmte Messwerte der Ist-Kraft, Fs, vor, können diese geeignet miteinander verglichen werden, wodurch die Integrität der Messung weiter gesteigert wird. Auch eine Würdigung der Eignung der Messmethode hinsichtlich der Geschwindigkeit der Änderung der Messwerte beziehungsweise der Dynamik allgemein ist denkbar. Der Vergleich der über Spannung und Dehnung ermittelten Werte der Ist-Kraft, Fs, kann also die jeweiligen Werte direkt berücksichtigen, es kann aber auch (zusätzlich) eine Gewichtung, ausgehend von einer Änderung der zugrunde liegenden Werte, erfolgen.

Vorteilhafterweise kann die erste Kraftmesseinrichtung 1 ein Dehnmessstreifen, DIVIS, sein und/ oder einen magnetostriktiven Sensor umfassen, der nach dem Prinzip der Magnetostriktion arbeitet. Sowohl Dehnmessstreifen als auch magnetostriktive Sensoren sind in vielfältigsten und damit gut auf die jeweiligen Bedürfnisse angepassten Ausführungsformen von gängigen Anbietern verfügbar, wodurch auch die Kosten reduziert werden können. Wiederum können die ermittelten Größen direkt oder unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Änderung miteinander verglichen werden. Daneben bauen insbesondere Dehnmessstreifen sehr platzsparend und lassen sich auch an schwer zugänglichen Stellen gut unterbringen.

Des Weiteren kann die erste Kraftmesseinrichtung 1 konfiguriert sein, die Ist-Kraft, Fs, zu ermitteln, indem sie eine Wiegevorrichtung (nicht gezeigt) umfasst, die konfiguriert sein kann, die Masse der bewegbaren Masse 5 zu ermitteln und indem sie ferner einen Beschleunigungssensor (nicht gezeigt) umfasst, der konfiguriert ist, eine zweite zeitliche Änderung einer Position der bewegbaren Masse 5 zu ermitteln. Mit Kenntnis der beschleunigten Masse, genauer der beschleunigten bewegbaren Masse 5, und Kenntnis der entsprechenden Beschleunigung lässt sich unmittelbar aus dem zweiten Newtonschen Gesetze durch einfache Multiplikation der beiden ermittelten Werte die Ist-Kraft, Fs, ermitteln. Die Wiegevorrichtung muss dazu an einer Stelle, an der ein Aufliegen der bewegbaren Masse 5 erkannt werden kann, eine Differenz zwischen einer Gewichtskraft im Falle, dass die bewegbare Masse nur unter Einfluss der Erdbeschleunigung aufliegt und im Falle, dass die bewegbare Masse nicht aufliegt, messen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Wiegevorrichtung lediglich die oben beschriebene Differenz ermitteln muss, und es daher unerheblich ist, ob weitere Massen jeweils mitgewogen werden. So ist es zum Beispiel auch möglich, die Wiegevorrichtung unter einem etliche Masseplatten umfassenden Masseplattenstapei anzubringen, von dem dann nur, zum Beispiel, die obersten beiden Massep!atten abgehoben werden. Wie bereits oben beschrieben, können mehrere Arten der Ermittlung der Ist-Kraft, Fs, sowohl alternativ zueinander als auch parallel miteinander ausgeführt werden. Liegen zwei oder mehr auf unterschiedliche Arten bestimmte Messwerte der Ist-Kraft, Fs, vor, können diese geeignet miteinander verglichen werden, womit die Integrität der Messung weiter gesteigert wird. Allgemein betrachtet es die vorliegende Erfindung als ausgesprochen vorteilhaft, wenn - ganz generell - ermittelte Größen auf verschiedene Arten und/ oder mehrfach bestimmt werden; dazu kann insbesondere auch die Sensor-Datenfusion dienen. Wie oben erwähnt, kann die Dynamik der zugrunde liegenden Bewegung bei der Sensor-Datenfusion von Bedeutung sein und ebenso die Dynamik der Änderung der ermittelten Werte.

