TWI253947B - Resistance assebly - Google Patents

Description

1253947 玖、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明涉及一種用於健身器械的阻力總成。 (二） 先前技術 健身器械使用例如配重、配重板、彈性帶、彈簧和類似 物來提供使用者可以用來健身的阻力。已經發現在許多這 些器械中根據情況作爲使用者克服阻力運動其手臂或腿的 距離的行程長度必須合理的長，並因此健身器械的尺寸必 須很大。 最好是使用者在該行程長度上經受大致恒定的阻力。如 果使用彈簧或其類同部件來提供該阻力，如公知，彈簧的 特性是其阻力隨彈簧變形或多或少線性地增加。換言之， 該阻力裝置運動越大，抵抗使用者運動的阻力越大。這當 然不是所需的性能。 如果使用一個或多個配重來提供阻力，在行程長度上可 以獲得大致恒定的阻力。當身體強健的使用者使用健身器 械時，必須提供的配重的數量是可觀的，並且所伴隨的缺 點是健身器械不容易運輸，並且不可避免的是健身器械非 常苯重並輸送給消費者的成本很高。 另一個因素是作爲當能量通過使用者輸入健身器械時通 過該阻力裝置顯示出來的阻力的正阻力應該儘可能與儲存 在該健身器械中的能量在返回行程上釋放時造成的負阻力 相同。如果摩擦和類似的損失最小化，這些力只可以至少 在某些程度上相互匹配。 -5- 1253947 特別對於針對家庭使用者的裝置，可以相對方便的方式 調整由健身器械顯示的阻力。如所述，該健身器械應該緊 湊並重量輕，使其適合運輸和儲藏◦還希望能夠以至少兩 種模式使用該器械，即通過向下拉動可以是例如手柄、桿 、踝套或腕套或類似物的致動裝置克服阻力，或者通過向 上拉動致動裝置克服阻力。這些模式只通過實例給出，使 得該健身器械可構造成提供克服例如使用者的推動或轉動 的任何類型運動的阻力。

