WO2017168004A2 - Trainingsgerät und verfahren - Google Patents

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WO2017168004A2
WO2017168004A2 PCT/EP2017/057791 EP2017057791W WO2017168004A2 WO 2017168004 A2 WO2017168004 A2 WO 2017168004A2 EP 2017057791 W EP2017057791 W EP 2017057791W WO 2017168004 A2 WO2017168004 A2 WO 2017168004A2
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movement
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    • H04M1/72403—User interfaces specially adapted for cordless or mobile telephones with means for local support of applications that increase the functionality
    • H04M1/72409—User interfaces specially adapted for cordless or mobile telephones with means for local support of applications that increase the functionality by interfacing with external accessories

Definitions

  • the present invention relates to a training device for targeted muscle actuation with at least one at least partially powered by muscle power actuator and at least one damper device.
  • exercise equipment usually have different settings. For example, it is possible to set which force the training person must apply or how much he has to stretch or stretch.
  • Training device to provide that allow improved training and in which particularly inexpensive and preferably also at least partially automated targeted settings can be made.
  • the training device according to the invention is used for targeted
  • Muscle operation and includes at least one at least partially powered by muscle actuator.
  • the training device comprises at least one damper device with at least two relatively movable components. One of the components is operatively connected to the actuator, so that a
  • Damping device are associated with a field-sensitive rheological medium and at least one field generating device for generating and controlling a field strength.
  • the training device comprises at least one control device.
  • the control device is particularly suitable and designed, the
  • the movement of the actuating element is preferably attenuable taking into account the training parameter.
  • the exercise device according to the invention offers many advantages.
  • the corresponding damper device of the training device training can be significantly improved because the damping is very selectively adjustable.
  • those for the training desired settings are made particularly comfortable and inexpensive.
  • control device particularly advantageous is the control device.
  • the field generating device can be set so that training with very targeted training parameters is possible.
  • Adjustment of the training device done.
  • a trainer or therapist can determine the required training parameters in advance and deposit them in the training device.
  • the user receives the training parameters online or from the network. The training person can then start training without having to make any adjustments or wait for the trainer.
  • the training parameter is stored in the control device.
  • the training parameter can also be on a
  • Storage medium be deposited, which is operatively connected to the control device.
  • the training parameter may be stored on a portable storage medium, which carries the training person with it. So can by inserting the
  • the actuating force of the actuating element adjustable.
  • a path and / or a rotational angle can be set, via which at least one of the two components can be moved.
  • Actuator can be limited and / or blocked. For example, a movement of the actuating lever outside a predetermined path or angle of rotation can be prevented.
  • the Blocking of the actuating element takes place in particular by setting a correspondingly high damping force, so that, for example, the actuating element no longer
  • Muscle power is movable.
  • the damping characteristic is variable during at least a single actuation of the actuator.
  • the damping characteristic is during a single one
  • the movement cycle can z. B. be a single turn with the right and / or left leg.
  • the operation is a pulling on an arm lever or a pivoting of a leg lever.
  • damping properties and preferably other damping forces, can be adjustable at the beginning of the pulling or pivoting than during the further course or towards the end of the pulling or pivoting.
  • the adjustment of the damping characteristic during an actuation can be described by at least one function.
  • Damping force during a single operation by adjusting the field strength can be varied almost arbitrarily. This offers significant advantages over exercise equipment over
  • Duration, z. B. minutes or even hours, is roughly variable, but each movement cycle individually and even different for the body part to be trained.
  • the invention presented here offers a very quick adjustment of the settings, eg. In real time and / or during a single movement.
  • the invention presented here offers a very quick adjustment of the settings, eg. In real time and / or during a single movement.
  • Exercise bike in the form of a bicycle can be such. B. during a pedal rotation through 360 °, the braking force and the torque can be varied controlled by the damper settings. In particularly preferred embodiments, even the left leg can be exercised differently than the right leg or can be subjected to braking torque and vice versa.
  • the training parameter is particularly preferably taken from a group of parameters which one for actuating the
  • Actuator provided force or torque
  • Speed or angular velocity, acceleration, distance, direction of movement or direction of rotation, trajectory and provided for actuating the actuator angle includes.
  • the consideration of such training parameters in the control of the damper device allows a particularly targeted adaptation to the individual training requirements of a training person.
  • the angle can for example specify the range by which the actuating element can be pivoted with a certain force and / or speed.
  • the training parameter is at least one parameter of the group as a function of at least one other
  • Speed and / or the force as a function of the distance and / or the angle in the control device be stored.
  • a characteristic value for the training parameter can be input, by which the training parameter can be derived and / or is derived indirectly.
  • the trainer can select and enter a value from a scale for the exercise state. A high value is then z. For a strong, trained person and a low value for an untrained person.
  • the control device can then convert the characteristic value into a training parameter that is suitable for driving the damper device.
  • control device is preferably suitable for this and
  • the trainer can determine certain angular positions of the actuating element for the actuation of certain forces
  • control device is suitable and designed, based on at least one
  • Sensor device to detect at least one parameter for the movement of the actuating element.
  • the actuating element to detect at least one parameter for the movement of the actuating element.
  • the detected characteristic relates to one or more of the variables, which also be used as training parameters.
  • the parameter describes a for operating the detected characteristic
  • Actuator provided force or torque, air pressure, pressure in liquids, speed, acceleration, distance, direction of movement or direction of rotation, trajectory and / or an angle.
  • Such a configuration has the particular advantage that the setting of the damping force not only takes place as a function of a previously defined training parameter, but also by a sensory monitoring of the training adaptable and particularly preferably also adjustable. So z. B. incorrectly executed exercises and, for example, too fast movements can be detected without the presence of the trainer.
  • the damping force can be regulated so that the exerciser performs the exercise accordingly slower due to an increased damping force. size in
  • control device is suitable for this and
  • Control device takes place. This saves the coach one
  • the trainer first of all has an empirical value or a value
  • Control device is preferably suitable and designed to adapt the training parameter when a threshold value is exceeded. For example, the control device sets the force required for the actuation based on the damping force to a higher value. This automatically keeps the training level at an advantageous level.
  • control device is suitable and designed to carry out a permanent adaptation of the training parameter.
  • the adapted and not the original training parameter can also be used in later training units. It is also possible that by the
  • Control means only a temporary adjustment of the training parameter takes place. For example, the training parameter is adjusted only for a session or actuation.
  • damper device is suitable and designed
  • the damper device is suitable and designed, taking into account the characteristic, the damping property in
  • the actual state of the person being trained is detected in real time and the extent of training in this form is also adapted in real time by changing the parameters during a training movement.
  • This is preferably done for each body part, i.e. the right arm is e.g. B. trained differently than the left arm. This is achieved in particular by the fact that the sensor device in particular with different body part, i.e. the right arm is e.g. B. trained differently than the left arm.
  • the sensor device in particular with different
  • a significant advantage of a training device according to the invention is that the damper device is equipped with a magneto-rheological fluid as the working fluid. It can be controlled by the controller, the magnetic field of the electric coil in real time, d. H. in a few milliseconds (less than 10 or 20 ms). Thus, the damping force can be adjusted in real time.
  • the damper device is suitable and designed to change the damping characteristic by at least 30% within less than 100 milliseconds.
  • the damping characteristic can be varied by at least 10%, preferably by at least 30% and particularly preferably by at least 50%, within less than 10 milliseconds.
  • the damping characteristic may also be variable by at least 100% or 500% or by ten or a thousand times within less than 100 milliseconds. Such real-time control is particularly advantageous for training procedures.
  • the damping characteristic is under a single operation of the actuating element below
  • Damping property can be counteracted. This is particularly useful in rehabilitation training, as even a single exercise that is too vigorous or too stretched can cause great pain to the exerciser. So can
  • the damper device is suitable and designed to block a movement of the actuating element that is driven by muscle power by means of the field-generating device and the field-sensitive rheological medium.
  • certain movements of the training person can be specifically prevented.
  • a range of motion can be adjusted thereby and / or a too extensive movement can be stopped.
  • the damper device is designed so that the maximum damping force is a multiple of the expected muscle strength.
  • Training parameters and / or the characteristic lockable can be specifically and advantageously prevented. Since such blocking can occur particularly quickly and preferably in real time, unfavorable movements are already prevented in the beginning.
  • the trainer can specify an angle or an angular range in which the mobility of the actuating element is selectively blocked. By blocking as a function of the detected characteristic, an unfavorable movement can be prevented particularly quickly and preferably in real time, if the parameter indicates such a movement.
  • the actuator is taken from a group of actuators comprising: pedal drive, leg lever, toggle, arm lever,
  • the actuator may also act as a finger lever and / or
  • Hand lever and / or wrist lever be formed.
  • the pedal drive may be formed as a tread plate or at least include such.
  • an actuating element is provided for each finger and / or each foot.
  • a lever is understood in particular also a rocker or a pivotable and / or rotatable lever element or a pressure or pull lever.
  • a pulling and / or pressing takes place via the actuating element.
  • the exerciser may also be embodied as or include at least one of a hand exerciser.
  • two actuators are provided, which at their
  • the training device may also be embodied as a finger trainer or at least comprise such.
  • each finger is an actuating element, each having at least one
  • the training parameter then gives, inter alia, the number of fingers to be moved and / or the
  • Finger type in front The dampers of these fingers can then be actuated with a defined damping force or a damping curve defined by a function.
  • the dampers of the other fingers are then blocked in particular. All fingers can be shared. It can be provided for each finger individual damping forces or damping curves.
  • the training device comprises at least one damper device with at least one
  • the one component comprises one
  • Inner component and the other component an outer component.
  • the outer component preferably surrounds the inner component at least in sections radially. In particular, between the components is a radially inward of the
  • the damping gap is in particular by the
  • Field generating device exposed to a magnetic field in order to damp a pivoting movement between the two mutually pivotable components about an axis.
  • a plurality of at least partially radially extending arms is provided on at least one of the components.
  • at least part of the arms is with an electrical coil having at least one winding
  • the winding extends next to the axis and spaced from the axis.
  • Such a rotary damper is particularly well suited for use in the training device, since it requires little space and is very quickly adjustable.
  • the training device comprises at least one
  • the transmission device is preferably suitable and designed to provide a linear movement of the
  • Actuate at least partially implement in a pivoting movement of one of the two components, so that the linear
  • Movement is dampened by the rotary damper.
  • the actuating element itself is rotatable. Then, the rotational movement of the actuating element is preferably damped directly by the rotary damper.
  • the training device comprises a rotary damper with at least one displacement device, wherein the
  • Displacement device a damper shaft and each other
  • the displacer device preferably contains at least one
  • magnetorheological fluid as a working fluid and is thus operable. It is preferably a control device
  • Magnetic field generating device is controllable.
  • Magnetic field is the magnetorheological fluid influenceable to adjust a damping of the rotational movement of the damper shaft.
  • the training device comprises a damper device with at least one damper unit, wherein an attenuation of the rotational movement between the at least two components is adjustable.
  • at least one channel is provided, wherein the channel contains a magnetorheological medium.
  • At least one magnetic field generating device is provided for generating at least one magnetic field in the channel in order to influence with the magnetic field the magnetorheological medium in the channel.
  • at least one rotary body is preferably provided. In one development, a free distance between the
  • Rotary body and the component is at least ten times as large as a typical mean diameter of the magnetic
  • the acute-angled region between the rotary body and a component may be in the direction of the relative movement of the
  • Rejuvenate component relative to the rotary body Rejuvenate component relative to the rotary body.
  • Damper device at least one linear damper with at least a first damper chamber and at least one second
  • the first and second damper chambers are in particular coupled to one another via at least one controllable damping valve.
  • the damping valve is preferably associated with the field generating device.
  • Field generating device is used in particular for generating and controlling a field strength in at least one damping channel of the damping valve.
  • the field-sensitive rheological medium is preferably provided in the damping channel.
  • Such a linear damper can be used particularly well for damping translational or linear movements of the actuating element. It is also possible that the linear damper is operatively connected via at least one transmission device with the actuating element. In this case, the transmission device is particularly suitable and adapted to a rotational movement of the
  • Actuate at least partially convert into a translational movement of one of the two components.
  • the linear damper comprises a chamber filled with the rheological medium and one relative to the chamber movable piston.
  • the piston is in particular operatively connected to the actuating element.
  • the training device or fitness device is equipped with at least one rotary damper.
  • an exercise device is also understood to mean a fitness device, and vice versa. The exerciser is to controlled
  • Muscle operation suitable and trained. It comprises at least one at least partially muscle-powered
  • Actuator dampened by the rotary damper Actuator dampened by the rotary damper.
  • a customer comes z. B. ins
  • Gym goes to a body scanner and / or
  • the “leverage ratios” are determined and stored (eg upper arm, forearm, thighs, height ”).
  • the customer receives a device (eg NFC wristband, chip, Smartdevice like smartphone or watch or the like) which, when using the device, transmits this data to the fitness device so that it is always optimally adjusted with regard to the exercise (eg force over distance, moment via angle or the like) or tells the user how to adjust it (eg B. Adjust the seat mechanically or the like) or the device adjusts itself (eg by means of electric motors or the like).
  • the customer has the data (eg using a smart watch, smartphone, chip or
  • the data is transmitted again from the fitness device to a "memory” and evaluated (eg cloud, internal memory or the like) .
  • the customer can then process the data at home, for example.
  • the useful profile is preferably refined (for example, an adaptive embodiment can be provided).
  • the Data can also be compared and optimized with colleagues (eg via community, cloud or the like).
  • a log file is created that displays the training history and success.
  • the data can also be sent to diagnostics, doctors,
  • Caregivers or health insurances are sent so that they see how and what was done.
  • At least one control device is provided and suitable and designed to set the damper targeted taking into account at least one predetermined parameter.
  • the adjustment preferably takes place in real time. For example, a force desired for a muscle exercise can be provided as a parameter. The damper is then adjusted so that the user has the force to move the actuator
  • control device is suitable for this and
  • the parameter in particular detected by at least one sensor.
  • a continuous detection takes place.
  • the parameter then preferably concerns one
  • Threshold value and / or a comparison function for the parameter can also be an assignment of predetermined parameter and detected characteristic in the manner of a map done.
  • the caregiver can specify a value for a force / torque desired during the exercise as a parameter.
  • the force / torque applied by the user is then detected and compared with the predetermined value. If the user exceeds the value, the damper can be made softer or easier to move. This will overload the muscle during exercise effectively avoided. This is especially true
  • a haptic feedback can be output by the damper to the user.