Vorteilhafterweise kann hierbei der Beschleunigungssensor ein Bewegungssensor sein, der konfiguriert ist, die absolute oder relative Position der bewegbaren Masse 5 und deren erste und zweite zeitliche Ableitung, oder jeweils eine dazu entsprechend proportionale Größe, zu ermitteln. Es ist sowohl denkbar, dass der oben beschriebene Bewegungssensor 8 in der hier beschriebenen Konfiguration zum Einsatz kommt, als auch, dass ein zusätzlicher Bewegungssensor zum Einsatz kommt, dessen Daten dann wieder zusätzlich zu denen des bestehenden Bewegungssensors 8 verwendet werden können und aus denen auch weitere Messwerte, insbesondere nach erfolgter Sensor-Datenfusion, ermittelt werden können. Falls der oben beschriebene Bewegungssensor 8 die Beschleunigung der bewegten Masse 5 bestimmen kann, reicht es daher aus, dass die erste Kraftmesseinrichtung 1 die oben beschriebene Wiegevorrichtung umfasst, um dann aus den ermittelten Werten des Bewegungssensors 8 und der Wiegevorrichtung die an dem Hauptzugmittel 11 anliegende Ist-Kraft, Fs, zu ermitteln. Alternativ kann wiederum die durch den zusätzlichen Bewegungssensor ermittelte Beschleunigung mit der durch den Bewegungssensor 8 ermittelten Beschleunigung verglichen werden und so zum Beispiel die Integrität der Messung verbessert werden. Bei dem Hilfsantrieb kann ferner die Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 an einer ersten Stelle des Hauptzugmittels 11 einwirken, die näher an der bewegbaren Masse 5 befindlich ist als eine zweite Stelle des Hauptzugmittels 11, an der die erste Kraftmesseinrichtung 1 die Ist-Kraft, Fs, ermittelt. Somit ist gewährleistet, dass im Kraftflussverlauf innerhalb des Hauptzugmittels 11 keine Verfälschung der durch die erste Kraftmesseinrichtung 1 ermittelten Ist-Kraft, Fs, die am Hauptzugmittel 11 des Trainingsgeräts anliegt und im Wesentlichen vom Trainierenden aufzubringen ist, erfolgen kann. Wirkt die Antriebseinheit 3 erfindungsgemäß an der ersten Stelle des Hauptzugmittels 11 ein, kann auch eine besonders kompakte Ausführung des Hilfsantriebs erreicht werden.

Darüber hinaus kann die Antriebseinheit 3 einen Generator (nicht gezeigt) umfassen, wodurch es insbesondere im Falle der exzentrischen Bewegung möglich ist, dass nicht nur keine Energie verbraucht wird, sondern sogar Energie rückgewonnen werden kann, da der Generator zum Beispiel das erforderliche Bremsmoment zur Verfügung stellt, um die entsprechende Hilfskraft, Fz, aufzubringen. Da so der Energieverbrauch der Antriebseinheit 3 reduziert wird und zusätzlich Energie durch den Generator erzeugt wird, können auch eventuell vorhandene Batterien/ Akkumulatoren kleiner und günstiger ausfallen oder entsprechend länger benutzt werden. Sollten keine Batterien/ Akkumulatoren vorhanden sein, reduzieren sich durch den Generator in jedem Fall der Stromverbrauch und somit auch die Kosten; auch der Umweltschutz wird gefördert.

Vorteilhafterweise kann der Hilfsantrieb zusätzlich eine zweite Kraftmesseinrichtung (nicht gezeigt) umfassen, die konfiguriert ist, die Hilfskraft, Fz, die auf die bewegbare Masse 5 wirkt, zu ermitteln und/ oder die von der Antriebseinheit 3 effektiv geleistete Arbeit zu ermitteln. Dadurch kann eine Überprüfung der Ansteuerung der Antriebseinheit 3 erreicht werden, die Präzision der Ansteuerung erhöht werden und die Fehlererkennung verbessert werden. Auch kann in Bereichen, in denen die Ansteuerung eine Schwingung ungewollt hervorrufen könnte, diese besser vermieden werden. Wiederum kann die zweite Kraftmessei nrichtung in die Antriebseinheit 3 integriert sein, was eine kompakte geschützte Bauweise ermöglicht, die Integrität der Messung steigert und ferner eine vergleichsweise einfache Kraft-Weg-Ermittiung ermöglicht, um daraus die effektiv geleistete Arbeit zu bestimmen. Auch die zweite Kraftmesseinrichtung kann, ähnlich wie die erste Kraftmesseinrichtung, einen magnetostriktiven Sensor umfassen. Neben der effektiv geleisteten Arbeit kann dabei auch die tatsächlich momentan von der Antriebseinheit 3 bewirkte Leistung bestimmt werden. Grundsätzlich können zusätzlich oder alternativ die entsprechenden Größen auch unter Einbeziehung eines ermittelten Drehmomentes bestimmt werden.