(三）發明內容

本發明提供一種用於健身器械的阻力總成，該健身器械 包括具有第一截面面積的細長的第一缸，使用時用氣體加 壓的第一缸的內部，帶有第一端部和第二端部的細長構件 ，該細長構件部分延伸到該第一缸內，其中該第一端部位 於該第一缸的內部，第二端部位於該第二缸的外部，該細 長構件安裝成在其縱向相對於該第一缸進行往復運動，其 中該細長構件在運動進入該第一缸內部的距離爲〖時，所 移動氣體的容積由表達式〖X a給出，其中a是小於第一橫 截面面積的第二橫截面面積，在從位於細長構件上的該第 一缸外部的位置和該第一缸上位置中所選擇的位置處的構 造用於連接到致動裝置上由此使用者可造成該細長構件相 對於該第一缸的運動。 該阻力總成可包括通過氣體加壓該第一缸內部的設備。 在一個實施例中，該細長構件是帶有中空內部的管件， 該第一端部開口並與該第一缸的內部連通，並且該第二端 -6- 1253947 部密封。 最好是該中空內部的橫截面面積等於該第二橫截面面積。 在本發明的第二形式中，該細長構件具有等於該第二橫 截面面積的橫截面面積。 在本發明的該形式中，該細長構件可以是實體的，或者 如果是管件，其內端部是密封的。 該總成可包括有帶內和外側的活塞頭，該活塞頭固定在 該細長構件的第一端部上，並與該第一缸的內表面接合， 並用來引導該細長構件的往復運動’並且其中在該第一缸 的內部，該活塞頭的內側上的氣體壓力與該活塞頭外側上 的氣體壓力相同。 該活塞頭在該第一缸的內部並在該活塞頭的內側和該活 塞頭的外側之間包括至少一使得氣體自由運動的構造。 該至少一構造可以是位於活塞頭內並在活塞頭的內側和 外側之間的通道。 在本發明的另一形式中，該阻力總成包括至少部分位於 該第一缸內並包括內端部和外端部的第二缸，該第二缸內 部的至少一部分通過該內端部與該第一缸的內部氣體連通 •，部分延伸到該第二缸內的細長構件，其中該細長構件的 第一端部位於該第二缸的內部’並且該細長構件的第二端 部從該第二缸的外端部延伸’該細長構件的往復運動發生 在該第二缸內；以及位於該細長構件的第一端部處的活塞 頭，該活塞頭與該第二缸的相對內表面密封和往復運動地 接觸。 1253947 (四）實施方式： 本發明將通過實例參考附圖進行說明： 第1〜3圖表示使用按照本發明第一形式的阻力總成的 健身器械1 0 ° 該健身器械包括框架1 2 ’該框架連接有座椅1 6，使用者 可坐在座椅上’用於使用者背部的罪背1 8定位在座椅上。 爲了儲藏和運輸的目的，通常由一個或多個支桿2 0支承的 座椅1 6可以向下折疊，使其大致平行於框架，同時以類似 的方式由一個或多個支桿2 2支承的靠背可以向框架樞轉 以便採取緊湊的位置。特別是如果該靠背運動到框架該框 架的緊湊儲藏位置時’結構2 4可使用在框架的上端部上以 便用於載有健身順序的信息的卡片的保持器。 該框架通過向下懸置的U形構件2 8相對於地面2 6支承 在傾斜位置上，該u形構件在樞轉點3 0處連接在框架i 2 後側的支架3 2上。U形構件2 8可向內朝框架1 2運動以便 於儲藏和運輸，或如第1圖所示可運動離開框架以便爲框 架提供最大程度的穩定支承。 該健身器械在框架底部包括踏板3 6。該踏板形成殼體， 電動馬達3 8和由馬達驅動並通過柔性管4 2將空氣輸送到由 框架1 2支承的缸4 4的空氣栗或壓縮機4 0定位在殼體中。 踏板殼體的上表面4 6是鋸齒形的或進行粗糙化，而且提 供作用表面，定位在座椅上的使用者的腳作用在該作用表 面上。 柔線電線5 0從馬達延伸到主電源上’未不出。踏板3 6 上的開關5 2可通過使用者的腳致動以便將馬達3 8連接在 -8- 1253947 主電源上或將該電源關閉。以此方式，馬達3 8的操作可以 進行控制。壓力釋放閥60通過柔性線62連接在缸44上。 壓力釋放閥還可通過使用者的腳來操作◦由此使用者可以 將壓縮機開啓並由此加壓缸4 4 ;將壓縮機關閉，或通過致 動閥6 0來降低缸內的壓力。 按照本發明的第一形式，缸4 4連接在活塞7 〇上以便組 成爲使用者提供阻力總成7 2。其實施方法在下面描述。缸 44具有密封並安裝在下部的帶輪承載件76上的下端部74 。活塞7 0具有安裝成在缸內往復運動的活塞頭7 8和從該 頭延伸的活塞桿8 0。桿的上端部安裝在位於上部的帶輪承 載件8 2上。 第一滑輪和纜繩系統84安裝成作用在下承載件76上， 同時第二滑輪和纜繩系統8 6安裝成作用在上承載件8 2上 。系統8 4包括一對通過一系列滑輪9 2 A〜9 2 E之上的纜繩 9 0相互連接的手柄8 8 A和8 8 B。滑輪9 2 C通過經過該承載 件上的滑輪1 〇 〇 A和1 0 〇 B之上的纜繩9 8連接在承載件7 6 上。纜繩9 8的端部連接在框架1 2上的錨固點1 〇 2上。 系統86分別具有位於通過滑輪1 12A〜112E之上的纜繩 1 1 〇的框架的下側處的手柄1 0 8 A和1 0 8 B ◦滑輪1 1 2 C通過 經過安裝在該支承件上的滑輪1 1 6 A和1 1 6B之上的纜繩1 1 4 連接在承載件8 2上。 從第2圖看出活塞頭78只作用在缸內引導容積內。活塞 頭形成多個以缺口或切口 1 2 0爲形式的構造，該構造限定 通過該活塞頭的通道並因此活塞頭一側上的缸內壓力與該 -9- 1253947 頭的相對側上的壓力相同。 活塞桿8 0是帶有中空內部1 2 2的管件。插塞1 2 4密封桿 8 0的上_部。連接在活垂頭7 8上的桿的下端部開口’並 形成使得缸4 4的內部與桿的中空內部連通的開口 1 2 6。