  • the damper With a registered overload, the damper can also be switched powerless or very smooth.
  • the parameter describes an angular position and / or a movement direction and / or a movement moment and / or an acceleration of the actuating element.
  • the setting of the damper takes place as a function of the parameter.
  • the setting of the damper is dynamic and / or adaptive. This has the advantage that a much more individual training than in weight trains or a conventional linear damper adjustment is possible. For example, use a training movement with light force and become heavier with increasing stroke and / or rotation.
  • the applied force can also be in real time
  • Dependence of a registered as a parameter acceleration can be set. Also can be between left and right
  • Body half distinguished and adapted accordingly.
  • the halves of the body are often trained differently from home (for example, left - or
  • the training device can be particularly designed
  • the training program can also be varied several times and individually within the training time.
  • the parameter describes the angle of rotation
  • the damper and thus the applied muscle power can be adjusted become. For example, with increasing extension of the knee, the force is reduced. This prevents harmful training loads.
  • the damper can also be adjusted powerless, so that harmful overstretching can be prevented.
  • Critical angles or positions can also be predetermined due to injury or have physiological origin.
  • the damper can be preset exactly to these conditions (personalized training).
  • z. B. be set for a knee stretching a different force than for the backward movement or squatting. In many muscle exercises, it is often very
  • haptic feedback can also give a haptic feedback to the user during the workout. This is done in particular by a targeted change in the damping properties and preferably as described above.
  • the feedback is output in particular as a function of the parameter of the movement. For example, haptic chatter or jerking may be adjusted by the damper if the characteristic indicates that the user is performing an exercise too fast or too hard.
  • the feedback can also be output if the user goes beyond a rotation angle or over a movement distance or within one
  • Movement range does not perform an exercise correctly. So the user can easily and simply learn the correct execution of the exercises. It is also possible that the feedback is output taking into account other sensor values serving as a parameter.
  • control device can register pulse values, heart rate and other vital parameters and use them to set the damper.
  • the user exhausts
  • Damper properties take place.
  • the force to be applied can be increased when the pulse indicates a warmed-up muscle apparatus. It is also possible that until the registration of a specific value of the vital parameters or other characteristics of the damper in certain angles of rotation is set so hard that the user can not bring the actuator in these rotation angle. This avoids overstretching the muscles at the beginning of the workout.
  • the rotary damper according to the invention can in preferred
  • This z. B. in the millisecond range and steplessly switching rotary damper parallel to an existing relatively slow brake (eg friction brake, eddy current brake or other suitable brakes) in a training device and z. B. one
  • relatively slow brake eg friction brake, eddy current brake or other suitable brakes
  • Pedal rotation in a training bike partial or partial complete rudder movement (eg display, draft, reserve or the like) in a boat training machine, opening and closing a door and much more. meant. It may also be meant a movement of the actuating element of the training device.
  • the rotary damper according to the invention can also be the only one
  • Energy conversion element eg, a brake or the like
  • a brake or the like Energy conversion element
  • Actuation can be varied to a single operation (not only eg, per full revolution, per full stroke), but also during a single operation.
  • the force / moment can be changed over path / angle, resulting in a multiply changing torque during one revolution and thus a specific torque curve / characteristic during one revolution).
  • a rowing training machine can be such. B. during a complete rudder movement of the exact moment course (eg., Force course on the hand of man), adequately one
  • the rotary damper according to the invention preferably simulates the rudder or actuating kinematics, immersion depth,
  • ski or biathlon training device can be such.
  • an exact course of force eg force course on the hand or the arms and shoulders of the person
  • Submersion depth into the snow (especially adjustable to simulate different types and types of snow), adjustment of the angle of attack in the snow, traversing / operating speed, attitude of the hull to the body, angles and positions that occur when moving upwards or downwards
  • the damper device is at least one
  • the damping can be adjustable.
  • the work area of the training device but in particular the training device itself can be better adapted to the user.
  • z. Coil springs When using z. Coil springs, this can be done by manual or automatic adjustment (e.g., with an electric motor) of the spring support surface. As a result, in particular, the spring length (linear length) changes.
  • the spring bar end In torsion springs, the spring bar end may have a toothing, which is in engagement with a housing. By turning the basic position other moments can be generated.
  • any suitable spring types can be used (spiral spring, torsion spring, coil spring, coil spring, leg spring, bar spring, coil spring, gas spring).
  • a comfortable way of setting is z. B. by means of an air spring or gas spring.
  • the air suspension is on
  • the air for example, enclosed in a rolling bellows, which is airtight connected with other parts such as lid and rolling piston.
  • the rolling bellows is in particular slipped over the piston and rolls in particular under pressure on this.
  • the air spring can be supplied with compressed air by a hand pump (eg bicycle pump) and / or a compressor.
  • body weight or load dead weight of the components of the exerciser
  • air can be pumped in or out to increase or decrease the spring force.
  • the level position (longitudinal extent) can be kept constant and / or varied.
  • the air spring is also particularly advantageous because it is very clean and easy on or adjustable.
  • a dynamic adjustment of the spring force similar to the dynamic damping adjustment, in particular increases the range of functions of the training device.
  • the spring device or the spring force is adjustable analogously to the previously described damper device or damper force.
  • a different damping characteristic than for a right half of the body is adjustable.
  • At least one is for each body half
  • Actuator BE provided.
  • at least one actuator is provided for each leg and / or arm and / or hand and / or trunk half.
  • the respective actuators can be a separate damper
  • each damper is preferably single
  • the cushioning for the right arm or the right leg may be set differently than for the left arm and the left leg, respectively.
  • the respective actuating elements can also be damped together or comprise at least one common damper.
  • the actuators are cranks
  • each crank can each represent an actuating element, wherein the rotational movement of the common shaft is damped.
  • another damper setting is adjustable when the left leg on the left crank and the right leg is taken, as if the right leg on the right crank and the left leg is taken.
  • Actuator for the respective body half another damping adjustable.
  • the damper setting is adjustable depending on which body half or with which actuator the greater or lesser force on the
  • the damper adjustment can be customized for each body half. Is z. For example, if the right arm becomes ill and fatigues faster, the
  • the damping characteristic can also be used for a combination of body parts of a body half and / or different
  • Body halves be adjustable differently.
  • an arm-leg combination can be crossed or on one
  • Body half done. For example, for a left leg and a right arm, a different damper setting is possible than for a right leg and a left arm.
  • the damping characteristic provided for a particular body half is at least partially variable during a single actuation of the actuator.
  • the body half is influenced or selected
  • the invention offers particular advantages here, since the body halves are selectively addressed differently can, for. Even during a single movement.
  • the damping characteristic is at least partially taking into account at least one signal of a
  • the damping characteristic can also be varied taking into account at least one preferably intelligent evaluation of the signal of the near-field detection system.
  • the damping force is variable depending on the signals and the subsequent intelligent evaluation of a Nahfeldkennungssystems.
  • the near field detection system comprises in particular at least one near field sensor.
  • it can be provided: optical sensors, environment camera, ultrasound, image recognition, laser.
  • Existing sensors e.g., Microsoft Kinetics
  • sensors coupled to a smart phone may also be used
  • the Nahfeldkennungssystem is particularly suitable and adapted to the
  • the near field detection system detects z. B. the posture.
  • the controller reduces z. B. the forces when z. B. the back is greatly bent to train the lifting of a weight.
  • the bent back usually leads to a high disc load and thus to possible health damage. Therefore, preferably as soon as or analogously to the withdrawal of the back curvature, the force is increased, so that a good
  • Training result is achieved. Continuous monitoring of the training with adjustments for targeted improvement can be carried out in this way. This is especially true not only for sports studios or professional equipment, but also for home use.
  • the inventive method is used to operate a
  • Training device for targeted muscle operation. It is actuated an at least partially muscle-powered actuator.
  • the training device comprises at least one
  • Damper device with at least two relative to each other movable components.
  • One of the components is operatively connected to the actuator so that movement of the
  • Actuator is damped.
  • the damper device is associated with a field-sensitive rheological medium and at least one field-generating device for generating and controlling a field strength. At least one damping property is influenced by the field generation device.
  • the field-generating device is selectively controlled with at least one control device as a function of at least one training parameter, so that the movement of the actuating element is damped taking into account the training parameter.
  • the inventive method provides an inexpensive and very individual adjustment of settings for training.
  • At least one parameter is monitored for at least one individual actuation of the actuating element.
  • Damping property is preferably set specifically taking into account the characteristic, so that an optimal force / moment profile can be set with regard to the desired training result. Preferably, this is monitored and / or adjusted in real time. In particular, taking into account the training parameter, a single movement of the
  • the senor device described above is provided for this purpose.
  • the adjustment of the damping characteristic taking into account the parameter is more than once, preferably several times, during a single actuation of the
  • Actuator made.
  • the actuation is z. B. one revolution of the actuating element.
  • the setting can also continuously during a single actuation.
  • the detection of the characteristic also takes place repeatedly and / or continuously during a single actuation.
  • Actuator for which the characteristic is monitored, and the resulting adjustment of the damping characteristic less than 100 ms. Also possible are less than 10 ms.
  • the adjustment takes place in particular in real time and preferably as described above for the training device.
  • Field generating device generates a field only when the relative movement of the first and the second component is present.
  • a field strength to be set is derived, in particular in real time.
  • the field intensity to be set is generated in order to set a damping property, in particular damping force, in real time, which results from the determined characteristic value. In particular, pass between the relative movement and the resulting
  • Damping property less than 100 ms, preferably less than 10 ms.
  • the adjustment of the damping characteristic takes place in particular more than once and preferably several times during an actuation of the actuating element.
  • the training device may comprise at least one active or passive cooling device.
  • the damper device of the training device can in particular be designed in such a way as is the case for damper devices in DE 10 2012 016 948 A1 and WO 2017/013234 A1 and also US Pat
  • Figure 1 is a schematic exploded view of a
  • Figure 2 is a schematic cross section through the rotary damper of Figure 1;
  • Figure 3 is a perspective view of part of the
  • FIG. 4 shows a schematic cross section through the rotary damper according to FIG. 1;
  • Figure 5 schematically drawn magnetic field lines in the
  • FIG. 6 shows a cross section through a further rotary damper
  • FIG. 7 shows a schematic perspective partial cross section of a rotary damper for an inventive
  • Figure 8 is a section through a partially exploded
  • Figure 9 is a highly schematic sketch of the control of
  • Figure 10 is a highly schematic sketch of another Embodiment of the control of the damper device.
  • FIG. 11 shows a training device or fitness device
  • FIG. 12 shows another training device or fitness device
  • Figure 13 is still a training device or fitness device
  • FIG. 14 shows another exercise device or fitness device
  • FIG. 15 shows yet another training device or fitness device
  • FIG. 16 shows a damper for the training device according to FIG. 15 in FIG.
  • Figure 17 is a schematic sectional view of the damper according to
  • Figure 18 is a linear damper z. B. the fitness device
  • FIG. 12 is a diagrammatic representation of FIG. 12
  • FIG. 19 shows a course of force
  • FIG. 19a shows a further course of force
  • FIG. 20 shows another course of force
  • Figure 21 is a highly schematic training device with a
  • FIG. 22 is still a force curve; and FIG. 23 shows a further course of force.
  • FIGS. 1 to 18 describe different training devices 300 or fitness devices.
  • the fitness machine can be used as a device for building muscle, for example, as a leg press, as a weight bench, as a cable pulling station, as a traction unit, as a multi-press rack, as Stepper and as a power station. It can also be used on dumbbells. Also possible is the use of the invention in fitness equipment for endurance enhancement, such as ergometers and crosstrainers, treadmills and rowing machines.
  • the invention provides z. B. in design as a leg press benefits, as it is there with large weights in combination with too weak muscles and the stretching of the legs to a
  • Adaptive damper device can prevent this targeted by a position detection is performed or the force is generated depending on the angle. It is preferably applied only (a suitably adapted) force, even if pressed.
  • the body position may be unfavorable, z. B. when lifting (scribing) of the weights of the back is more curved, which is high
  • the fitness device with the controllable (adaptive) damper device can be optimally adapted here.
  • a possible use in a variant A can be as follows: The customer comes into the studio and goes to a body scanner. Here the “leverage ratios" are determined and saved
  • the customer receives a device (computer, bracelet, chip, smartphone or smartwatch or the like) which transmits this data to the device when using the device.
  • a device computer, bracelet, chip, smartphone or smartwatch or the like
  • this is always set optimally or tells the customer how to adjust (eg, mechanically adjust the seat %) or the device adjusts itself (electric motors ).
  • a variant B can proceed as follows: The customer has the data (smartwatch, smartphone, chip ). He can start in any gym (worldwide) right away, which can use this data or the appropriate devices to do so has (user binding %)
  • the data from the fitness device can also be transmitted to the "memory" and evaluated.
  • the customer can process the data at home.On the basis of the data, the useful profile can be refined (learning).
  • the force (moment) and / or traversing speed to adjust not only during a movement but also during the number of movements (eg, the force increases). This is preferably dependent on z.
  • Postures Certainly can be charged differently than others, if z. B. an injury, may not be charged in this position under certain circumstances.
  • Targeted means here: exactly adapted to the muscle / body impairment. For example, a (older) patient may go after a
  • the same training device eg Ergometer or exercise bike
  • Adaptive and intelligent therapy actuators / training devices are possible, including early mobilization
  • Body parts or body halves more affected like other regions. That's why it's important that not so
  • a training device which can be referred to as a smart hand exerciser.
  • Figure 1 shows a schematic perspective view of a damper device 10 and a rotary damper 1 for the z. B. illustrated in Figure 11 training device or fitness device 300th
  • the rotary damper 1 is essentially formed from the components 2 and 3, wherein on the component 2, the pivot shaft 4th
  • the pivot shaft 4 has a first end 31 and a second end 32. Over the circumference of the component 2, several arms 21, 22 and 23 can be seen here, to which in the description of Figures 3 to 5 even closer
  • a driver 4a (for example a feather key) can be arranged on the pivot shaft 4 in order to non-rotatably connect the component 2 with a part to be damped.
  • the key can also be a spline, polygonal connection or another non-positive or positive connection can be used.
  • Swivel shaft 4 extends out of the here right end of the component 3 out. Spacers 38 can be used to comply with predetermined distances.
  • Plain bearing but also be a ball or roller bearing with high or very high demands on the basic friction and life. For low requirements, it can also be omitted.
  • a rotary encoder or angle sensor 17 is used to detect the relative angular position of the components 2 and 3 to each other.