Des Weiteren kann der Hilfsantrieb zusätzlich eine Bedieneinheit 4 (nicht gezeigt) umfassen, die konfiguriert ist, Daten an die Steuereinrichtung 2 zu übermitteln, aus denen die Steuereinrichtung 2 die Soll-Kraft, Fs.max, zusätzlich bestimmen kann. Hier ist eine Vielzahl von Ausgestaltungen denkbar. Grundsätzlich kann die Bedieneinheit 4 konfiguriert sein, die Soll-Kraft, Fs.max, und insbesondere auch ihren Verlauf beziehungsweise ihre in der Regel zeitliche Änderung vorzugeben. Beispielsweise kann aus einer Anzahl verschiedener Trainingsprogramme ausgewählt werden, aus denen sich dann die jeweils gültige Soll-Kraft, Fs.max, bestimmt. Hier kann auch eine vergleichsweise einfache Steuereinrichtung 2 zum Einsatz kommen, die zusätzlich zu den von der Bedieneinheit 4 erhaltenen Verläufen der Soll-Kraft, Fs.max, keine oder nur in geringem Umfang weitere Berechnungen durchführt, um die Soll-Kraft, Fs.max, zu bestimmen. Es ist folglich auch ein grundsätzlich modularer Aufbau denkbar, der ganz ausdrücklich auch Redundanzen vorsehen kann, sprich verschiedene Einheiten können gleiche oder ähnliche Berechnungen durchführen. Damit wird die Flexibilität und das Einsatzspektrum des Hilfsantriebs weiter gesteigert.

Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 2 zusätzlich konfiguriert sein, Daten an die Bedieneinheit 4 und/oder an eine IT-Infrastruktur (nicht gezeigt) zu übermitteln und Daten von der IT-Infrastruktur zu empfangen. Die Bedieneinheit 4 kann ferner konfiguriert sein, Daten einer äußeren Messeinheit (nicht gezeigt) und/ oder Daten von der IT-Infrastruktur zu empfangen und/oder an die !T-!nfrastruktur zu übermittefn. Damit ist es zum Beispiel möglich, dem Trainierenden anzuzeigen, wie er Soll-Verläufen am besten folgen kann beziehungsweise gefolgt ist. Ferner können Ergebnisse, zum Beispiel die Zahl der Zyklen oder die seitens des Trainierenden aufgebrachte Arbeit oder momentane Größen wie die momentan erbrachte Leistung, an die Bedieneinheit 4 übermittelt werden, um so Informationen bereit zu stellen und eine Überprüfung eines gewählten Ziels zu gewährleisten. Des Weiteren können die Daten auch zur Analyse und Auswertung an die IT-Infrastruktur, etwa einen Rechner oder eine Cloud, übertragen werden. Insbesondere die zeitliche Entwicklung des Trainierenden kann so gut dargestellt und überprüft werden, und es können eventuell dienliche Anpassungen vorgenommen werden. Vorteilhafterweise können auch statisch oder dynamisch ermittelte Größen des Trainierenden über die Bedieneinheit, entweder durch Eingabe oder durch Datenweiterleitung, an die Steuereinrichtung 2 erfolgen oder aber die entsprechenden Berechnungen in der Bedieneinheit 4 selbst durchgeführt werden. Denkbar sind hier neben zum Beispiel Größe, Gewicht, Alter, Geschlecht des Trainierenden auch andere biometrische Werte oder (momentane) Herz- Kreislaufwerte, die zur Ermittlung eines entsprechenden Trainingsplans geeignet sind. Die Vorgabe für die letztendlich erzeugten Soll-Kraft-Verläufe, Fs.max, können dabei auch aus einer (eventuell zweiten) IT-Infrastruktur, etwa einem zweiten Rechner oder einer zweiten Cloud, stammen. Ebenso können sie aber in der Bedieneinheit 4 selbst erzeugt werden oder auch in der Steuereinrichtung 2. Auch kann die Anpassung der Soll-Kraft, Fs.max, kontinuierlich verlaufen: es kann zum Beispiel die IT-Infrastruktur die ermittelten Herz-Kreislaufwerte von der Bedieneinheit 4 erhalten und zwar zusammen mit den Daten, die die Steuereinrichtung 2 an die Bedieneinheit 4 übermittelt. Die IT-Infrastruktur kann dann wiederum eine entsprechende Anpassung der Soll-Kraft, F$,_max, vornehmen und über die Bedieneinheit 4 an die Steuereinrichtung 2 übermitteln. Einschränkungen auf eine einzige bestimmte Struktur sind daher nicht notwendig. Gerade die prinzipielle Redundanz zur Ermittlung und Vorgabe der Soll-Kraft, Fs._ma_x, kann als besonders vorteilhaft angesehen werden, da je nach (momentaner) Datenverfügbarkeit und Rechenleistungsfähigkeit verschiedene Einheiten besonders geeignet sein können. Über eine (Funk-)Netzwerk-Verbindung ist es insbesondere auch möglich, dass Daten und Verläufe übertragen und analysiert werden, ohne dass dazu ein Bediener sich physisch am Ort des Hilfsantriebs befindet. Auch ist es so möglich, dass ein bestimmter Trainierender an verschiedenen erfindungsgemäßen Hilfsantrieben quasi automatisch ein speziell auf ihn angepasstes Trainingsprogramm vorfindet und seine Trainingsergebnisse wiederum zentral erfasst und ausgewertet werden können.