當使用健身器械時，框架1 2定位成使其具有第1圖所示 的定向。使用者可在健身時坐、跪或站立。假設使用者通 過其背邰貼靠靠背1 8來將自己定位在座椅1 6上。使用者 用他的一只腳致動開關5 2並且馬達3 8啓動並接著驅動壓 縮機4 0。一旦缸4 4的內部已經加壓到所需空氣壓力時， 馬達關閉。如果缸內壓力過高，壓力釋放閥6 0致動使得空 氣從缸內釋放。因此使用者可使用腳操作的控制裝置5 2和 6 〇相對容易地調整或控制缸內壓力。

假設使用者抓握上手柄8 8 A和8 8 B並將手柄向下拉，如 第3圖箭頭1 3 〇所示。由於滑輪和纜繩系統84，下部的帶 輪承載件7 6升高並且缸隨著通過往復運動進入缸內的活 塞升高。當桿8 0被迫進入缸時，產生趨於反作用所示運動 的阻力。由缸和中空活塞桿8 0內的加壓空氣佔據的有效容 積根據桿延伸到缸4 4內的程度來減少。 如果缸4 4內部的壓力相對較高，那麼需要相當大的力運 動桿8 0進入缸。但是由於與缸4 4的容積相比，桿8 0的內 部容積相對較小，當桿以更大程度連動到缸內時’需要將 桿運動到缸內的力只略微增加。換言之，在由手柄8 8 A和 8 8B的向下運動表示的行程長度上’由活塞和缸總成72表 示的阻力只略微增加。 -10- 1253947 由於系統8 4的機械增益，手柄8 8 A和8 8 B的行程長度 是活塞進入缸的行程長度的四倍。因此與健身器械的行程 長度相比，活塞和缸總成π]相對緊湊。所伴隨的優點在於 當總成伸縮時，由於活塞相對於缸的傳動程度受到限制， 缸內壓力的變化受到限制。 在總成7 2的所述伸縮運動期間’活塞桿的上端部由承載 件8 2支承，該承載件繼而通過框架1 2上的支承構件或結 構1 4 0支承。另一方面，當抓握手柄1 〇 8 Α和1 0 8 Β並以箭 頭1 4 2的方向向上拉時，上承載件8 2向下運動並且通過框 架上與支承構件1 4 0相對的支承或支承構件1 4 6防止安裝 在下承載件7 6上的缸4 4的下端部7 4運動。 與活塞進入缸的行程長度相比，手柄1 〇 8 A和1 0 8 B顯示 出與手柄8 8 A和8 8 B相同的相對長的行程長度。 健身器械1 〇具有多個顯著的優點。首先，使用者可以調 整缸44內的壓力，並且這意味著使用者按照其身體條件即 使在健身時也可調整阻力。根據情況不同，使用者不需要 從手柄8 8或1 0 8上脫開手即可進行調整。其次，如所述， 當使手柄8 8或1 0 8時造成的行程長度是活塞進入缸的行程 長度的四倍。這使得健身器械具有緊湊的結構。 第三，每個系統8 4和8 6內的滑輪的數量相對少，並且 這意味著摩擦損失保持很低◦因此由活塞和缸總成72顯示 的正阻力（即當手柄8 8在箭頭1 3 0的方向上運動時或手柄 1 0 8在箭頭1 4 2的方向上運動時所產生的力）只略微大於作 爲當缸4 4內的空氣膨脹以便將活塞和缸總成恢復到其延 1253947 伸位置時產生的力的負阻力。 已經提到的另一優點在於當桿運動到缸內時需要驅動活 塞桿進一步進入缸的力只略微增加。該力是缸內壓力的函 數，並且如果該壓力足夠高，當活塞運動到缸內時力的相 對增加是比較低的。力增加的程度是缸4 4和中空桿8 〇內 部的相對容積的函數。