  • the angle sensor 17 may include a magnetic stack and
  • the sensors may also be mounted on coupling elements or operatively connected parts. Instead of a rotary measuring system, a linear measuring system can also be used.
  • the connecting lines 14 supply the rotary damper 1 with electrical energy.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section in the assembled state, wherein it can be seen that the component 3 in FIG.
  • a housing 30 of the rotary damper 1 forms.
  • the component 3 takes in the interior of the essential part of the component 2, so that after the screwing of the lid 3a with the component 3, only the first end 31 of
  • Pivot shaft 4 protrudes out of the housing 30 to the outside. At the outwardly projecting part of the pivot shaft 4 of the driver 4a is arranged.
  • the component 3 has an outer component 13 and forms the housing 30.
  • the component 2 has an inner component 12, which is surrounded by the outer component 13.
  • the pivot shaft 4 is mounted in the vicinity of the first end 31 via a bearing 37 and at the other end 32 is a spherical bearing here with a kind of bearing 37 is provided so that only one implementation of the pivot shaft 4 is present to the outside.
  • a bearing 37 is mounted in the vicinity of the first end 31 via a bearing 37 and at the other end 32 is a spherical bearing here with a kind of bearing 37 is provided so that only one implementation of the pivot shaft 4 is present to the outside.
  • a geometric axis 9 extends centrally through the
  • Slip ring are performed by the pivot shaft 4 to the electric coil 8, which are arranged inside the housing 30.
  • the damping gap 6 is provided radially between the inner component 12 and the outer component 13 and extends over an axial length 16 which has a substantial portion of the length of the inner component 12.
  • the length 16 of the damping gap 6 is preferably at least half and in particular at least 2/3 of the length of the component 3.
  • a magnetic seal may be provided in which a magnetic seal of the very thin gap still existing there between the components 2 and 3 takes place.
  • At least one seal is provided at the outlet of the thinnest possible pivot shaft 4 out of the housing 30.
  • the seal 11 is provided between the pivot shaft and the corresponding passage opening in the lid 3a.
  • Damping gap 6 the basic friction is very low.
  • the volume of the magnetorheological medium is determined by the volume of the damping gap 6 and the approximately disc-shaped volumes at the two axial end faces between the inner component 12 and the outer component 13 and is low overall.
  • the volume of the damping gap 6 is very small, since the radial height of the damping gap is preferably less than 2% of a diameter 27 of the here cylindrical damping gap.
  • the radial height of the damping gap is in particular less than 1 mm and preferably less than 0.6 mm and particularly preferably less than 0.3 mm. With a length 16 of for example up to 40 or 50 mm and a diameter 27 of up to 30 mm and a gap height in the range of 0.3 mm, this results in a gap volume of ⁇ 2 ml, whereby the production costs can be kept very low ,
  • the volume of and of the magnetorheological medium is in particular less than 3 ml and preferably less than 2 ml.
  • a transmission according to the prior art, preferably a backlash-free as possible planetary gear, micro-transmission or
  • Corrugated transmission (eg Harmony Drive) can be arranged. Instead of direct connection or a connection via a
  • Coupling linkage can also be a disc mounted on the input shaft.
  • the disc or the disc outer diameter can have at least one rope, belt with the to be damped
  • Connecting element can also be deflections, translations (eg pulley principle %) with the element to be damped
  • Attachment very flexible. But it can also be an eccentric or cam disc can be used, whereby the forces / moments are dependent on angular position. It is also possible to use a circulating rope with a fixing point, whereby a positive control becomes possible, ie. h., tensile and compressive forces can be transmitted.
  • the transmission element eg the cable
  • the transmission element can be positively or non-positively connected to the disk.
  • Figure 3 shows a schematic perspective view of a portion of the rotary damper 1, wherein the component 2 without the
  • Swivel shaft 4 is shown. During assembly, the
  • the component 2 has a plurality of radially outwardly projecting arms 21, 22, 23, etc. Here are eight arms provided. But possible and preferred are also 6 or 10 or 12 or more arms.
  • a coil 8 is wound with at least one and here a plurality of turns.
  • the winding and the connection of the electric coils are made such that different poles of the magnetic field result at adjacent locations of adjacent arms when the coils 8 are supplied with current.
  • FIG. 4 shows a cross section through the rotary damper 1, the component 2 having the inner component 12 which is surrounded by the outer component 13 of the component 3. Between the two components 2 and 3 extends here in the
  • the damping gap 6 is completely filled with the magnetorheological medium 5.
  • At least one reservoir 15 may be provided, in which a supply of the magnetorheological medium is stored in order to be able to compensate for the loss of a certain amount of the medium over the life of the rotary damper 1.
  • Such a reservoir 15 may be provided, for example, in the recess between two arms 22, 23.
  • the reservoir can also be outside the component 3.
  • the coils 8 are first wound around the individual arms. Subsequently, the remaining
  • Cavities between the individual arms are partially or completely filled with a medium, so there is no
  • magnetorheological fluid must be filled.
  • casting resin or the like can be filled there to fill the cavities.
  • Cast resin or the like can be filled there to fill the cavities.
  • a thin protective layer in the form of a cover 34 is coated, for example, to locally limit the attenuation gaps 6, while the recesses between the arms remain hollow.
  • the damping gap is cylindrical. But it is also possible that separating elements 29 in the
  • Coupling gap are arranged, which divide the per se cylindrical coupling gap into a plurality of partial gaps.
  • the separating elements 29 are preferably connected either to the component 2 or the component 3.
  • the coupling gap 6 can itself the chamber 28 for the
  • magnetorheological medium or the coupling gap 6 forms together with the reservoir 15 at least the essential part of the chamber 28th
  • Figure 5 shows a highly schematic view of a
  • Figure 5 shows that practically over the entire circumference of the rotary damper, a high field line density is present, so that an effective damping of a pivoting movement is made possible.
  • Figure 6 shows a further embodiment of a rotary damper 1 for a training device 300, in which the functionality is basically the same as in the previous rotary damper 1.
  • the pivot shaft 4 exits both at the first end 31 and at a second end 32 to the outside. Therefore, the pivot shaft 4 is supported at both ends and sealed by seals 11 to the outside. Again, magnetic seals IIa can seal the damping gap 6 in the axial directions back.
  • the pivot shaft 6 can at this as well as the other
  • Executions are executed standing, d. H. that is, as an axis, in which case the housing 3 then pivots damping and is operatively connected to the element to be damped.
  • Figure 7 shows a rotary damper 1 of a fitness device 300 z. B. from Figure 11, 13 or Figure 14.
  • FIG. 7 shows a partial section of the rotary damper 1, wherein an outer toothing 411 of the first displacer component 404 and also the inner toothing 413 of the second component or
  • Displacer component 405 can be seen. Inside a magnetorheological medium or fluid is provided or the interior is substantially with a magnetorheological fluid
  • Magnetic field 408 can be exposed.
  • the housing 412 of the rotary damper 1 three Includes portions, namely, a first end portion 422, a middle portion 423, and a second end portion 424.
  • each portion is formed by a separate part. It is also possible that even more parts are provided, or that only a total of two housing halves are provided.
  • the housing forms a component 2 or 3 and the damper shaft 403 forms the other component 3 or 2.
  • a rotational movement of the component 2 and 3 to each other is controlled damped to set in the exercise device 300, the necessary at the appropriate time damping force.
  • each case one electrical coil 8 is accommodated in a coil holder 438 in the left-hand end region 422 and in the second right end region 424, which is in this case.
  • a ring 420 is provided, wherein the rings 420 are arranged between the two coils 8 and here in each case adjoin the central region 423 from the outside.
  • the rings 420 are disposed axially adjacent to the electric coils 8 to prevent a magnetic short circuit there.
  • an angle sensor 432 is provided, which may be embodied for example as an absolute rotary encoder.
  • the damper shaft 403 is sealed by a seal 428 to the interior 416.
  • Circumferential seals 442 are arranged between the housing parts of the different regions in order to prevent the escape of magnetorheological fluid from the interior of the displacer device 402 to the outside.
  • the second displacer component 405 having a generally cylindrical outer shape has a plurality of outer peripheries
  • the guide units 421 are radially outwardly beyond the second displacer 405 and the core material of the second displacer component 405 outwardly and provide a defined radial distance between the outer surface of the core material of the second displacer component 405 and the inner periphery of the housing 412 at the central region 423.
  • Figure 8 shows an exploded view of the rotary damper 1 in section, wherein the left housing part with the first
  • End portion 422 and also the first displacer component 404 and the second displacer component 405 are each shown a piece axially offset arranged to allow a better understanding of the technical function.
  • the damper shaft 403 is here integral with the first
  • Displacer component 404 is formed, which has on its outer circumference an external toothing 411 which meshes with an internal toothing 413 in the interior of the second displacer 405.
  • the second displacer component 405 is surrounded radially by a
  • Damping channel 417 through which the here in the interior of the second displacer component 405 conveyed through magnetorheological fluid can flow back to the axially other side.
  • control device 407 On the outside of the control device 407 is shown here, via an energy storage 437 or accumulator or
  • the same can be supplied with the necessary power, even if an electrical power supply fails.
  • An equalization volume 429 is always available to provide volume balance at different temperatures.
  • the damper shaft 403 is supported by a bearing 444.
  • the rotation axis 414 of the first displacer component 404 coincides with the rotation axis of the damper shaft 403.
  • the rotation axis 415 of the second displacer component 405 is offset parallel thereto.
  • a fitness device 300 with a rotary damper 1 according to FIGS. 7 and 8 or with a plurality of rotary dampers (identical or different) offers outstanding properties and can generate or decelerate high torques. It can at any time in real time Adjustment and any change in the damping strength done.
  • the attenuation can be set as a function of at least one training parameter.
  • the rotary damper 1 according to FIGS. 7 and 8 has a
  • the displacement device 402 has a damper shaft 403 and intermeshing and in particular rotating displacement components 404 and 405. In this case, a rotational movement of the damper shaft 403 controlled and damped controlled.
  • the displacer 402 includes a magnetorheological fluid as the working fluid.
  • At least one control device 407 is assigned.
  • at least one magnetic field source is provided or comprises, which has at least one electrical coil 8. The magnetic field source can be controlled via the control device 407 and the magnetorheological fluid can be influenced via the magnetic field in order to set a damping of the rotational movement of the damper shaft 403.
  • Such a rotary damper 1 in a fitness device 300 is very advantageous.
  • One advantage is that the
  • Displacer 402 is equipped with a magnetorheological fluid as a working fluid. This can be done by the
  • Control device 407 controls the magnetic field of
  • Magnetic field source in real time d. H. be set in a few milliseconds (less than 10 or 20 ms) and thus in real time and the applied braking torque is set to the damper shaft 403 when the fitness device 300 a corresponding
  • the structure of the rotary damper 1 is simple and compact and requires few components, so that the rotary damper 1 can be produced inexpensively and integrated into the fitness device.
  • the displacement device 402 is designed in particular as a type of compressor device or pump.
  • Displacer 402 has intermeshing and operationally rotating displacer components 404 and 405. Inside the displacement device 402, a displacement chamber is provided, which can also be referred to as a compressor chamber. Inside or in the interior of the displacer is a contain magnetorheological fluid as a working fluid.
  • a liquid pressure sensor can be used, which detects the pumping pressure. This can be deduced the introduced torque and / or force and this as
  • Parameter in the controller or the training algorithm find use.
  • FIGS. 9 and 10 show highly schematic embodiments of a control system of the damper device 10 of a fitness device 300 (or several fitness devices 300).
  • control also means a regulation, so that the
  • Control system preferably also suitable and designed for control.
  • actuators As an example, only three interconnected rotary damper 1 are shown here as actuators. However, it is also possible to provide four or five or even 10 or a multiplicity of actuated actuators. It is also possible that only one actuator or two actuators are provided.
  • the dampers 1 are here with a computing unit 201
  • the arithmetic unit 201 receives for each damper 1 at least one actuator signal 204, which describes at least one characteristic of at least one state of the damper 1 size.
  • an actuator signal comprises a characteristic quantity which is detected by the rotary encoder 17.
  • the actuator signal may also include a characteristic quantity detected by at least one torque sensor and / or at least one current sensor. Other suitable sensor types are also possible.
  • the arithmetic unit 201 takes into account a plurality of actuator signals 204 originating from different sensors.
  • the arithmetic unit 201 also takes into account at least one system information 203 which describes at least one system variable.
  • the system information 203 includes, for example Acceleration values of the drum 101 and / or the drum housing 109 and / or other system sizes.
  • Arithmetic unit 201 for the damper 1 each at least one parameter for an optimal resistance moment.
  • the parameters for the determined resistance torques of the damper 1 actuator are each provided to a current / torque control 202 associated with a damper 1.
  • the current / torque control 202 outputs at least one control voltage 205 for each damper 1 as a function of the resistance torques provided.
  • Control signals with other and / or additional suitable for controlling the damper 1 sizes as the voltage Based on
  • the control shown in FIG. 9 is as one
  • Central controller 200 configured. It includes the
  • respective damper 1 associated power / torque control 202 may also be designed decentralized.
  • the arithmetic unit 201 remains central.
  • the current / torque control 202 is arranged in particular separately and spatially separated from the arithmetic unit 201.
  • decentralized control 206 is configured. Here are the
  • Dampers 1 each assigned at least one own computing unit 201 and at least one own current / torque control 202. It is possible that the damper 1 assigned
  • Computing unit 201 and the power / torque control 202 is autonomously acting. But it is also possible
  • FIG. 11 shows a training device 300 or fitness device with a device according to the invention
  • the training device 300 is designed as an ergometer or exercise bike. It includes a
  • muscle-powered actuator 301 which is designed here as a pedal crank with a pedal and a bottom bracket. In this case, the movement of the actuating element 301 by the rotary damper 1 is damped.
  • the damping properties of the rotary damper 1 can be adjusted several times during one revolution. In particular, the torque required to rotate the actuator 301 is adjusted.
  • a control device 302 is provided here.
  • FIG. 11 shows a training device 300 with a
  • the training device 300 is designed as an ergometer or exercise bike. It includes a
  • muscle-powered actuator 301 which is designed here as a pedal crank with a pedal and a bottom bracket. In this case, the movement of the actuating element 301 by the rotary damper 1 is damped.
  • Damper 1 here is a control device 302 is provided.
  • the damping properties of the rotary damper 1 can be adjusted several times during one revolution.
  • the torque required to rotate the actuator 301 is adjusted.