Vorteilhafterweise kann der Hilfsantrieb ferner ein Hilfszugseil 12 umfassen, das sowohl mit der Antriebseinheit 3 als auch der bewegbaren Masse 5 mittelbar, wie in Figur 1 gezeigt, oder unmittelbar, wie in Figur 10 gezeigt, verbunden ist und somit die Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 hersteilt. Die in Figur 10 gezeigte unmittelbare Verbindung kann als besonders wenig komplex und damit störanfällig gelten. Das Hilfszugseil 12 kann neben etwa einem Riemen als besonders geeignet erscheinen, eine platzsparende und sichere Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 herzustellen. Standardmäßig sind eine Vielzahl von spezifizierbaren Seilen für die unterschiedlichsten Anforderung konzipiert und verfügbar, wodurch sich auch deren Kosten in Grenzen halten. Darüber hinaus wären auch eine hydraulische Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 denkbar, ferner weitere mechanische Verbindungen - zum Beispiel mittels eines Getriebes, das etwa auch eine Rutschkupplung umfassen kann.

Darüber hinaus kann die Antriebseinheit 3 als Seiltrommel, siehe Figur 1, ausgeführt sein, wodurch das Hilfszugseil 12 besonders platzsparend und sicher aufgespult werden kann. Dies schützt zum einen vor möglichen Beschädigungen, zum anderen können auch ungewünschte Kontakte zu anderen Elementen, etwa dem Hauptzugmittel 11, vermieden werden - gerade auch wenn ein relativ langer Bereich des Hilfszugseils 12 aufgespult wurde. Auch eine mögliche Verletzungsgefahr des Trainierenden oder weiterer Personen kann so minimiert werden. Darüber hinaus kann die Seiltrommel über einen Einklemmschutz {nicht gezeigt) verfügen.

Besonders vorteilhafterweise kann die Antriebseinheit 3 auch konfiguriert sein, stets ein ausreichendes Drehmoment vorzusehen, um das Hilfszugseil 12 aufzuspulen, wodurch die Sicherheit weiter gesteigert werden kann, da auf Grund der im Hilfszugseil 12 vorherrschenden Spannung die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes mit anderen Elementen minimiert werden kann und ferner das Ansprechverhalten, insbesondere auf Grund des fehlenden Spiels, weiter verbessert werden kann.

Erfindungsgemäß ist auch ein System, das das Trainingsgerät und den Hilfsantrieb für das Trainingsgerät mit den oben beschriebenen Merkmalen umfassen kann, wobei die bewegbare Masse 5 eine oder mehrere Gewichtsplatten umfasst, die mittels eines Mitnahmeschwertes 6a und eines Steckstiftes 6b verbunden sind und in zwei im Wesentlichen parallelen Führungsstangen 7a und 7b bewegbar sind, wobei die Verbindung der bewegbaren Masse 5 zum Hauptzugmittel 12 über das Mitnahmeschwert 6a erfolgt. Damit kann besonders einfach und verlässlich die insgesamt bewegbare Masse 5 definiert werden und auch ihre sichere Führung gewährleistet werden. Da das Mitnahmeschwert 6a in der Regel mit einem breiteren Bereich auf der obersten Masseplatte aufliegt als ein in der Masseplatte geführter Querschnitt des Mitnahmeschwertes 6a als Durchmesser aufweist, gewährleistet das Mitnahmeschwerte 6a zusammen mit dem Steckstift 6b, dass die bewegbare Masse 5, auch wenn sie mehrere Gewichtsplatten beziehungsweise Masseplatten umfasst, zusammengehalten wird.