該健身器械重量輕。該阻力通過使用缸和活塞總成產生 的，該總成通過使用者將空氣加壓到可以調整的選擇和受 控的水平上。該健身器械可緊湊地折疊成相對平的配置， 在不使用時可例如儲藏在床下或門後。在這種情況下，應 該看到壓縮機和馬達安裝在殼體3 6內並因此與該健身器 械整體相關。如第1圖彎曲箭頭i 5 8所示，需要時殻體可 向上折疊到靠近框架的緊湊的儲藏位置。該健身器械因此 是彎曲整裝的單元並只需要連接到電源上以便操作。然而 ’可採用相同原理來設置健身器械，該器械可以是多個類 似器械之一並通過遠程安裝的壓縮機加壓。如果需要每個 器械中的壓力可通過每個各自使用者控制。 在每種情況下，該控制是腳操作的。但是還可採用手操 作、速驅動或聲音驅動控制裝置來調整缸內壓力。 按照本發明的第二形式，第4圖示意表示阻力總成1 6 0 用來代替第2和3圖所示阻力總成7 2。阻力總成1 6 0具有 多個與總成7 2的類似處，其中相同的參考標號用來表示相 同的部件。總成丨6〇未表示安裝成健身器械中。它可以與 總成7 2相同的方式使用，如第1〜3圖所示，或使用在適 -12- 1253947 當設計的任何其他健身器械中。類似說明適於總成72。 總成7 2和總成1 6 0之間的主要區別在於總成1 6 0中標號 爲8 Ο A的活塞桿是實體的。作爲選擇，如果該桿是中空的 ，桿的標號爲1 2 6 A的下端部通過板或插塞密封，使其氣密。 缸44的內部如所述通過壓縮機或氣缸加壓。 活塞頭78還具有缺口或切口 120，該切口確保活塞頭上 側的缸內用來與活塞頭的下側上的壓力相同。 當活塞桿相對於缸（其中缸不動）運動或如果使得缸相對 於該活塞桿（其中活塞桿不動）往復運動，當桿80A以更大 程度進入到該缸時缸內空氣進一步加壓，而當桿從缸中縮 回時壓力略微降低。除了總成7 2中加壓空氣佔據的最大容 積等於缸的容積和活塞桿內部容積的總和以及最小容積等 於缸的容積減去活塞桿的壁容積之外，該操作與阻力總成 7 2大致相同。對於總成1 6 0，由加壓空氣佔據的最大容積 略微小於總成72並等於缸的容積。最小容積同樣略微減少 ，其中該容積等於缸容積減去實體和密封活塞桿的容積。 但是基本上阻力總成1 6 0提供與阻力總成7 2相同的優點。 第5圖表示同樣等同於總成7 2的第三阻力總成1 6 6。總 成1 6 6包括第一或外缸1 6 8和定位在缸1 6 8內側的第二缸 170。缸170的下端部172開口並由其中形成多個孔176的 板1 7 4支承。跡1 7 0的上端部由與缸1 6 8和1 7 0密封接合 並包括活塞桿1 8 4延伸通過其中的孔或插塞；[8 2的板1 8 〇 支承。活塞桿的前端1 8 6載有活塞頭1 8 8，該活塞頭與第 一缸1 7 0的內表面1 9 〇滑動和密封接合。桿1 8 4的外或上 1253947 端部1 9 2與健身器械（未示出）上的載體結構8 2接合。類似 地，缸1 6 8的下端部連接在健身器械的載體結構7 6上。