  • the torque can also be adjusted depending on the angle of rotation.
  • the angular position or the angle of rotation is indicated here by two dashed lines and a double arrow.
  • the direction of rotation is marked by an arrow.
  • the control device 302 controls the field-generating device here in such a way that a certain damping force must be applied for the movement of the mutually movable components 2, 3.
  • the control device 302 takes into account the predetermined training parameter (s). Is for example a given predetermined torque, the controller 302, the damping force so that the training person the
  • Pedal drive can only rotate with the specified torque.
  • an angular speed or cadence can be specified, which must reach the training person.
  • the damping force can be set to a basic value or a value determined by the trainer. The training person must then reach the specified cadence with this torque.
  • control unit 302 can execute the
  • control device 302 monitors the cadence as a parameter and by means of a sensor device not visible here
  • the required torque or the damping force can be reduced when the training person as
  • the training device shown here 300 also offers a
  • Adjusting the damping force during a single actuation of the actuator 301 means a single revolution of the pedal drive.
  • the damping force can be reduced when the pedal drive is in a dead center position. Possible is also that the damping force is increased when the pedal position in an optimal for the training person
  • the damping force or moment can also be varied during a single actuation of the actuation element 301, resulting in a low body load
  • the damping force or the damping torque can also during a single actuation of the actuating element 301
  • control device 302 carries out the adjustment of the damping force and thus of the torque as a function of the angular position of the actuating element 301 or of the pedal drive. For this, the angular position of
  • Actuator 301 preferably continuously sensed during pedaling as a characteristic.
  • FIG. 12 shows an embodiment of the exercise device 300 as a rowing machine.
  • the actuator 101 is here formed as the seat 305 and the rudder 306, respectively.
  • the seat 305 is slidably mounted on a frame 304.
  • the rudder 306 is also attached to the frame 304.
  • the rudder 306 may also be movably received on the frame 304.
  • the movement of the seat 305 is here attenuated via a damper device 10 with a linear damper.
  • the movement of the rudder 306 may be damped via a damper device 10.
  • the force required to pull the seat 305 to the rudder 306 can be adjusted.
  • the controller 302 then adjusts the damper force accordingly. In this case, a different damping force than for the backward movement may be provided for the forward movement. So the rudder movement can be simulated particularly well.
  • the path can also be predetermined as a training parameter that the seat 305 can travel in a rowing train.
  • the controller 302 may sensually detect the position of the seat 305 with respect to the frame 304 and adjust the damping force as a function of the seating position.
  • Damping force can be blocked when the seat is one as
  • Training parameter predetermined length was preferred in the direction of the rudder 306. This can be a wrong attitude when
  • Rowing training can be avoided.
  • the rudder movement can be optimally adapted to the height or leg length of the training person.
  • the training device 300 offers the possibility here, the
  • Actuator 301 adaptively to vary, taking into account a characteristic. The single operation of the
  • Actuator 301 is here a single rowing train.
  • the speed of movement of the seat 305 along the frame 304 is sensory detected as a characteristic. If the speed of the seat 305 reaches a threshold or exceeds the threshold value in a single rudder, the damping force for the movement of the seat 305 by one
  • the damping force can be reduced by a certain value when the seat 305 a
  • Threshold for a movement speed once or repeatedly not reached is the Threshold for a movement speed once or repeatedly not reached.
  • FIG. 13 shows an embodiment of the training device 300 as a cable pull device for training the arms and / or the trunk.
  • the training person pulls with his hands on each of a cable 307 as actuator 301.
  • Die Cables 307 are here added to a pulley 308. It can also be a continuous cable 307 be provided for both arms, which on only one pulley 308th
  • the movement of the cable 307 can also take place via a damper device 10 with a linear damper.
  • the damping for pulling and holding and leaving the cable 307 is separately adjustable here. This significantly improves the training effect.
  • the cable 307 can be deliberately left behind slowly by the damping. A spring back through the spring and high holding forces can be such. B. be avoided during rehabilitation exercises. At the same time, however, higher tensile forces in a withdrawal of the
  • FIG. 14 shows a leg extension device
  • Exerciser 300 The exerciser is seated on a seat 305 during exercise and lifts a leg lever 309 by stretching the legs or knees.
  • the leg lever 309 serves as an actuator 301 and is pivotally mounted on the seat 305. The pivoting movement is by a
  • Damper device 10 can be damped. As damper device 10 is used here, for example, with reference to Figure 7, 8 rotary damper 1 or with the damper unit 80 according to FIG 16.
  • the pivoting angle and the force required to pivot the leg lever 309 are predetermined here.
  • the actuation force of the leg lever 309 provided as a function of the angle.
  • Control device 302 continuously the angular position of the
  • Damping force The angular position or the angle is indicated here by two dashed lines and a double arrow.
  • the angle range in which the leg lever 309 can be pivoted can also be set here as a training parameter. This is especially true in the rehabilitation of
  • the trainer can specify as a training parameter at which angular position of the leg lever 309 the damper force is increased to a level which blocks the mobility of the leg lever 309.
  • the control device 302 monitors the angular position of the leg lever 309
  • the exerciser 300 may also adaptively vary the damping characteristic during a single actuation of the leg lever 309, taking into account the characteristic.
  • the control device 302 detects the angular velocity or the speed of movement of the leg lever 309 as a parameter. This avoids that the training person stretches the knee too fast and thus does not achieve the necessary muscle training.
  • control device 302 recognizes too fast a movement of the leg lever 309, it automatically increases the height
  • Knee extension can be done. Otherwise already can
  • Another advantage of the adaptive adaptation is that it is performed by the control device 302 itself and the trainer or therapist thus does not have to constantly monitor the training person. If the trainee executes the next movement again at a correct speed, the control device 302 does not make any adjustment or sets the training parameter
  • the control device 302 can be used to pivot the
  • Leg lever 309 also permanently increase or decrease necessary force. This can be done if repeated too fast
  • Movements of the leg lever 309 are detected by sensors. In this way, a training parameter can be adjusted without the trainer having to follow the entire training unit or analyzing the recorded parameters.
  • the damper unit 80 can be used as a rotary damper. 1
  • FIG. 15 shows a perspective view of the exercise device 300 designed as a hand gripper device.
  • the exercise device 300 includes two actuators 301, each with an actuator with a component of
  • Damper unit 80 is connected.
  • the actuators 301 are pivotally connected together.
  • a rotary damper 1 is arranged as a damper unit 80.
  • the moment or the manual force can be varied steplessly by means of the rotary damper 1.
  • the hand force can also over the
  • Angle can be varied. There are also tactile grid or ripple, etc. possible.
  • the controller can be located internally or externally. An activation can also be done via Bluetooth and Smartdevice (smartphone, smartwatch Certainly or computer. Also via the Internet or a (company-internal) LAN can be controlled. To control a program on the computer can serve (also as an app). The manual force is set between components 2 and 3.
  • Figure 16 shows a schematic cross section of a rotary damper 1 of the exercise device 300, wherein the rotary damper on magnetorheological basis works whose principle is explained with reference to Figure 17.
  • Figure 16 shows a cross section, in which case the component 2 is connected to the base body, against which the component 3 is rotatably received.
  • the main body has a
  • Receiving housing 561 which is attached to a separate base plate 560.
  • the receiving housing 561 can be glued to the base plate 560 after assembly of the parts arranged therein.
  • the component 3 is rotatably or pivotally received.
  • Component 3 here comprises a shaft 562 to which a holder 582 is screwed by means of a screw 581.
  • An internal display unit, which is surrounded by the component 3, can also be accommodated on the holder 582. This allows the components
  • the shaft 562 is rotatable about a bearing 530 on the
  • the bearing 530 may for example be designed as a sliding bearing, but may also comprise a different rolling bearing.
  • annular receiving space 569 is provided, which is filled by an electric coil 8 as a field-generating device 7 here. Any clearances can be filled by, for example, a potting compound or a filler, which also serves to hold the electric coil 8 in the annular receiving space.
  • the magnetization of the permanent magnet 525 via corresponding magnetic pulses of the electric coil 8 are changed.
  • a channel 505 is provided, which is partially filled with here cylindrical rotary bodies 511, which are arranged in particular symmetrically over the circumference of the channel 505.
  • the rotating bodies rotate during the rotation of the two components 2, 3 against each other, since the rotating body 511 regularly with the receiving housing 561 and / or the shaft 562 are in contact and so roll on it.
  • At least one contact element 559 in the form of a contact ring 559 may be provided.
  • a contact ring can be designed in particular as an O-ring (round or square or rectangular ring) and, for example, consist of a rubber-like material.
  • Such a contact ring 559 may be arranged, for example, in a circumferential groove 567 on the running surface 565 of the receiving housing 561. It is also possible that a further contact ring 559b is arranged in a groove 566 on the running surface 564 on an enlarged circumferential ring 568 of the shaft 562.
  • a contact ring 559 is arranged in the groove 567 and that a contact ring 559 b in the inner circumferential groove 566 on the running surface 564 of the circulating ring 568
  • Rotary body 511 are each provided with a contact ring 559 c, wherein a contact ring 559 c then extends around a rotary body 511. Even with such an embodiment is
  • a stop ring 583 a defined axial distance between the receiving housing 561 and an axial surface of the circulating ring 568 guaranteed.
  • the interior 563 is sealed by a seal 546, so that the magnetorheological medium can not escape from the interior 563.
  • Receiving housing 561 a circumferential gap is provided on which a serving as an angle sensor sensor 556 is arranged.
  • the angle sensor 556 consists of at least two parts 557 and 558, wherein the sensor part 557, for example, at certain angular positions magnets or other position marks or the like, so over the z. B. on the
  • Electronics mounted sensor part 558 on the receiving housing 561 a rotational movement of the component 3 is detected. It can be both an absolute angular position and a relative
  • Angle change can be detected.
  • an axial movement or axial force can be detected on the component 3 as a whole. For example, by applying an axial force, a small change in distance between the holder 582 and the receiving housing 561 may be achieved by the actuating sensor 554
  • the controller preferably operates at a control clock of 4kHz or more.
  • Energy storage 528 is provided in particular internally.
  • the energy storage 528 (battery or rechargeable battery) can also be provided externally.
  • An axial distance 223 is provided between the end face 570 on the shaft 562 and the end face 571 on the receiving housing 561. This axial distance is considerably less than the radial distance 574 between the circulating ring 568 and the Tread 565 in the receiving housing 561. A small distance is advantageous because the magnetic field 508 and the magnetic field lines in the axial direction passes through the gap 572. With a thin gap, relatively low magnetic losses are possible.
  • FIG 17 shows a highly schematic cross-sectional view of a damper unit 80, which may be designed as a rotary damper 1 or as a linear damper.
  • the damper unit 80 serves for
  • a rotary body 511 is provided as a separate part.
  • the components 2 and 3 can rotate relative to each other (see Fig. 16) or be linearly displaceable.
  • the rotary body 511 is formed here as a ball 514. But it is also possible, rotary body 511 as a cylinder (Fig. 16) or
  • not rotationally symmetric rotary body such as a gear or rotary body 511 with a specific surface structure can be used as a rotating body.
  • the rotary body 511 are not used for storage against each other, but for
  • a channel 505 is provided, which here with a magnetorheological fluid 5, which for example comprises a carrier liquid as an oil, in the ferromagnetic particles 519 are present.
  • a magnetorheological fluid 5 which for example comprises a carrier liquid as an oil
  • Glycol, fat, viscous substances can also be used as a carrier medium, without being limited thereto.
  • the carrier medium can also be gaseous or it can be dispensed with the carrier medium (vacuum). In this case, only by the
  • Magnetic field influencing particles filled in the channel Magnetic field influencing particles filled in the channel.
  • the ferromagnetic particles 519 are preferably carbonyl Iron powder, wherein the size distribution of the particles depends on the specific application. Concretely preferred is a
  • Distribution Particle size between one and ten microns, but also larger particles of twenty, thirty, forty and fifty microns are possible. Depending on the application, the particle size can be significantly larger and even in the
  • the particles may also have a special coating / coating (titanium coating, ceramic, carbon mantle, etc.), so that they better withstand the high pressure loads occurring depending on the application.
  • the MR particles can for this application not only from carbonyl iron powder (pure iron), but z. B. also be made of special iron (harder steel).
  • the rotary body 511 is offset by the relative movement 517 of the two components 2 and 3 in rotation about its axis of rotation 512 and runs virtually on the surface of the component 3 from.
  • the rotary body 511 runs on the surface of the other component 2, so that there is a relative speed 518.
  • the rotary body 511 has no direct contact with the surface of the component 2 and / or 3 and therefore does not roll directly therefrom.
  • the free distance 509 from the rotary body 511 to one of the surfaces of the component 2 or 3 is z. B. 140 ⁇ .
  • the free distance is in particular between 75 ⁇ and 300 ⁇ and more preferably between 100 ⁇ and 200 ⁇ .
  • the free distance 509 is in particular at least ten times the diameter of a typical middle one
  • the free distance 509 is at least ten times a largest typical particle. Due to the lack of direct contact results in a very low (s) basic friction / force / moment when moving the relative
  • the rotary damper 1 If the rotary damper 1 is acted upon by a magnetic field, form the field lines depending on the distance between the rotating bodies 511 and the components 2, 3 from.
  • the rotary body consists of a ferromagnetic material and z.
  • the steel type ST 37 has a magnetic permeability of about 2,000.
  • the field lines pass through the rotating body and concentrate in the rotating body. At the here radial inlet and outlet surface of the field lines on the rotary body there is a high flux density in the channel 505.
  • the inhomogeneous and strong field leads to a local and strong networking of the magnetically polarizable particles 519.
  • Rotary body 511 and component 2, 3 at least partially made of ferromagnetic material, which is why the magnetic flux density is higher, the smaller the distance between the rotating body 511 and component 2, 3.
  • a substantially wedge-shaped region 516 forms in the medium, in which the gradient of the magnetic field strongly increases at the acute angle at the contact point / the region of the smallest distance.
  • Rotary movement is possible without and also with an acting magnetic field 508.
  • Magnetic field generating device 7 is exposed, the individual particles 519 of the magnetorheological fluid 5 chain along the field lines of the magnetic field 508. It should be noted that the drawn in Figure 1 vectors for the
  • the field lines enter the channel 505 substantially normal to the surfaces of the ferromagnetic components and must, above all, be in the acute-angled region 510 not straightforward.