Figur 3 zeigt eine zweite Ansicht des Hilfsantriebs. Vorteilhafterweise, siehe Figur 1 bis 3, kann der Hilfsantrieb des Systems zusätzlich zwei äußere Umlenkrollen 19a und 19b und zwei hintere Umlenkrollen 20a und 20b umfassen, die mit der bewegbaren Masse 5 durch eine erste und eine zweite Verbind ungsvorrichtung 13a und 13b verbunden sind, ferner eine erste obere Klemmvorrichtung 10a, die an einer der beiden parallelen Führungsstangen 7a kraftschlüssig angebracht ist und eine zweite obere Klemmvorrichtung 10b, die an der anderen der beiden parallelen Führungsstangen 7b kraftschlüssig angebracht ist, wobei die erste obere Klemmvorrichtung 10a ein erstes Ende des Hilfszugseils 12 aufnehmen kann, das Hilfszugseil 12 durch die beiden äußeren Umlenkrollen 19a und 19b und durch die beiden hinteren Umlenkrollen 20a und 20b geführt werden kann, und die Antriebseinheit 3 ein zweites Ende des Hilfszugseils 12 aufnehmen kann. Dadurch kann das System so ausgestaltet sein, dass die Antriebseinheit 3 mittels der Hilfskraft, Fz, derart auf die bewegbare Masse 5 einwirkt, dass diese parallel zu den beiden parallelen Führungsstangen 7a und 7b geführt wird, ohne dass dabei ein resultierendes und damit bremsendes Moment erzeugt würde. Dies verringert die Reibung, damit den Widerstand und auch den Verschleiß und ermöglicht daher eine gesteigerte Präzision der gesteuerten Belastung des Trainierenden. Dazu zeigt Figur 4 eine erste Schnitt-Ansicht des Hilfsantriebs entlang der Linie K-K der Figur 3. Wie in Figur 4 gezeigt, liegen, um das unerwünschte Moment zu verhindern, im Wesentlichen vertikale Abschnitte des Hauptzugmittels 11, des Hilfszugseils 12 und beider Mittelachsen der beiden parallelen Führungsstangen 7a und 7b im Wesentlichen in einer Ebene. Erfindungsgemäß muss im Falle des gezeigten einfachen Flaschenzugs die Antriebseinheit 3 nur die Hälfte der insgesamt auf die bewegbare Masse 5 wirkenden Hilfskraft, Fz, aufbringen, weshalb sie auch kompakter ausfallen kann. Selbstverständlich sind die entsprechend ermittelten oder vorzugebenden Größen anzupassen. Zusätzlich zur oben beschriebenen Antriebseinheit 3, die das zweite Ende des Hilfszugseils 12 aufnimmt, kann der Hilfsantrieb ferner eine zweite Antriebseinheit (nicht gezeigt) umfassen, die statt der ersten oberen Klemmvorrichtung 10a das erste Ende des Hilfszugseils 12 aufnimmt. Es kann dann zum Beispiel bauartbedingt möglich sein, mittels der Steuereinrichtung 2 eine der beiden Antriebseinheiten sehr schnell anzusteuern und die andere sehr präzise anzusteuern, wodurch sich beide vorteilhaft kombinieren lassen.

Wie in Figur 2 gezeigt, kann dabei die zweite Verbindungsvorrichtung 13b mit einer zweiten Gieitbuchse 14b, die wiederum fest mit der bewegbaren Masse 5 verbunden ist, als eine zweite untere Klemmvorrichtung ausgeführt werden; im Bereich der ersten Führungsstange 7a umfasst der Hilfsantrieb entsprechend eine erste Verbindungsvorrichtung 13a, die mit einer ersten Gleitbuchse 14a, die wiederum fest mit der bewegbaren Masse 5 verbunden ist, als eine erste untere Klemmvorrichtung. Zur Befestigung der beiden unteren Klemmvorrichtungen sowie der beiden oberen Klemmvorrichtungen 10a und 10b können jeweils eine oder mehrere Schraubverbindungen vorgesehen sein. Die Klemmvorrichtungen können dabei ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Eine zweiteilige Ausführungsform mit jeweils zwei Schraubverbindungen erlaubt eine besonders einfache Montage sowohl an den Gleitbuchsen 14a und 14b {siehe Figur 4} als auch an den beiden parallelen Führungsstangen 7a und 7b. Das (teilweise) Lösen einer der Schraubverbindungen ist in der Regel geeignet, sowohl einen rotatorischen als auch einen translatorischen Freiheitsgrad einzustellen. Mithin kann eine Feinjustierung sehr schnell erfolgen. Die beiden äußeren Umlenkrollen 19a und 19b und die beiden hinteren Umlenkrollen 20a und 20b lenken dabei das Hilfszugseil 12 jeweils im Wesentlichen um 90° um.

