Beschreibung:
Trαiningsgeräte zum Aufbau von Muskeln und körperlicher Fitness sind in vielen Variationen bekannt. Bevorzugt sind Geräte, bei denen die Kraft über den gesamten Arbeitsweg konstant bleibt. Dieses wird i.d.R. erreicht, indem Gewichte über Seilzüge oder Gestänge während der Arbeitsbewegung angehoben werden. Der Kraftverlauf dieser Systeme lässt sich über getriebetechnische Maßnahmen wie Excenterumlenkun- gen, Nocken oder Gestängewinkel beeinflussen, ist aber im wesentlichen nicht von der Arbeitsgeschwindigkeit abhängig, sondern ist allenfalls wegen der hohen involvierten Massen bei ruckartiger Bewegung Beschleunigungskräften unterworfen. Diese Geräte sind sehr einfach und preiswert zu fertigen, weitgehend wartungsfrei und die Belastungen können durch Verändern der angelegten Gewichte einfach und schnell individuell bestimmt werden.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Systeme liegt darin, dass die Kraft über den gesamten Belastungs- und Entlastungsweg anliegt, d.h. der Trainierende in der Rückwärtsbewegung gegen die anliegende Gewichtskraft Muskelkraft einsetzen muss, um die Gewichte weich und stoßfrei aufzusetzen. Der Zyklus negativer Arbeit - Kraft und Geschwindigkeit sind entgegengesetzt gerichtet - trägt nur bedingt zum Trainingseffekt bei und verhindert die Muskelerholung der jeweils trainierten Muskelgruppe, so dass eine Ermüdung früher eintritt oder aber zwischen den Bewegungszyklen kurze Pausen eingelegt werden müssen. Außerdem wird damit jede Maschine auf nur eine Muskelgruppe spezialisiert.
Andere Systeme arbeiten mit Gasfedern und Dämpfern um die Gegenkraft zur Muskelkraft zu erzeugen, womit die Griffe zur Krafteinleitung in jeder Stellung losgelassen werden können und die Rückführung kraftfrei wird. Diese Systeme weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Gegenkraft prinzipbedingt proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit ansteigt, also nicht konstant ist. Damit kann die verrichtete, physikalische Trainingsarbeit nicht proportional zur Zahl der Arbeitszyklen ermittelt werden und das subjektive Gefühl des Trainings wird als nicht positiv empfunden.
Andere denkbare und bekannte Systeme zur Arbeitsaufnahme wie Wirbelstrombremsen oder Reib-Bremssysteme mit Bändern oder Rädern können ebenfalls nicht verschleißfrei und geräuscharm konstante Kraftverläufe generieren.
Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem, in dem eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, im folgenden als Fluid bezeichnet, zur Arbeitsaufnahme genutzt wird, jedoch nicht durch Drosselung, womit wiederum Kraftverläufe geschwindigkeitsproportional würden, sondern durch Hubarbeit in einem Steigrohr. Dazu wird durch die Muskelkraft des Trainierenden ein Kolben in einem Zylinder bewegt und dadurch wird das Fluid in einer Steigleitung entgegen der Gravitation angehoben und somit mit potentieller Energie versehen, Am oberen Ende läuft das Fluid über und fällt stoßfrei durch ein Fallrohr in einen Tank zurück, Bei waagerechter Anordnung des Arbeitszylinders bleibt die Flüssigkeitssäule und damit die Kolbenkraft über den gesamten Weg konstant,
Der Zylinder ist in einer bevorzugten Ausführung mit dem Steigrohr mit einem Ventil verbunden, so dass beim Loslassen des Hebels keine Rückstellkraft anliegt, der Hebel also in jeder Stellung kraftfrei losgelassen werden kann und der Bewegungszyklus nicht auf die Nullstellung zurückgeführt werden muss. Beim Zurückziehen des Kolbens öffnet ein Ventil zum Tank und saugt neues Fluid in den Zylinderraum für den nächsten Arbeitstakt,
Auf der Kolbenringfläche, also der dem primären Arbeitsraum gegenüberliegenden und durch den Kolbenboden getrennten Seite wird in einer bevorzugten Ausführung ebenfalls eine Anordnung mit Steigrohr, Überlauf, Rücklaufventil, und Zulaufventil angebracht, so dass nun auch die Rückwärtsbewegung zur Verrichtung positiver Arbeit genutzt werden kann, Da i.d.R. dabei andere Muskelgruppen beansprucht werden als beim entgegengerichteten Vorwärtstakt können auf einer Maschine zwei Muskelgruppen gleichzeitig und taktversetzt trainiert werden, wobei immer eine Gruppe eine Erholungsphase durchläuft, während die andere kontrahiert wird, Somit wird eine maximale zeitliche Trainingsdichte erreicht.