  • the acute-angled regions 510 may be cylindrical, for example
  • designed rotary bodies 511 have a wedge shape 516. Due to the wedge shape 516, the further rotation of the
  • Rotary body 511 obstructed, so that the effect of the magnetic field is amplified on the magnetorheological fluid, as resulting by the acting magnetic field within the acute-angled region 510, a stronger cohesion of the local medium.
  • the mechanical reinforcement of the magnetorheological effect can go so far that a force transmission is possible even after switching off an applied magnetic field, when the particles were wedged.
  • Figure 18 shows a linear damper 60, which with a
  • Valve device 69 is equipped, the two here
  • Damping channels 70 includes.
  • Damping device 10 here has a first component 2 and a second component 3, which can be connected to two different housing parts, housings or bodies in order to damp a relative movement in a fitness device.
  • a linear damping is z. B. the fitness device of Figure 12.
  • the linear damper 60 has a damper housing 63 in which a piston 65 is arranged.
  • the piston 65 is connected to a piston rod 64 which is fixedly connected to the second component 3 here.
  • the piston 65 divides the interior of the damper housing 63 into a first damper chamber 66 and a second damper chamber 67, which are at least partially filled with a magnetorheological medium and in particular a magnetorheological fluid 5.
  • the piston 65 also serves as a valve device or comprises at least one such.
  • at least one flow channel or damping channel 70 is provided in the piston 65. The flow of the magnetorheological fluid 5 is damped as it passes through the flow channel 70 of the piston 65. The flow direction is either from the first damper chamber 66 to the second
  • FIG. 19 shows the course of force (on the foot) or the course of moment (on the device or in the knee joint) of a training device via the angular position, eg the leg press according to FIG. 14.
  • the force is on the Y-axis and the angle on the X - Axis applied.
  • the joint and muscle load body stress, long-term consequences (7), it may be unfavorable, for example, in this fitness device, when at an angle of 90 ° between the upper and lower leg high forces applied to the leg or foot.
  • the forces may be higher, but should then be greatly reduced between 80 ° and 110 °, and then again to be very close to 180 degrees (leg extended). Immediately before the complete extension (180 °), it is again advantageous if the forces are lower.
  • Fig. 19a shows a force curve with smaller
  • the force is plotted on the y-axis and the angle on the x-axis.
  • the moment or force curve can also be adapted to the daily constitution and / or the training time. This means that e.g. at the beginning of training lower powers / moments on
  • Training device abut, which increase in the course of training, because the muscles / the user is warmed up, and against
  • FIG. 20 shows another course of force over the
  • the force is plotted on the Y-axis and the angle on the X-axis. This is the weight lifting or
  • FIG. 21 shows an embodiment with a
  • Nahfeldkennungssystem 310 a customer z. B. to the gym and goes to a body scanner and / or analyzer.
  • the "leverage ratios" are determined and stored (eg upper arm, forearm, thighs, height %)
  • the customer receives a device (eg NFC wristband, chip, Smartdevice like smartphone or watch or the like) which, when using the device, transmits this data to the device
  • Fitness device 300 transmitted.
  • this is always optimally adjusted with respect to the training (eg force over path, torque over angle or the like) or tells the user how to adjust it (eg mechanically adjust seat or
  • the device adjusts itself (eg by means of electric motors or the like).
  • FIG. 22 shows an exemplary course of force in the device 300 or ergotrainer according to FIG. 11.
  • the force is plotted on the Y-axis and the angle on the X-axis.
  • Body halves For example, the damper setting for the right leg and left for the left leg is made to the right of the line.
  • the damper settings are the same for both body halves here.
  • the curve starts here at 50 °, the power increases and then runs gently.
  • the force is also reduced in order to transfer in the "almost" stretched leg not too high load or not to stress the joints too much.
  • the low point begins the kick of the other leg.
  • the angles change, with the adaptive damper taking this relationship into account.
  • FIG. 23 shows another exemplary course of force.
  • the dashed lines mark the separations between the body halves.
  • the damper settings are different here for both body halves.
  • the left half of the body or the left leg is weakened, z. B. by an accident or illness.
  • the force curve is over here Movement cycle (360 °) of an ergotrainers in the form of a bicycle shown.
  • the force curve (braking characteristic) is reduced by the left leg (left half of the body), so this
  • Body half is loaded less.
  • the rehabilitation process can be optimized.
  • the energy input is larger or smaller.
  • a necessary cooling to dissipate the energy is primarily about the
  • the MRF flows via conduits and / or flow channels (e.g.
  • FIGS. 7 and 8 Thus, a particularly good one here
  • Air flow (eg electrical or mechanical cooling fan). This is advantageous for MRF actuators without flow line.
  • connection line 203 system information

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trainingsgerät (300) zur gezielten Muskelbetätigung. Das Trainingsgerät (300) umfasst ein muskelkraftbetriebenes Betätigungselement (301) und eine Dämpfereinrichtung (10) mit zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten (2, 3). Eine der Komponenten (2, 3) ist mit dem Betätigungselement (301) wirkverbunden, sodass eine Bewegung des Betätigungselementes (301) dämpfbar ist. Der Dämpfereinrichtung (10) sind ein feldempfindliches rheologisches Medium (5) und eine Felderzeugungseinrichtung (7) zur Erzeugung und Steuerung einer Feldstärke zugeordnet. Durch die Felderzeugungseinrichtung (7) ist eine Dämpfungseigenschaft beeinflussbar. Dabei ist eine Steuereinrichtung (302) dazu geeignet und ausgebildet, die Felderzeugungseinrichtung (11) in Abhängigkeit eines Trainingsparameters gezielt zu steuern, sodass die Bewegung des Betätigungselementes (301) unter Berücksichtigung des Trainingsparameters dämpfbar ist.

Description

Trainingsgerät und Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trainingsgerät zur gezielten Muskelbetätigung mit wenigstens einem wenigstens teilweise muskelkraftbetriebenen Betätigungselement und mit wenigstens einer Dämpfereinrichtung.
Ein entscheidendes Merkmal von Trainingsgeräten ist deren
Anpassungsfähigkeit an bestimmte Trainingsvorgaben und an die individuellen Bedürfnisse der Trainingsperson. Daher weisen Trainingsgeräte in der Regel verschiedene Einstellmöglichkeiten auf. Beispielsweise kann eingestellt werden, welche Kraft die Trainingsperson aufbringen muss oder wie sehr sie sich strecken oder dehnen muss.
Allerdings ist die Einstellung von Trainingsgeräten oft sehr unkomfortabel und zeitaufwendig. In der Regel sind Fachkenntnisse vorausgesetzt, um die für ein gezieltes Training notwendigen Einstellungen optimal vornehmen zu können. Es kann sogar
vorkommen, dass aufgrund von fehlerhaften Einstellungen
Überbelastungen und Schmerzen auftreten.
Im Stand der Technik sind daher Trainingsgeräte bekannt geworden, bei denen die Trainingsbewegungen durch Dämpfer beeinflusst werden. Das ermöglicht in der Regel eine einfachere Einstellung bestimmter Trainingsvorgaben.
Für ein optimales Training und eine besonders komfortable
Benutzung der Trainingsgeräte wäre es jedoch von Vorteil, wenn die Einstellung der entsprechenden Dämpfer noch gezielter und insbesondere auch wenigstens teilweise automatisiert erfolgen könnte .
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Trainingsgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines
Trainingsgeräts zur Verfügung zu stellen, welche ein verbessertes Training ermöglichen und bei denen besonders unaufwendig und vorzugsweise auch wenigstens teilweise automatisiert gezielte Einstellungen vorgenommen werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Trainingsgerät mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 25. Bevorzugte Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der
Ausführungsbeispiele .
Das erfindungsgemäße Trainingsgerät dient zur gezielten
Muskelbetätigung und umfasst wenigstens ein wenigstens teilweise muskelkraftbetriebenes Betätigungselement. Das Trainingsgerät umfasst wenigstens eine Dämpfereinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten. Eine der Komponenten ist mit dem Betätigungselement wirkverbunden, sodass eine
Bewegung des Betätigungselements dämpfbar ist. Der
Dämpfereinrichtung sind ein feldempfindliches rheologisches Medium und wenigstens eine Felderzeugungseinrichtung zu Erzeugung und Steuerung einer Feldstärke zugeordnet. Durch die
Felderzeugungseinrichtung ist wenigstens eine
Dämpfungseigenschaft beeinflussbar .
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Trainingsgerät wenigstens eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die
Felderzeugungseinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines
Trainingsparameters gezielt zu steuern. Vorzugsweise ist dadurch die Bewegung des Betätigungselements unter Berücksichtigung des Trainingsparameters dämpfbar.
Das erfindungsgemäße Trainingsgerät bietet viele Vorteile. Durch die entsprechende Dämpfereinrichtung des Trainingsgeräts kann das Training erheblich verbessert werden, da die Dämpfung sehr gezielt einstellbar ist. Zudem können die für das Training gewünschten Einstellungen besonders komfortabel und unaufwendig vorgenommen werden.
Besonders vorteilhaft ist auch die Steuereinrichtung. Durch diese kann die Felderzeugungseinrichtung so eingestellt werden, dass ein Training mit sehr gezielten Trainingsparametern möglich ist. Zudem kann über die Steuereinrichtung eine automatisierte
Einstellung des Trainingsgerätes erfolgen. Dazu kann ein Trainer bzw. Therapeut die erforderlichen Trainingsparameter im Vorfeld ermitteln und im Trainingsgerät hinterlegen. Oder der Benutzer erhält die Trainingsparameter online bzw. aus dem Netz. Die Trainingsperson kann dann mit dem Training beginnen, ohne selbst Einstellungen vorzunehmen oder auf den Trainer warten zu müssen.
Insbesondere ist der Trainingsparameter in der Steuereinrichtung hinterlegt. Der Trainingsparameter kann auch auf einem
Speichermedium hinterlegt sein, welches mit der Steuereinrichtung wirkverbunden ist. Beispielsweise kann der Trainingsparameter auf einem transportablen Speichermedium hinterlegt sein, welches die Trainingsperson mit sich führt. So kann durch Einlegen des
Speichermediums oder auch durch eine Nahfeld-Erkennung eine automatisierte Einstellung der gewünschten Trainingsparameter erfolgen, wenn die Trainingsperson das Trainingsgerät nutzt.
Insbesondere ist in Abhängigkeit des Trainingsparameters eine zur Bewegung einer der beiden Komponenten aufzubringende
Dämpfungskraft einstellbar. Durch die Dämpfungskraft ist
insbesondere die Betätigungskraft des Betätigungselements einstellbar .
Vorzugsweise ist in Abhängigkeit des Trainingsparameters ein Weg und/oder ein Drehwinkel einstellbar, über welchen wenigstens eine der beiden Komponenten bewegbar ist. Dadurch ist insbesondere auch der Weg und/oder der Drehwinkel der Bewegung des
Betätigungselements einstellbar. Möglich ist auch, dass über die Einstellung der Dämpfungskraft die Bewegbarkeit des
Betätigungselements einschränkbar und/oder blockierbar ist. So kann beispielsweise eine Bewegung des Betätigungshebels außerhalb eines vorgegebenen Weges bzw. Drehwinkels verhindert werden. Das Blockieren des Betätigungselements erfolgt insbesondere durch Einstellen einer entsprechend hohen Dämpfungskraft, sodass beispielsweise das Betätigungselement nicht mehr durch
Muskelkraft bewegbar ist.
Vorzugsweise ist die Dämpfungseigenschaft während wenigstens einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements variierbar. Insbesondere ist eine einzelne Betätigung des Betätigungselements mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften und beispielsweise mit unterschiedlichen Dämpfungskräften ausführbar. Insbesondere ist die Dämpfungseigenschaft während eines einzelnen
Bewegungs zyklus variierbar. Der Bewegungs zyklus kann z. B. eine einzelne Umdrehung mit dem rechten und/oder linken Bein sein.
Beispielsweise ist die Betätigung ein Ziehen an einem Armhebel oder ein Schwenken eines Beinhebels. Dann können zu Beginn des Ziehens bzw. Schwenkens andere Dämpfungseigenschaften und vorzugsweise andere Dämpfungskräfte einstellbar sein als im weiteren Verlauf oder gegen Ende des Ziehens bzw. Schwenkens.
Die Einstellung der Dämpfungseigenschaft während einer Betätigung kann durch wenigstens eine Funktion beschreibbar sein. Die
Funktion ist vorzugsweise in der Steuereinrichtung hinterlegt. Das bietet erhebliche Vorteile gegenüber einer Dämpfung, welche während der gesamten Betätigung auf einem bestimmten Wert verbleibt. Bei vielen Übungen ist es von großem Vorteil, wenn gerade zu Beginn oder gegen Ende der jeweiligen Bewegung bzw. Betätigung die Dämpfungskraft gezielt abgesenkt oder angehoben wird. Aufgrund der Dämpfereinrichtung mit dem rheologischen Medium bzw. mit der Felderzeugungseinrichtung kann die
Dämpfungskraft während einer einzelnen Betätigung durch Anpassen der Feldstärke nahezu beliebig variiert werden. Das bietet erhebliche Vorteile gegenüber Trainingsgeräten, die über
mechanische Ventile eingestellt werden müssen.
Das ermöglicht, dass der Trainingsablauf über die Trainings zeit besonders individuell und gezielt verlaufen kann. Das bietet erhebliche Vorteile gegenüber Anpassungen, die für längere Dauer erfolgen und z. B. für Aufwärmphase , Haupttrainingsphase, Auslaufphase, welche jeweils z. B. mehrere Minuten oder Stunden lang sind, vorgenommen werden. Denn dabei werden die zu
trainierenden Körperpartien meist synchron belastet bzw.
beaufschlagt. Für ein optimales Training im Sinne von
Gelenksschonung bzw. bestmöglichen Muskelaufbau ist es jedoch von Vorteil, wenn der Trainingsverlauf nicht über eine längere
Zeitdauer, z. B. Minuten oder sogar Stunden, grob variabel gestaltet wird, sondern jeder Bewegungszyklus einzeln und sogar noch für das zu trainierende Körperteil unterschiedlich.
Die hier vorgestellte Erfindung bietet dagegen eine sehr schnelle Anpassung der Einstellungen, z. B. in Echtzeit und/oder während nur einer einzigen Bewegung. In einer Ausgestaltung als
Hometrainer in Form eines Fahrrades kann so z. B. während einer Pedalumdrehung um 360° die Bremskraft bzw. das Drehmoment anhand der Dämpfereinstellungen kontrolliert variiert werden. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen kann dabei sogar das linke Bein anders als das rechte Bein trainiert bzw. mit Bremsmoment beaufschlagt werden und umgekehrt.