In Figur 5 und Figur 6 ist gezeigt, dass die erste und die zweite Verbindungsvorrichtung 13a und 13b auch über je eine dritte Verbindungsvorrichtung 13c miteinander verbunden sein können. Die Verbindung aller genannten Verbindungsvorrichtungen zur bewegbaren Masse 5 wiederum erfolgt mittels je eines Sicherungsbolzens 6c in jeder der beiden dritten Verbindungsvorrichtungen 13c. Dadurch, dass hier auf die beiden unteren Klemmvorrichtungen verzichtet werden kann, kann auch keinerlei negativer Einfluss auf die Gleitbuchsen 14a und 14b ausgeübt werden, wodurch möglicherweise erhöhte Reibung zwischen den Gieitbuchsen 14a und 14b und den beiden parallelen Führungsstangen 7a und 7b entstehen könnte.

In Figur 7 bis Figur 9 ist gezeigt, dass alternativ die erste und die zweite Verbindungsvorrichtung 13a und 13b auch mittels eines ersten und eines zweiten Befestigungsgurtes 9a und 9b direkt mit der obersten Masseplatte und damit mit der bewegbaren Masse 5 verbunden werden kann. Besonders vorteil hafterweise befinden sich dabei eine Mittellinie des jeweiligen Befestigungsgurtes 9a oder 9b und der entsprechende vertikale Abschnitt des Hilfszugseiis 12 jeweils im Wesentlichen in einer Ebene. Dadurch kann vermieden werden, dass über die beiden äußeren Umlenkrollen 19a und 19b ein auf die erste oder die zweite Verbindungsvorrichtung 13a und 13b wirkendes Drehmoment erzeugt wird. Vorteiihafterweise kann der erste und der zweite Befestigungsgurt 9a und 9b je über eine erste und eine zweite Spannvorrichtung 15a und 15b gespannt werden. Dies ermöglicht eine zügige werkzeugfreie Montage der ersten und der zweiten Verbindungsvorrichtung 13a und 13b mit der obersten Masseplatte.

Wie in Figur 10 gezeigt, kann ferner die Verbindung der Antriebseinheit 3 mit der bewegbaren Masse 5 derart erfolgen, dass die bewegbare Masse 5 mit einem ersten Ende des Hilfszugseiis 12 direkt verbunden ist und die Antriebseinheit 3 ein zweites Ende des Hilfszugseiis 12 aufnimmt. Diese besonders kompakte Bauweise minimiert die Fehleranfälligkeit und den Wartungsaufwand. Darüber hinaus kann die Seillänge des Hilfszugseiis 12 in etwa halbiert werden, wenn man eine gleiche Hubhöhe der bewegbaren Masse 5 annimmt, da der einfache Flaschenzug entfällt. Ist ein geringeres Drehmoment der Antriebseinheit 3 gewünscht oder erfordert, kann selbstverständlich auch ein mehrfacher Flaschenzug (nicht gezeigt) zum Einsatz kommen, um die Verbindung zwischen der Antriebseinheit 3 und der bewegbaren Masse 5 herzustellen.

Die einzelnen Merkmale der Erfindung sind selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Kombinationen von Merkmalen im Rahmen der vorgestetlten Ausführungsbeispiele beschränkt und können in Abhängigkeit vorgegebener Parameter auch in anderen Kombinationen eingesetzt werden. 1: erste Kraftmesseinrichtung

2: Steuereinrichtung

3: Antriebseinheit

4: Bedieneinheit

5: bewegbare Masse

6a: Mitnahmeschwert

6b: Steckstift

6c: Sicherungsbolzen

7a, 7b: Führungsstange

8: Bewegungssensor

9a, 9b: Befestigungsgurt

10a, 10b: obere Klemmvorrichtung

11: Hauptzugmittel

12: Hilfszugseil

13a, 13b, 13c: Verbindungsvorrichtung 14a, 14b: Gleitbuchse

15a, 15b: Spannvorrichtung

19a, 19b: äußere Umlenkrolle

20a, 20b: hintere Umlenkrolle

Claims

Patentansprüche

1.) Hilfsantrieb für ein Trainingsgerät, welcher eine erste Kraftmesseinrichtung (1), eine Steuereinrichtung (2) und eine Antriebseinheit (3) umfasst, wobei