阻 力總成1 6 6可例如以第2圖所示的方式使用，但絕不是要 作出限制’該阻力總成可使用在任何適當設計的健身器械 中。 缸168和缸170通過來自適當壓縮機或氣缸（未示出）內 的加壓空氣同時加壓。 活塞頭188進行與第2圖所示中空桿80或第7圖所示實 體缸8 0 A相同的功能，以便當活塞頭1 8 8進入缸1 7 0時， 兩個缸中的空氣根據通過前進的活塞頭移位的空氣總量加 壓。 使用本發明健身器械時，升高的位置應該與第6圖示意 表示的現有技術的位置相比較，第6圖表示用來自例如壓 縮機的空氣源2 0 2的空氣加壓的儲槽或蓄能器2 0 0。結構 相對小的單獨的阻力缸2 0 4通過管2 0 5連接在該儲槽上。 缸2 0 4包括帶有活塞頭2 0 8的活塞桿2 0 6，該活塞頭安裝 成在缸2 0 4內往復和密封運動。從現有技術文件中看出， 由於需要至少兩個單獨的缸，使用第6圖所示的現有技術 配置的健身器械很笨重。如果現有技術的配置採用在健身 器械中，那麼將難以提供在不操作的儲藏模式下適於方便 運輸或儲藏的緊湊健身器械。但是此特定的目的通過使用 按照本發明阻力總成的健身器械來實現。 採用阻力總成72和1 60，該活塞桿的有效截面面積確定 該活塞桿運動到該缸內時移動的空氣容積。參考第2圖， -14- 1253947 假設該活塞桿在其中空內部具有截面面積a，缸4 4具有截 面面積A。當該桿運動到缸內距離彳時，移動的空氣容積 由表達式〖X a給出。由於該截面面積顯著小於缸4 4的截 面面積A，缸內壓力的變化相對小，並且最大程度上該活 塞克服不隨著活塞桿的運動顯著增加的力進行運動。 在第4圖實施例中，實體活塞桿8 Ο A的截面面積是a， 並且當活塞桿進入缸4 4的距離爲彳時，移動空氣的容積是 ax 該容積顯著小於如果活塞頭7 8很大並且密封與缸44 接合的情況。 在第5圖實施例中，活塞288的截面面積是a，並且當 活塞進入缸2 7 0的距離爲^時，移動空氣的容積由表達式 ax €給出。 在所有三個實施例中，根據情況，如果a顯著小於缸4 4 的截面面積A或缸1 6 8的有效截面面積，那麼當活塞從其 完全從缸縮回的位置運動到其完全插入缸的位置，阻力只 是邊際增加。儘管可以採用第6圖所示的現有技術配置來 實現空氣壓力的相對小的變化，這需要以至少一佔有另外 空間的部件爲代價。 A與a的比例應該至少是6，但最好更高。在此方面，在 活塞行程期間所產生的阻力（這是a和缸內空氣壓力乘積的 函數）和阻力變化之間必須形成折中。 (五）圖式簡單說明： 第1圖是包括阻力總成的本發明的健身器械在即可使用 狀態下的側視圖； 1253947 第2圖是從該器械的前部的透視圖，其中拆卸某些部件 以簡化說明； 第3圖表示第1圖的健身器械的運動部件； 第4圖表示採用在第1〜3圖的器械內的不同類型的阻力 總成； 第5圖是按照本發明的阻力總成的另一類型；以及 第6圖是示意表示現有技術類型的阻力總成。