Der Trainingsparameter ist besonders bevorzugt einer Gruppe von Parametern entnommen, welche eine zur Betätigung des
Betätigungselements vorgesehene Kraft bzw. Drehmoment,
Geschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit, Beschleunigung, Strecke, Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung, Bewegungsbahn und einen zur Betätigung des Betätigungselements vorgesehenen Winkel umfasst. Die Berücksichtigung solcher Trainingsparameter bei der Steuerung der Dämpfereinrichtung ermöglicht eine besonders gezielte Anpassung an die individuellen Trainingsvoraussetzungen einer Trainingsperson. Der Winkel kann beispielsweise den Bereich vorgeben, um den das Betätigungselement mit einer bestimmten Kraft und/oder Geschwindigkeit verschwenkbar ist.
Möglich ist auch, dass der Trainingsparameter wenigstens ein Parameter der Gruppe als Funktion wenigstens eines anderen
Parameters der Gruppe beschreibt. Beispielsweise kann die
Geschwindigkeit und/oder die Kraft als Funktion der Strecke und/oder des Winkels in der Steuereinrichtung hinterlegbar sein. Es kann vorgesehen sein, dass ein charakteristischer Wert für den Trainingsparameter eingegeben werden kann, durch welchen der Trainingsparameter ableitbar ist und/oder mittelbar hervorgeht. Beispielsweise kann der Trainer einen Wert aus einer Skala für den Trainings zustand auswählen und eingeben. Ein hoher Wert ist dann z. B. für eine kräftige, trainierte Person und ein niedriger Wert für eine untrainierte Person. Die Steuereinrichtung kann dann den charakteristischen Wert in einen Trainingsparameter umsetzen, der für die Ansteuerung der Dämpfereinrichtung geeignet ist .
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt dazu geeignet und
ausgebildet, die Felderzeugungseinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines Trainingsparameters als Funktion wenigstens eines anderen Trainingsparameters zu steuern.
Beispielsweise kann der Trainer bestimmten Winkelstellungen des Betätigungselements bestimmte Kräfte zur Betätigung des
Betätigungselements zuordnen. Die Steuereinrichtung
berücksichtigt dann insbesondere die Kraft als Funktion des Winkels. Das hat den Vorteil, dass in bestimmten Stellungen des Betätigungselements eine höhere oder auch eine geringere Kraft von der Trainingsperson abverlangt wird. Besonders von Vorteil ist dies bei Rehaübungen, da in bestimmten Dehnungsstellungen hohe Kräfte vermieden werden müssen. So kann bei der
Rehabilitation einer Knieverletzung mit zunehmendem Streckwinkel des Knies eine geringere Dämpfung und somit eine geringere
Betätigungskraft vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, anhand wenigstens einer
Sensoreinrichtung wenigstens eine Kenngröße für die Bewegung des Betätigungselements zu erfassen. Insbesondere ist die
Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die
Felderzeugungseinrichtung unter Berücksichtigung der Kenngröße gezielt zu steuern. Insbesondere ist die Dämpfungskraft zur Bewegung wenigstens einer der beiden Komponenten unter
Berücksichtigung der Kenngröße einstellbar. Insbesondere betrifft die erfasste Kenngröße eine oder mehrere der Größen, welche auch als Trainingsparameter herangezogen werden. Insbesondere beschreibt die Kenngröße eine zur Betätigung des
Betätigungselements vorgesehene Kraft bzw. Drehmoment, Luftdruck, Druck in Flüssigkeiten, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Strecke, Bewegungsrichtung bzw. Drehrichtung, Bewegungsbahn und/oder einen Winkel .
Eine solche Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass die Einstellung der Dämpfungskraft nicht nur in Abhängigkeit eines zuvor festgelegten Trainingsparameters erfolgt, sondern auch durch eine sensorische Überwachung des Trainings anpassbar und besonders bevorzugt auch regelbar ist. So können z. B. falsch ausgeführte Übungen und zum Beispiel zu schnelle Bewegungen auch ohne Anwesenheit des Trainers erkannt werden können.
Beispielsweise kann bei Erkennung von zu schnell ausgeführten Bewegungen die Dämpfungskraft so nach geregelt werden, dass die Trainingsperson aufgrund einer erhöhten Dämpfungskraft die Übung entsprechend langsamer ausführt. nngröße in
Trainer die analysieren und das Training eventuell anzupassen
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und
ausgebildet, den Trainingsparameter in Abhängigkeit der Kenngröße anzupassen. Das ermöglicht eine intelligente bzw. adaptive
Anpassung des Trainingsparameters. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Anpassung des Trainingsparameters durch die
Steuereinrichtung erfolgt. Das erspart dem Trainer eine
zeitaufwendige und mühsame Neubestimmung des Trainingsparameters. Besonders vorteilhaft an einer solchen Ausgestaltung ist auch, dass der Trainer zunächst einen Erfahrungswert bzw. einen
Näherungswert als Trainingsparameter vorgeben kann. Sollte dieser Trainingsparameter einer Optimierung bedürfen, erkennt dies die Steuereinrichtung insbesondere aufgrund der sensorisch erfassten Kenngröße und nimmt z. B. eine selbstständige Anpassung des Trainingsparameters vor. Beispielsweise gibt die sensorisch erfasste Kenngröße die
Geschwindigkeit bei der Betätigung des Betätigungselements an. Übersteigt die Geschwindigkeit einen Schwellenwert, kann von einer eher einfachen Übung ausgegangen werden. Die
Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, bei Überschreiten eines Schwellenwertes den Trainingsparameter anzupassen. Beispielsweise stellt die Steuereinrichtung die zur Betätigung notwendige Kraft anhand der Dämpfungskraft auf einen höheren Wert ein. Dadurch wird das Trainingsniveau automatisch auf einem vorteilhaften Level gehalten.
Besonders bevorzugt ist Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine dauerhafte Anpassung des Trainingsparameters vorzunehmen. Dadurch kann auch bei späteren Trainingseinheiten der angepasste und nicht der ursprüngliche Trainingsparameter herangezogen werden. Möglich ist aber auch, dass durch die
Steuereinrichtung nur eine zeitweise Anpassung des Trainingsparameters erfolgt. Beispielsweise wird der Trainingsparameter nur für eine Sitzung oder Betätigung angepasst.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass sie Dämpfereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, die
Dämpfungseigenschaft in Echtzeit einzustellen. Insbesondere ist die Dämpfereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, unter Berücksichtigung der Kenngröße die Dämpfungseigenschaft in
Echtzeit einzustellen. Dadurch ist auch bei schnellen bzw. sehr dynamischen Trainingsabläufen eine optimale Anpassung an die individuellen Bedürfnisse der Trainingsperson möglich.
Zum Beispiel wird in Echtzeit der Istzustand der Trainingsperson erfasst und der Trainingsumfang in dieser Form ebenfalls in Echtzeit anpasst, indem während einer Trainingsbewegung die Parameter verändert werden. Dies erfolgt vorzugsweise für jeden Körperteil angepasst, d.h., der rechte Arm wird z. B. anders als der linke Arm trainiert. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Sensoreinrichtung insbesondere mit verschiedenen
Sensoren Zustände erfasst, diese Daten an eine Steuerelektronik weiter gibt, ein Algorithmus diese bewertet und an schnelle Aktoren ausgibt und dieser es in Kraft oder Moment umsetzt. Schnell ist z.B. hundert Mal pro Sekunde bzw. innerhalb von weniger als 100 ms.
Ein erheblicher Vorteil eines Trainingsgeräts nach der Erfindung besteht darin, dass die Dämpfereinrichtung mit einem magneto- rheologischen Fluid als Arbeitsfluid ausgerüstet ist. Es kann von der Steuereinrichtung gesteuert das Magnetfeld der elektrischen Spule in Echtzeit, d. h. in wenigen Millisekunden (kleiner 10 oder 20 ms) eingestellt werden. Somit kann in Echtzeit auch die Dämpfungskraft eingestellt werden.
Insbesondere ist die Dämpfereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Dämpfungseigenschaft innerhalb weniger als 100 Millisekunden um wenigstens 30% zu verändern. Insbesondere ist die Dämpfungseigenschaft innerhalb weniger als 10 Millisekunden um wenigstens 10%, vorzugsweise um wenigstens 30% und besonders bevorzugt um wenigstens 50%, variierbar. Die Dämpfungseigenschaft kann auch innerhalb weniger als 100 Millisekunden um wenigstens 100% oder 500% oder um das Zehnfache oder Tausendfache variierbar sein. Eine solche Echtzeitsteuerung ist für Trainingsabläufe von besonders großem Vorteil.
Besonders bevorzugt ist die Dämpfungseigenschaft während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements unter
Berücksichtigung der Kenngröße adaptiv variierbar. So kann einer falsch ausgeführten und zum Beispiel zu schnellen Betätigung des Betätigungselements besonders schnell durch Anpassung der
Dämpfungseigenschaft entgegengewirkt werden. Das ist besonders bei einem Rehabilitationstraining von Vorteil, da bereits eine einzige zu kräftig oder zu sehr gestreckte Bewegung zu großen Schmerzen bei der Trainingsperson führen kann. So kann
beispielsweise eine zu kräftig ausgeführte Bewegung bereits im Ansatz sensorisch erkannt und dadurch unterbunden werden, dass die Dämpfungskraft stark reduziert oder ganz zurückgenommen wird.
Es ist möglich und bevorzugt, dass sie Dämpfereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, eine muskelkraftbetriebene Bewegung des Betätigungselements mittels der Felderzeugungseinrichtung und des feldempfindlichen rheologischen Mediums zu blockieren. Dadurch können bestimmte Bewegungen der Trainingsperson gezielt verhindert werden. Beispielsweise kann ein Bewegungsspielraum dadurch angepasst werden und/oder eine zu weitläufige Bewegung gestoppt werden. Bevorzugt ist die Dämpfereinrichtung dazu derart ausgelegt, dass die maximale Dämpfungskraft ein Mehrfaches der zu erwartenden Muskelkraft beträgt.
Besonders bevorzugt ist die Bewegung in Abhängigkeit des
Trainingsparameters und/oder der Kenngröße blockierbar. Dadurch können ungünstige Trainingsbewegungen gezielt und vorteilhaft verhindert werden. Da ein solches Blockieren besonders schnell und vorzugsweise in Echtzeit erfolgen kann, werden ungünstige Bewegungen bereits im Ansatz verhindert. Beispielsweise kann der Trainer einen Winkel bzw. einen Winkelbereich festlegen, in denen die Bewegbarkeit des Betätigungselements gezielt blockiert wird. Durch die Blockierung in Abhängigkeit der erfassten Kenngröße kann eine ungünstige Bewegung besonders schnell und vorzugsweise in Echtzeit verhindert werden, wenn die Kenngröße auf eine solche Bewegung hinweist.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das Betätigungselement einer Gruppe von Betätigungselementen entnommen ist, umfassend: Pedaltrieb, Beinhebel, Kniehebel, Armhebel,
Rückenhebel, Bauchhebel, Rumpfhebel, Seilzug, Ruderhebel. Das Betätigungselement kann auch als ein Fingerhebel und/oder
Handhebel und/oder Handgelenkhebel ausgebildet sein. Der Pedaltrieb kann als eine Trittplatte ausgebildet sein oder wenigstens eine solche umfassen. Vorzugsweise ist für jeden Finger und/oder jeden Fuß jeweils ein Betätigungselement vorgesehen.
Unter einem Hebel wird insbesondere auch eine Schwinge bzw. ein verschwenkbares und/oder drehbares Hebelelement oder auch ein Druck- oder Zughebel verstanden. Über das Betätigungselement erfolgt insbesondere ein Ziehen und/oder Drücken.
Das Trainingsgerät kann auch als ein Handtrainer ausgeführt sein oder wenigstens einen solchen umfassen. Dabei sind insbesondere zwei Betätigungselemente vorgesehen, welche an ihren
Endabschnitten über eine Schwenklagereinrichtung miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind das eine Betätigungselement mit der einen Komponente und das andere Betätigungselement mit der anderen Komponente der Dämpfereinrichtung und z. B. des
Drehdämpfers verbunden, sodass ein Verschwenken der beiden
Betätigungselemente dämpfbar ist.
Das Trainingsgerät kann auch als ein Fingertrainer ausgeführt sein oder wenigstens einen solchen umfassen. Dabei ist für jeden Finger ein Betätigungselement mit jeweils wenigstens einem
Dämpfer vorgesehen. Der Trainingsparameter gibt dann unter anderem die Anzahl der zu bewegenden Finger und/oder den
Fingertyp vor. Die Dämpfer dieser Finger sind dann mit einer definierten Dämpfungskraft bzw. einer durch eine Funktion definierten Dämpfungskurve betätigbar. Die Dämpfer der anderen Finger sind dann insbesondere blockiert. Es können auch alle Finger freigegeben sein. Es können für jeden Finger individuelle Dämpfungskräfte bzw. Dämpfungskurven vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Trainingsgerät wenigstens eine Dämpfereinrichtung mit wenigstens einem
Drehdämpfer. Insbesondere umfasst die eine Komponente eine
Innenkomponente und die andere Komponente eine Außenkomponente. Insbesondere umgibt die Außenkomponente die Innenkomponente vorzugsweise wenigstens abschnittsweise radial. Insbesondere ist zwischen den Komponenten ein radial nach innen von der
Innenkomponente und radial nach außen von der Außenkomponente begrenzter und wenigstens teilweise mit dem rheologischen Medium gefüllter ringförmiger und umlaufender Dämpfungsspalt angeordnet. Der Dämpfungsspalt ist insbesondere durch die
Felderzeugungseinrichtung einem Magnetfeld aussetzbar, um eine Schwenkbewegung zwischen den beiden gegeneinander verschwenkbaren Komponenten um eine Achse zu dämpfen.
Besonders bevorzugt ist eine Mehrzahl an wenigstens teilweise radial verlaufenden Armen an wenigstens einer der Komponenten vorgesehen. Insbesondere ist wenigstens ein Teil der Arme mit einer elektrischen Spule mit wenigstens einer Wicklung
ausgerüstet. Insbesondere erstreckt sich die Wicklung jeweils neben der Achse und beabstandet von der Achse. Ein solcher Drehdämpfer eignet sich besonders gut zur Verwendung in dem Trainingsgerät, da er nur wenig Bauraum benötigt und sehr schnell einstellbar ist.