die Steuereinrichtung (2) konfiguriert ist, eine Soll-Kraft (Fs.max) zu bestimmen, die erste Kraftmesseinrichtung (1) konfiguriert ist, eine Ist-Kraft (Fs) zu ermitteln, die an einem Hauptzugmittel (11) anliegt, die im Wesentlichen durch eine Beschleunigung einer bewegbaren Masse (5), die mit dem Hauptzugmittel (11) verbunden ist, hervorgerufen wird, und wobei die erste Kraftmesseinrichtung (1) ferner konfiguriert ist, die ermittelte Ist-Kraft (Fs) an die Steuereinrichtung (2) zu übermitteln,

die Steuereinrichtung (2) ferner konfiguriert ist, die Ist-Kraft (Fs) mit der Soll-Kraft (Fs.max) zu vergleichen und die Antriebseinheit (3) so anzusteuern, dass, falls die Ist- Kraft (Fs) die Soll-Kraft (Fs.max) übersteigt, durch eine Verbindung der Antriebseinheit (3) mit der bewegbaren Masse (5) eine Hilfskraft (Fz) auf die bewegbare Masse (5) wirkt, die eine Komponente entgegengesetzt einer Erdbeschleunigung aufweist.

2.) Hilfsantrieb nach Anspruch 1, wobei

die Steuereinrichtung (2) ferner konfiguriert ist, die Antriebseinheit (3) so anzusteuern, dass, falls die Ist-Kraft (Fs) die Soll-Kraft (Fs.max) übersteigt,

die Hilfskraft (Fz) die an dem Hauptzugmittel (11) anliegende und ermittelte Ist-Kraft (Fs) reduziert.

3.) Hilfsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei

die Hilfskraft (Fz) die an dem Hauptzugmittel (11) anliegende und ermittelte Ist-Kraft (Fs) im Wesentlichen auf die Soll-Kraft (Fs.max) reduziert.

4.) Hilfsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei

der Hilfsantrieb zusätzlich umfasst, einen Bewegungssensor (8), der konfiguriert ist, eine Bewegungsrichtung der bewegbaren Masse (5) zu bestimmen und an die Steuereinrichtung (2) zu übermitteln, und

die Steuereinrichtung (2) ferner konfiguriert ist, die Soll-Kraft {F_s,max) zusätzlich in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung der bewegbaren Masse (5) zu bestimmen.

5.) Hiifsantrieb nach Anspruch 4, wobei

der Bewegungssensor (8) konfiguriert ist, eine absolute oder relative Position der bewegbaren Masse (5) und/ oder deren erste und/ oder zweite zeitliche Ableitung, oder jeweils eine dazu entsprechend proportionale Größe, zu ermitteln und an die Steuereinrichtung (2) zu übermitteln, und

die Steuereinrichtung (2) ferner konfiguriert ist, die Soll-Kraft ( Fs.max) zusätzlich in Abhängigkeit der Position der bewegbaren Masse (5) und/ oder ihrer ersten und/ oder ihrer zweiten zeitlichen Ableitung zu bestimmen.

6.) Hilfsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei

der Bewegungssensor (8) in die Antriebseinheit (3) integriert ist.

7.) Hiifsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei

die erste Kraftmesseinrichtung (1) konfiguriert ist, zum Ermitteln der Ist-Kraft (Fs) eine Spannung des Hauptzugmittels (11) zu ermitteln.

8.) Hilfsantrieb nach Anspruch 7, wobei

die erste Kraftmesseinrichtung (1) konfiguriert ist, die Spannung des Hauptzugmittels (11) mittels einer Auslenkung zu ermitteln.

9.) Hiifsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei

die erste Kraftmesseinrichtung (1) konfiguriert ist, zum Ermitteln der Ist-Kraft (Fs) eine Dehnung des Hauptzugmittels (11) zu ermitteln.

10.) Hiifsantrieb nach Anspruch 9, wobei die erste Kraftmesseinrichtung (1) ein Dehnmessstreifen ist und/ oder einen magnetostriktiven Sensor umfasst.

11.) Hilfsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei

die erste Kraftmesseinrichtung (1) konfiguriert ist, die Ist-Kraft (Fs) zu ermitteln, indem sie eine Wiegevorrichtung umfasst, die konfiguriert ist, die Masse der bewegbaren Masse (5) zu ermitteln und indem sie ferner einen Beschleunigungssensor umfasst, der konfiguriert ist, eine zweite zeitliche Änderung einer Position der bewegbaren Masse (5) zu ermitteln.