Die zum Hub erforderliche Muskelkraft wird dabei getriebetechnisch geregelt durch ein Seilzug- und/oder Hebelsystem zwischen dem Einleitungspunkt der Muskelkraft und der Kolbenstange. In einer bevorzugten Ausführung erfolgt diese Regelung durch Variation der Steighöhe. Dazu wird das Steigrohr geschwenkt, so dass die maximale Höhe (= max. Kraft ) in vertikaler Lage und die minimale Höhe in horizontaler Lage benötigt wird und alle Lagen dazwischen frei variiert werden können.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Steighöhe durch teleskopische oder elastische Verlängerung des Steigrohres oder durch in verschiedenen Höhen angeordnete und einzeln verschließbare Abiaufbohrungen variiert.
Um die räumliche Ausdehnung der Geräte z.B. bei niedrigen Deckenhöhen in geschlossenen Räumen anzupassen, werden die Durchmesser zwischen Arbeitszylinder und Steigrohr im Sinne einer hydraulischen Übersetzung genutzt. In besonderen Ausführungen sind zusätzliche Drosselungen der Fluidströmung möglich.
Bei festgelegtem Verhältnis zwischen Vorwärts- und Rückwärtskraft können beide Flüssigkeitssäulen in ein gemeinsames Steigrohr münden. In Ausführungen mit zwei separaten Steigrohren können Vorwärts- und Rückwärtskräfte unabhängig voneinander gewählt werden.
In einer weiteren Ausführung wird statt eines Fluids ein Partikelsystem wie Stahlkies, Sand, Kugeln oder ähnliches gewählt. Die Kolbenpumpe ist in einer anderen Variante durch eine beliebige andere Pumpe ersetzt.
Zusätzlich wird in einer bevorzugten Variante ein weiteres Steigrohr mit einer Drosselbohrung parallel zu einem oder beiden Steigrohren angebracht, das keinen Überlauf aufweist und bei jedem Hub mit einer kleinen Menge Fluid gefüllt wird. Diese Füllmenge ist wegen der Drossel proportional zum Wasserdruck. Die Pegelhöhe dieses Steigrohres wird über einen Schwimmer angezeigt und kann damit als direktes Maß für die geleistete physikalische Arbeit einer Trainingssession genutzt werden. Über eine Ablaufschraube kann diese Anzeige nach der Session auf Null gesetzt werden.
Fig. 1 zeigt die Funktionseinheit zur Arbeitsaufnahme ohne Teile des eigentlichen Gestells des Trainingsgerätes wie Handgriffe, Sitz, Transmission etc. da diese Komponenten aus den konventionellen Geräten bekannt sind und für Verwendung der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich verändert werden müssen,
Die Einheit besteht aus dem Tank 10, in dem sich der Zylinder 1 1 mit dem Kolben 12 befindet. Die Muskelkraft des Trainierenden wird über nicht dargestellte mechanische Glieder wie Gestänge oder Seile zur Kolbenstange 13 geleitet und bewegt je nach Phasenzyklus den Kolben 12 nach links oder rechts.
Dabei wird das Fluid im jeweiligen Kompressionsraum über eines der beiden oben liegenden Kugelventile 14 in das Steigrohr 16 direkt oder über den Krümmer 15 indirekt nach oben gefördert und tritt in den Raum der Spritzkugel 18 und läuft von dort über das Fallrohr 1 7 zurück in den Tank 10. Im jeweiligen Expansionsraum wird bei jedem Zyklus über eines der unten liegenden Ventile 14 Fluid aus dem Tank angesaugt, das beim nächsten Gegenzyklus in das Steigrohr 16 gefördert wird.