Insbesondere umfasst das Trainingsgerät wenigstens eine
Getriebeeinrichtung. Die Getriebeeinrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, eine lineare Bewegung des
Betätigungselements wenigstens teilweise in eine Schwenkbewegung einer der beiden Komponenten umzusetzen, sodass die lineare
Bewegung durch den Drehdämpfer dämpfbar ist.
Möglich ist auch, dass das Betätigungselement selbst drehbar ist. Dann ist die Drehbewegung des Betätigungselements vorzugsweise direkt durch den Drehdämpfer dämpfbar.
Vorzugsweise umfasst das Trainingsgerät einen Drehdämpfer mit wenigstens einer Verdrängereinrichtung, wobei die
Verdrängereinrichtung eine Dämpferwelle und ineinander
eingreifende Verdrängerkomponenten aufweist, wobei eine
Drehbewegung der Dämpferwelle dämpfbar ist. Dabei enthält die Verdrängereinrichtung vorzugsweise wenigstens ein
magnetorheologisches Fluid als Arbeitsfluid und ist damit betreibbar. Es ist vorzugsweise eine Steuereinrichtung
zugeordnet, mit der ein Magnetfeld einer wenigstens eine
elektrische Spule umfassenden Magnetfeldquelle bzw.
Magnetfelderzeugungseinrichtung steuerbar ist. Durch das
Magnetfeld ist das magnetorheologische Fluid beeinflussbar, um eine Dämpfung der Drehbewegung der Dämpferwelle einzustellen.
Vorzugsweise umfasst das Trainingsgerät eine Dämpfereinrichtung mit wenigstens einer Dämpfereinheit, wobei eine Dämpfung der Drehbewegung zwischen den wenigstens zwei Komponenten einstellbar ist. Dabei ist wenigstens ein Kanal vorgesehen, wobei der Kanal ein magnetorheologisches Medium enthält. Es ist wenigstens eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Magnetfeldes in dem Kanal vorgesehen, um mit dem Magnetfeld das magnetorheologische Medium in dem Kanal zu beeinflussen. In Kanal ist vorzugsweise wenigstens ein Drehkörper vorgesehen. In einer Weiterbildung ist ein freier Abstand zwischen dem
Drehkörper und der Komponente wenigstens zehnmal so groß ist wie ein typischer mittlerer Durchmesser der magnetisch
polarisierbaren Partikel in dem magnetorheologischen Medium.
Vorzugsweise ist zwischen dem Drehkörper und wenigstens einer Komponente wenigstens ein spitzwinkliger und das
magnetorheologische Medium enthaltender Bereich vorgesehen, der mit dem Magnetfeld der Magnetfelderzeugungseinrichtung
beaufschlagbar ist, um die Partikel wahlweise zu verketten und/oder mit dem Drehkörper zu verkeilen oder freizugeben.
Dabei kann der spitzwinklige Bereich zwischen dem Drehkörper und einer Komponente sich in Richtung der Relativbewegung der
Komponente relativ zu dem Drehkörper verjüngen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die
Dämpfereinrichtung wenigstens einen Lineardämpfer mit wenigstens einer ersten Dämpferkammer und wenigstens einer zweiten
Dämpferkammer. Die erste und die zweite Dämpferkammer sind insbesondere über wenigstens ein steuerbares Dämpfungsventil miteinander gekoppelt. Dem Dämpfungsventil ist vorzugsweise die Felderzeugungseinrichtung zugeordnet. Die
Felderzeugungseinrichtung dient insbesondere zur Erzeugung und Steuerung einer Feldstärke in wenigstens einem Dämpfungskanal des Dämpfungsventils. In dem Dämpfungskanal ist vorzugsweise das feldempfindliche rheologische Medium vorgesehen.
Ein solcher Lineardämpfer kann besonders gut zur Dämpfung von translatorischen bzw. linearen Bewegungen des Betätigungselements eingesetzt werden. Möglich ist auch, dass der Lineardämpfer über wenigstens eine Getriebeeinrichtung mit dem Betätigungselement wirkverbunden ist. Dabei ist die Getriebeeinrichtung insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, eine Drehbewegung des
Betätigungselements wenigstens teilweise in eine translatorische Bewegung einer der beiden Komponenten umzusetzen.
Insbesondere umfasst der Lineardämpfer eine mit dem rheologischen Medium gefüllte Kammer und einen relativ zu der Kammer beweglichen Kolben. Der Kolben ist insbesondere mit dem Betätigungselement wirkverbunden .
In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen ist das Trainingsgerät bzw. Fitnessgerät mit wenigstens einem Drehdämpfer ausgestattet. Insbesondere wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem Trainingsgerät auch ein Fitnessgerät verstanden und umgekehrt. Das Trainingsgerät ist zur kontrollierten
Muskelbetätigung geeignet und ausgebildet. Es umfasst wenigstens ein wenigstens teilweise muskelkraftbetriebenes
Betätigungselement. Dabei ist wenigstens eine Bewegung des
Betätigungselementes durch den Drehdämpfer dämpfbar.
In einer möglichen Variante kommt ein Kunde z. B. ins
Fitnessstudio und geht zu einem Körperscanner und/oder
Analysegerät. Hier werden die „Hebelverhältnisse" ermittelt und gespeichert (z. B. Oberarm, Unterarm, Schenkel, Körpergröße ...). Der Kunde erhält ein Device (z. B. NFC Armband, Chip, Smartdevice wie Smartphone oder -watch oder dergleichen) welches bei der Benutzung des Geräts diese Daten an das Fitnessgerät übermittelt. Somit ist dieses immer optimal bezüglich des Trainings (z. B. Kraft über Weg; Moment über Winkel oder dergleichen) eingestellt bzw. sagt dem Benutzer, wie er es einstellen soll (z. B. Sitz mechanisch verstellen oder dergleichen) oder das Gerät stellt sich selber ein (z. B. mittels E-Motoren oder dergleichen) .
In einer anderen möglichen Variante hat der Kunde die Daten dabei (z. B. anhand einer Smartwatch, Smartphone, Chip oder
dergleichen) . Er kann so in jedem Fitnessstudio (weltweit) gleich loslegen, welches diese Daten verwerten kann bzw. die passenden Fitnessgeräte dazu hat (Nutzerbindung) .
In beiden Varianten oder einer weiteren Variante werden die Daten vom Fitnessgerät wieder an einen „Speicher" übermittelt und ausgewertet (z. B. Cloud, interner Speicher oder dergleichen) . Der Kunde kann dann Z. B. zu Hause die Daten verarbeiten.
Aufgrund der Daten wird das Nutzprofil vorzugsweise verfeinert (z. B. kann eine lernfähige Ausgestaltung vorgesehen sein) . Die Daten können auch mit Kollegen vergleichen und optimiert werden (z. B. per Community, Cloud oder dergleichen) . Bevorzugt wird eine Logdatei erstellt, die den Trainingsverlauf und -erfolg anzeigt. Die Daten können auch an Diagnosestellen, Ärzte,
Betreuer oder Krankenkassen übermittelt werden, damit diese sehen, wie und was gemacht wurde.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen und dazu geeignet und ausgebildet, unter Berücksichtigung wenigstens eines vorgegebenen Parameters den Dämpfer gezielt einzustellen. Die Einstellung erfolgt vorzugsweise in Echtzeit. Beispielsweise kann als Parameter eine für eine Muskelübung gewünschte Kraft vorgesehen sein. Der Dämpfer wird dann so eingestellt, dass der Benutzer die Kraft zur Bewegung des Betätigungselementes
aufbringen muss.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und
ausgebildet, wenigstens eine Kenngröße der Bewegung des
Betätigungselements zu registrieren. Insbesondere ist die
Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, in Abhäng der Kenngröße den Drehdämpfer in seiner Dämpfung unter
Berücksichtigung des Parameters gezielt einzustellen.
Die Kenngröße der Bewegung des Betätigungselements wird
insbesondere durch wenigstens einen Sensor erfasst. Insbesondere erfolgt eine kontinuierliche Erfassung. Beispielsweise durch einen der hier beschriebenen Sensoren und vorzugsweise durch den Drehgeber. Der Parameter betrifft dann vorzugsweise einen
Schwellenwert und/oder eine Vergleichsfunktion für die Kenngröße. Es kann auch eine Zuordnung von vorgegebenem Parameter und erfasster Kenngröße in der Art eines Kennfeldes erfolgen.
Beispielsweise kann der Betreuer einen Wert für eine bei der Übung gewünschte Kraft/Drehmoment als Parameter vorgeben. Als Kenngröße der Bewegung des Betätigungselements wird dann die vom Benutzer aufgebrachte Kraft/Drehmoment erfasst und mit dem vorgegebenen Wert verglichen. Überschreitet der Benutzer den Wert, kann der Dämpfer weicher bzw. leichter bewegbar eingestellt werden. So wird eine Überlastung des Muskels beim Training wirkungsvoll vermieden. Das ist besonders bei
Rehabilitationsmaßnahmen von Vorteil, wo eine Überlastung unbedingt zu vermeiden ist. Alternativ kann auch ein haptisches Feedback durch den Dämpfer an den Benutzer ausgegeben werden. Bei einer registrierten Überlast kann der Dämpfer auch kraftlos oder sehr leichtgängig geschaltet werden.
Vorzugsweise beschreibt die Kenngröße eine Winkelstellung und/oder eine Bewegungsrichtung und/oder ein Bewegungsmoment und/oder eine Beschleunigung des Betätigungselementes. Diese Kenngrößen sind besonders vorteilhaft, da sie für die Muskelbetätigung des Benutzers am Trainingsgerät charakteristisch sind.
Besonders bevorzugt erfolgt die Einstellung des Dämpfers als Funktion der Kenngröße. Insbesondere erfolgt die Einstellung des Dämpfers dynamisch und/oder adaptiv. Das hat den Vorteil, dass ein viel individuelleres Training als bei Gewichts zügen oder einer herkömmlichen linearen Dämpfereinstellung möglich ist. So kann beispielsweise eine Trainingsbewegung mit leichter Kraft einsetzen und mit zunehmendem Hub und/oder Drehwinkel schwerer werden. Die aufzubringende Kraft kann auch in Echtzeit in
Abhängigkeit einer als Kenngröße registrierten Beschleunigung eingestellt werden. Auch kann zwischen linker und rechter
Körperhälfte unterschieden und entsprechend angepasst werden.
Bei vielen Menschen sind die Körperhälften oft von Haus aus unterschiedlich stark ausgebildet (z.B. Links - oder
Rechtshänder) , hierauf kann das Trainingsgerät besonders
bevorzugt angepasst werden oder sich einstellen. Dies gilt insbesondere auch nach Krankheit, Unfällen, bei denen zumeist Körperteil mehr in Mitleidenschaft gezogen wird als das andere (Rehabilitation) .
Das Trainingsprogramm kann auch innerhalb der Trainings zeit mehrmals und individuell variiert werden.
Beispielsweise beschreibt die Kenngröße den Drehwinkel beim
Kniestrecken. Dann kann in Abhängigkeit des Drehwinkels der Dämpfer und somit die aufzubringende Muskelkraft eingestellt werden. Z. B. wird bei zunehmender Streckung des Knies die Kraft verringert. Das verhindert schädliche Trainingsbelastungen. Bei einem kritischen Drehwinkel kann der Dämpfer auch kraftlos eingestellt werden, sodass schädliche Überdehnungen verhindert werden .
Kritische Winkel oder Stellungen können auch verletzungsbedingt vorgegeben sein oder physiologischen Ursprung haben. Hier kann der Dämpfer genau auf diese Gegebenheiten voreingestellt werden (Personalisiertes Training) .
Da Übungen oft zu hastig und zu schnell ausgeführt werden, was die Gelenke und die Muskulatur stärker oder sogar schädigend belastet, kann in einer solchen Situation der Dämpfer so
eingestellt werden oder stellt sich automatisch ein, dass ein schnelles Verfahren/Bewegen nicht möglich ist bzw. nicht
zugelassen wird. Der Dämpfer kann dann auch sehr weich
eingestellt werden oder ein haptisches Feedback ausgeben.
Möglich ist auch, dass die Kenngröße die Bewegungsrichtung beschreibt. Dadurch kann z. B. für ein Kniestrecken eine andere Kraft eingestellt werden als für die Rückwärtsbewegung oder das Kniebeugen. Bei vielen Muskelübungen ist es oft sehr
entscheidend, dass die Rückbewegung leichter oder auch
kraftaufwendiger erfolgt, als die Hinbewegung.
Es kann während des Trainings auch ein haptisches Feedback an den Benutzer auszugeben. Das erfolgt insbesondere durch eine gezielte Veränderung der Dämpfungseigenschaften und vorzugsweise wie zuvor beschrieben. Das Feedback wird insbesondere in Abhängigkeit der Kenngröße der Bewegung ausgegeben. Beispielsweise kann ein haptisches Rattern oder Ruckeln durch den Dämpfer eingestellt werden, wenn die Kenngröße erkennen lässt, dass der Benutzer eine Übung zu schnell oder zu stark ausführt. Das Feedback kann auch ausgegeben werden, wenn der Benutzer über einen Drehwinkel oder über eine Bewegungsstrecke hinausgeht oder innerhalb einer
Bewegungstrecke eine Übung nicht korrekt durchführt. So kann der Benutzer leicht und einfach die korrekte Ausführung der Übungen erlernen . Möglich ist auch, dass das Feedback unter Berücksichtigung anderer als Kenngröße dienender Sensorwerte ausgegeben wird.
Beispielsweise kann die Steuereinrichtung Pulswerte, Herzfrequenz und andere Vitalparameter registrieren und zur Einstellung der Dämpfers heranziehen. Überanstrengt sich der Benutzer
(Erschöpfungszustand) oder liegt er außerhalb eines sinnvollen Trainingsbereichs, wird er durch das haptische Feedback darauf hingewiesen und/oder der Dämpfer passt sich automatisch und adaptiv so an, dass der Benutzer wieder in einem sinnvollen und vorzugsweise gesundheitlich nicht schädlichen Trainingsbereich arbeitet .
Unter Berücksichtigung anderer Sensorwerte und beispielsweise der Vitalparameter als Kenngröße kann auch eine Anpassung der
Dämpfereigenschaften erfolgen. So kann die aufzubringende Kraft erhöht werden, wenn der Puls einen aufgewärmten Muskelapparat anzeigt. Möglich ist auch, dass bis zur Registrierung eines bestimmten Werts der Vitalparameter oder anderer Kenngrößen der Dämpfer in bestimmten Drehwinkeln so hart eingestellt wird, dass der Benutzer das Betätigungselement nicht in diese Drehwinkel bringen kann. So wird eine Überdehnung der Muskeln zu Beginn des Trainings vermieden.