12.) Hilfsantrieb nach Anspruch 11, wobei

der Beschleunigungssensor ein Bewegungssensor (8) ist, der konfiguriert ist, die absolute oder relative Position der bewegbaren Masse (5) und deren erste und zweite zeitliche Ableitung oder jeweils eine dazu entsprechend proportionale Größe zu ermitteln.

13.) Hilfsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei

die Verbindung der Antriebseinheit (3) mit der bewegbaren Masse (5) an einer ersten Stelle des Hauptzug ittels (11) einwirkt, die näher an der bewegbaren Masse (5) befindlich ist als eine zweite Stelle des Hauptzugmittels (11), an der die erste Kraftmesseinrichtung (1) die Ist-Kraft (Fs) ermittelt.

14.) Hilfsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei

die Antriebseinheit (3) einen Generator umfasst.

15.) Hilfsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei

der Hilfsantrieb zusätzlich umfasst

eine zweite Kraftmesseinrichtung, die konfiguriert ist, die Hilfskraft (Fz), die auf die bewegbare Masse (5) wirkt, zu ermitteln.

16.) Hilfsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Hilfsantrieb zusätzlich umfasst

eine Bedieneinheit (4), und

die Bedieneinheit (4) konfiguriert ist, Daten an die Steuereinrichtung (2) zu übermitteln, aus denen die Steuereinrichtung (2) die Soll-Kraft (Fs max) zusätzlich bestimmt

17.) Hilfsantrieb nach Anspruch 16, wobei

die Steuereinrichtung (2) ferner konfiguriert ist, Daten an die Bedieneinheit (4) und/oder an eine IT-Infrastruktur zu übermitteln und Daten von der IT-Infrastruktur zu empfangen und

die Bedieneinheit (4) ferner konfiguriert ist, Daten einer äußeren Messeinheit und/ oder von der IT-Infrastruktur zu empfangen und/oder an die IT-Infrastruktur zu übermitteln.

18.) Hilfsantrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei

der Hilfsantrieb zusätzlich umfasst

ein Hilfszugseil (12), das mit der Antriebseinheit (3) und der bewegbaren Masse (5) verbunden ist und somit die Verbindung der Antriebseinheit (3) mit der bewegbaren Masse (5) herstellt.

19.) Hilfsantrieb nach Anspruch 18, wobei

die Antriebseinheit (3) als Seiltrommel ausgeführt ist.

20.) Hilfsantrieb nach Anspruch 19, wobei

die Antriebseinheit (3) konfiguriert ist, stets ein ausreichendes Drehmoment vorzusehen, um das Hilfszugseil (12) aufzuspulen.

21.) System, umfassend das Trainingsgerät und den Hilfsantrieb für das Trainingsgerät nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die bewegbare Masse (5) eine oder mehrere Gewichtsplatten umfasst, die mittels eines Mitnahmeschwertes (6a) und eines Steckstiftes (6b) verbunden sind und in zwei parallelen Führungsstangen (7a, 7b) bewegbar sind, und

die Verbindung der bewegbaren Masse (5) zum Hauptzugmittel (11) über das Mitnahmeschwert (6a) erfolgt.

22.) System nach Anspruch 21, wobei

der Hilfsantrieb zusätzlich umfasst

zwei äußere Umlenkrollen (19a, 19b) und zwei hintere Umlenkrollen (20a, 20b), die mit der bewegbaren Masse (5) durch eine erste und eine zweite Verbindungsvorrichtung (13a, 13b) verbunden sind,

eine erste obere Klemmvorrichtung (10a), die an einer der beiden parallelen Führungsstangen (7a, 7b) kraftschiüssig angebracht ist und

eine zweite obere Klemmvorrichtung (10b), die an der anderen der beiden parallelen Führungsstangen (7a, 7b) kraftschlüssig angebracht ist,

wobei,

die erste obere Klemmvorrichtung (10a) ein erstes Ende des Hiifszugseiis (12) auf nimmt,

das Hilfszugseil (12) durch die beiden äußeren Umlenkrollen (19a, 19b) und durch die beiden hinteren Umlenkrollen (20a, 20b) geführt wird, und

die Antriebseinheit (3) ein zweites Ende des Hilfszugseils (12) aufnimmt.

23.) System nach Anspruch 21, wobei

die Verbindung der Antriebseinheit (3) mit der bewegbaren Masse (5) erfolgt, indem die bewegbare Masse (5) mit einem ersten Ende des Hilfszugseils (12) verbunden ist und die Antriebseinheit (3) ein zweites Ende des Hiifszugseiis (12) aufnimmt.