主要部分之代表符號說明：

10 健身器械 1 2 框架 16 座椅 18 靠背 20,22 支桿 24 結構 26 地面 28 U形構件 30 樞轉點 32 支架 3 6 踏板 3 8 電動馬達 40 空氣泵（或壓縮機） 42 柔性管 44 缸 46 上表面 -16- 1253947 5 0 柔性電線 52 開關 60 壓力釋放閥 62 柔性線 70 活塞 72,160,166 阻力總成 74 下端部 76 下部的帶輪承載件 78 活塞頭 8 0,8 0 A 活塞桿 82 上部的帶輪承載件 84 第一滑輪和纜繩系 86 第二滑輪和纜繩系 88A，88B，1 08A，108B 手柄 90,98,110,114 纜繩 92 A〜92E;1 12A,1 12B; 1 16A, 1 16B; 120A, 120B 滑輪 102,118 錨固定 1 20 缺口 122 中空內部 1 24 插塞 1 26 開口 1 26 A 桿 13 0,142 箭頭 140,146 支承構件

-17 - 1253947 15 8 彎曲箭頭 1 68 第一（或外）缸 1 70 第二缸 1 72 下端部 1 74, 1 80 板 1 76 孔 1 82 孔（或插塞） 1 84 活塞桿 1 86 丄山 刖W 188,208 活塞頭 1 90 內表面 1 92 外（或上）端部 200 儲槽（或蓋路器） 202 空氣源 204 單獨的阻力缸 205 管 206 活塞桿

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Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： 第9 2 1 3 7 6 5 2號「阻力總成」專利案 (2 00 5年8修正） 1 · 一種阻力總成，其係用於健身器械，該健身器械包括具 有第一截面面積的細長的第一缸，使用時用氣體加壓的 第一缸的內部，帶有第一端部和第二端部的細長構件， 該細長構件部分延伸到該第一缸內，該第一端部位於該 第一缸的內部，第二端部位於該第二缸的外部，該細長 構件安裝成在其縱向相對於該第一缸進行往復運動，該 細長構件在運動進入該第一缸內部的距離爲〖時，所移 動氣體的容積由表達式ZXa給出，其中a是小於第一 橫截面面積的第二橫截面面積，在從位於細長構件上的 該第一缸外部的位置和該第一缸上位置中所選擇的位置 處的構造用於連接到致動裝置上由此使用者可造成該細 長構件相對於該第一缸的運動。 2 ·如申請專利範圍第1項之阻力總成，其中其包括通過氣 體加壓該第一缸內部的設備。 3 ·如申請專利範圍第1項之阻力總成，其中該細長構件是 帶有中空內部的管件，該第一端部開口並與該第一缸的 內部連通，並該第二端部密封。 4 ·如申請專利範圍第3項之阻力總成，其中該中空內部的 橫截面面積等於該第二橫截面面積。 5 ·如申請專利範圍第1項之阻力總成，其中該細長構件具 有等於該第二橫截面面積的橫截面面積。 6 ·如申請專利範圍第5項之阻力總成，其中該細長構件是 渗(¾正頁 :5華947日 一;ίϊ 實體的。 7 ·如申請專利範圍第1項之阻力總成，其中該總成包括帶 有內和外側的活塞頭，該活塞頭固定在該細長構件的第 一端部上，並與該第一缸的內表面接合，並用來引導該 細長構件的往復運動，並且其中在該第一缸的內部，該 活塞頭的內側上的氣體壓力與活塞頭外側上的氣體壓力 相同。 8 .如申請專利範圍第7項之阻力總成，其中該活塞頭在該 第一缸的內部並在該活塞頭的內側和該活塞頭的外側之 間包括至少一使得氣體自由運動的構造。 9 .如申請專利範圍第8項之阻力總成，其中該至少一構造 是位於該活塞頭內並在該活塞頭的內側和外側之間的通 道。 1 0 .如申請專利範圍第1項之阻力總成，其中該阻力總成包 括至少部分位於該第一缸內並包括內端部和外端部的第 二缸，該第二缸內部的至少一部分通過該內端部與該第 一缸的內部氣體連通而設置；細長構件部分延伸到該第 二缸內，且該細長構件的第一端部位於該第二缸的內部 ，並且該細長構件的第二端部從該第二缸的外端部延伸 ，該細長構件的往復運動發生在該第二缸內·，以及位於 該細長構件的第一端部處的活塞頭，該活塞頭與該第二 缸的相對內表面密封和往復運動地接觸。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之阻力總成，其中該第一橫截面 截面的尺寸至少是該第二橫截面面積的尺寸的A倍° -2-