Der erfindungsgemäße Drehdämpfer kann in bevorzugten
Weiterbildungen bei Fitnessgeräten als Dämpfer und insbesondere als Hybriddämpfer zu bestehenden Systemen eingesetzt werden.
Hierbei kann z. B. der im Millisekundenbereich und stufenlos schaltende Drehdämpfer parallel zu einer bestehenden relativ trägen Bremse (z. B. Reibbremse, Wirbelstrombremse oder andere geeignete Bremsen) in einem Trainingsgerät und z. B. einem
Fitness Fahrrad (z. B. Ergotrainer oder dergleichen) geschaltet werden. Dadurch können Lastspitzen (welche sich z. B. aus kinematischen Gegebenheiten ergeben) , Ungleichförmigkeiten, Schwingungen, Verschleiß, Lagerspiel und andere Spiele usw.
ausgeglichen werden. Vorteilhaft geschieht dies als geregeltes System .
Nachfolgend ist mit „einzelne Betätigung" z. B. eine
Pedalumdrehung bei einem Trainingsfahrrad, eine teilweise oder komplette Ruderbewegung (z. B. Auslage, Durchzug, Rücklage oder dergleichen) bei einer Bootstrainingsmaschine, ein Öffnen und Schließen einer Tür uvm. gemeint. Es kann auch eine Bewegung des Betätigungselementes des Trainingsgerätes gemeint sein.
Der erfindungsgemäße Drehdämpfer kann auch als einziges
Energieumwandlungselement (z. B. eine Bremse oder dergleichen) eingesetzt werden, wodurch bisher nicht mögliche bzw. sehr individuelle Kraft-/Momentenverläufe möglich werden. Es kann so z. B. die Betätigungskraft-/moment nicht nur von einzelner
Betätigung zu einzelner Betätigung (nicht nur z. B. pro volle Umdrehung, pro vollen Hub) variiert werden, sondern auch während einer einzelnen Betätigung. Insbesondere kann die Kraft/Moment über Weg/Winkel verändert werden, sodass sich ein mehrfach änderndes Moment während einer Umdrehung und somit ein gezielter Momentenverlauf/-kennlinie während einer Umdrehung ergibt) .
Bei einer Rudertrainingsmaschine kann so z. B. während einer vollständigen Ruderbewegung der genaue Momentenverlauf (z. B. Kraftverlauf an der Hand des Menschen) , adäquat einer
Ruderbewegung in einem Boot im Wasser, erzeugt werden. Der erfindungsgemäße Drehdämpfer simuliert hierbei vorzugsweise die Ruder- bzw. Betätigungskinematik, Eintauchtiefe,
Verfahrgeschwindigkeit , Anstellwinkel des Paddels und viele andere Kraftverläufe der Sportart.
Bei einem Langlauf-, Ski- oder Biathlontrainingsgerät kann so z. B. während einer vollständigen Bewegung der Arme bzw. des Körpers ein genauer Kraftverlauf (z. B. Kraftverlauf an der Hand bzw. den Armen und Schultern des Menschen), adäquat einer
Bewegung auf Schnee, erzeugt werden. Das erfindungsgemäße
Trainingsgerät mit seiner steuerbaren Dämpfereinrichtung
simuliert hierbei vorzugsweise die Betätigungskinematik,
Eintauchtiefe in den Schnee (insbesondere einstellbar, damit verschiedene Schneearten und -härten simuliert werden können) , Verstellung des Anstellwinkelns im Schnee, Verfahr- /Betätigungsgeschwindigkeit , Anstellwinkel des Stocks zum Körper, Winkel und Positionen, welche sich beim Aufwärts oder
Abwärtsfahren ergeben und viele andere Kraftverläufe der Sportart. Dabei können lineare oder/und rotative Dämpfer zum Einsatz kommen, welche auch noch mit verstellbaren Federn
(Federsteifigkeit; Federweg) kombiniert werden können.
Vorzugsweise ist der Dämpfereinrichtung wenigstens eine
Federeinrichtung zugeordnet.
Je nach Ausgestaltung des Trainingsgeräts kann nicht nur die Dämpfung, sondern auch die Federkraft einstellbar sein. So kann der Arbeitsbereich des Trainingsgerätes aber im Besonderen das Trainingsgerät selber besser auf den Benutzer abgestimmt werden. Eine Einstellung in Relation zum Benutzergewicht oder der
Tagesverfassung ist meist sinnvoll. Bei der Verwendung von z. B. Schraubenfedern kann dies durch händisches oder automatisches Verstellen (z.B. mit einem Elektromotor) der Federauflagefläche erfolgen. Dadurch verändert sich insbesondere die Federlänge (Linearlänge) .Bei Torsionsfedern kann das Federstabende eine Verzahnung haben, welche im Eingriff mit einem Gehäuse ist. Durch Verdrehen der Grundposition können andere Momente erzeugt werden. Vorzugsweise können jegliche geeignete Federarten verwendet werden (Biegefeder, Torsionsfeder, Schraubenfeder, Spiralfeder, Schenkelfeder, Stabfeder, Spiralfeder, Gasdruckfeder) .
Eine komfortable Art der Einstellung ist z. B. mittels einer Luftfeder bzw. Gasdruckfeder. Die Luftfederung ist ein
Federungssystem, das die Kompressibilität von Gasen, insbesondere von Luft ausnutzt. Hier ist die Luft (Umgebungsluft) zum Beispiel in einem Rollbalg eingeschlossen, der mit weiteren Teilen wie Deckel und Abrollkolben luftdicht verbunden ist. Der Rollbalg ist insbesondere über den Kolben gestülpt und rollt insbesondere unter Druck auf diesem ab. Die Luftfeder kann durch eine Handpumpe (z.B. Fahrradpumpe) und/oder einen Kompressor mit Druckluft versorgt werden. Abhängig von dem gewünschten Trainingsbereich, dem Körpergewicht oder der Beladung (Eigengewicht der Bauteile des Trainingsgeräts) kann Luft zu- oder abgepumpt werden, um die Federkraft zu erhöhen oder zu verringern. Über das Füllvolumen kann auch die Niveaulage (Längserstreckung) konstant gehalten und/oder variiert werden. Bei Trainingsgeräten ist die Luftfeder auch deshalb besonders vorteilhaft, weil diese besonders sauber und einfach ein- bzw. verstellbar ist. Eine dynamische Anpassung der Federkraft, ähnlich der dynamischen Dämpfungsverstellung, erhöht insbesondere den Funktionsumfang des Trainingsgerätes. Vorzugsweise ist die Federeinrichtung bzw. die Federkraft analog zu der zuvor beschriebenen Dämpfereinrichtung bzw. Dämpferkraft einstellbar.
Insbesondere ist für eine linke Körperhälfte wenigstens teilweise eine andere Dämpfungseigenschaft als für eine rechte Körperhälfte einstellbar. Vorzugsweise ist für die linke Körperhälfte eine andere aufzubringende Dämpfungskraft als für die rechte
Körperhälfte einstellbar.
Insbesondere ist für jede Körperhälfte wenigstens ein
Betätigungselement BE vorgesehen. Zum Beispiel ist für jedes Bein und/oder jeden Arm und/oder jede Hand und/oder jede Rumpfhälfte wenigstens ein Betätigungselement vorhanden. Die jeweiligen Betätigungselemente können dabei einen separaten Dämpfer
umfassen. Dabei ist vorzugsweise jeder Dämpfer einzeln
einstellbar. Zum Beispiel kann die Dämpfung für den rechten Arm oder das rechte Bein anders als für den linken Arm bzw. das linke Bein eingestellt werden.
Die jeweiligen Betätigungselemente können auch gemeinsam gedämpft sein bzw. wenigstens einen gemeinsamen Dämpfer umfassen. Zum Beispiel sind die Betätigungselemente als Tretkurbeln
ausgebildet, welche über eine gemeinsame Welle wirkverbunden sind. Dann kann jede Tretkurbel jeweils ein Betätigungselement darstellen, wobei die Drehbewegung der gemeinsamen Welle gedämpft ist. Vorzugsweise ist eine andere Dämpfereinstellung einstellbar, wenn das linke Bein an der linken Tretkurbel heruntertritt und das rechte Bein mitgenommen wird, als wenn das rechte Bein an der rechten Tretkurbel heruntertritt und das linke Bein mitgenommen wird. Insbesondere ist je nach Winkelposition des
Betätigungselements für die jeweilige Körperhälfte eine andere Dämpfung einstellbar. Insbesondere ist die Dämpfereinstellung davon abhängig einstellbar, welche Körperhälfte bzw. mit welchem Betätigungselement die größere oder kleinere Kraft auf den
Dämpfer eingebracht wird. Es kann ein Zusammenwirken der beiden Körperhälften bzw. Betätigungselemente berücksichtigt werden, sodass der Grad des Unterschieds zwischen den Einstellungen für die Körperhälften dynamisch anpassbar ist. Beispielsweise wird bei der
Dämpfereinstellung für den linken Arm sensorisch der Kraftverlauf oder Drehwinkel des rechten Arms erfasst und berücksichtigt.
Werden Unterschiede zwischen den Körperhälften bzw.
Betätigungselementen erkannt, kann die Dämpfereinstellung individuell für jede Körperhälfte angepasst werden. Ist z. B. der rechte Arm erkrankt und ermüdet schneller, kann auch die
Dämpfungskraft für den linken Arm angepasst werden, sodass ein ungesundes Ungleichgewicht vermieden wird. Andererseits ist aber auch ein für das Training vorteilhaftes Ungleichgewicht
einstellbar .
Die Dämpfungseigenschaft kann auch für eine Kombination von Körperteilen einer Körperhälfte und/oder verschiedener
Körperhälften unterschiedlich einstellbar sein. Zum Beispiel kann dabei eine Arm-Bein-Kombination über Kreuz oder auf einer
Körperhälfte erfolgen. Zum Beispiel ist für ein linkes Bein und einen rechten Arm eine andere Dämpfereinstellung als für ein rechtes Bein und einen linken Arm möglich.
Vorzugsweise ist die für eine bestimmte Körperhälfte vorgesehene Dämpfungseigenschaft wenigstens teilweise während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements variierbar. Bevorzugt ist für die zu beeinflussende bzw. gewählte Körperhälfte die
Dämpfungskraft während eines einzelnen Bewegungszyklus
veränderbar und insbesondere mehrfach veränderbar.
Arme und Beine und viele Muskeln sind in der Regel links und rechts vorhanden. Bei den meisten Menschen sind diese
unterschiedlich stark ausgebildet bzw. trainiert. Zudem ist die Gelenkigkeit von Mensch zu Mensch oder sogar von linker zur rechten Körperhälfte stark unterschiedlich. Das tritt besonders auch nach einem Unfall oder nach Verletzungen auf. Selbst modernste Trainings- oder Rehageräte berücksichtigen dies in der Regel nicht. Daher bietet die Erfindung hier besondere Vorteile, da die Körperhälften gezielt unterschiedlich angesprochen werden können, z. B. sogar während einer einzigen Bewegung.
Insbesondere ist die Dämpfungseigenschaft wenigstens teilweise unter Berücksichtigung wenigstens eines Signals eines
Nahfelderkennungssystems variierbar. Die Dämpfungseigenschaft kann auch unter Berücksichtigung wenigstens einer vorzugsweise intelligenten Auswertung des Signals des Nahfelderkennungssystems variierbar sein. Insbesondere ist die Dämpfungskraft abhängig von den Signalen und der nachfolgenden intelligenten Auswertung eines Nahfelderkennungssystems veränderbar .
Das Nahfelderkennungssystem umfasst insbesondere wenigstens einen Nahfeldsensor. Beispielsweise können vorgesehen sein: optische Sensoren, Umfeldkamera, Ultraschall, Bilderkennung, Laser. Es können hierfür auch vorhandene Sensoren (z.B. Microsoft Kinetics) und/oder an ein Smartphone gekoppelte Sensoren mit dem
Trainingsgerät kombiniert werden. Das Nahfelderkennungssystem ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, den
Trainingsparameter insbesondere wenigstens teilweise unter
Berücksichtigung des erfassten Signals anzupassen und/oder unter Berücksichtigung des erfassten Signals zu erstellen.
Das Nahfelderkennungssystem erkennt z. B. die Körperhaltung. Die Steuereinrichtung reduziert z. B. die Kräfte, wenn z. B. der Rücken stark gebeugt wird, um das Anheben eines Gewichtes zu trainieren. Der gebeugte Rücken führt in der Regel zu einer hohen Bandscheibenbelastung und damit zu möglichen Gesundheitsschäden. Daher wird vorzugsweise sobald oder analog der Zurücknahme der Rückenkrümmung die Kraft erhöht, sodass ein gutes
Trainingsergebnis erzielt wird. Eine kontinuierliche Überwachung des Trainings mit Anpassungen zur gezielten Verbesserung kann so erfolgen. Dies gilt insbesondere nicht nur für Sportstudios oder Profigeräte, sondern auch für den Heimgebrauch.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben eines
Trainingsgeräts zur gezielten Muskelbetätigung. Es wird ein wenigstens teilweise muskelkraftbetriebenes Betätigungselement betätigt. Das Trainingsgerät umfasst wenigstens eine
Dämpfereinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten. Eine der Komponenten ist mit dem Betätigungselement wirkverbunden, sodass eine Bewegung des
Betätigungselementes dämpfbar ist. Der Dämpfereinrichtung sind ein feldempfindliches rheologisches Medium und wenigstens eine Felderzeugungseinrichtung zur Erzeugung und Steuerung einer Feldstärke zugeordnet. Durch die Felderzeugungseinrichtung wird wenigstens eine Dämpfungseigenschaft beeinflusst. Dabei wird mit wenigstens einer Steuereinrichtung die Felderzeugungseinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines Trainingsparameters gezielt gesteuert, sodass die Bewegung des Betätigungselementes unter Berücksichtigung des Trainingsparameters gedämpft wird.
Vorzugsweise wird das zuvor beschriebene erfindungsgemäße
Trainingsgerät nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine unaufwendige und zugleich sehr individuelle Anpassung von Einstellungen für das Training .
Insbesondere wird wenigstens eine Kenngröße für wenigstens eine einzelne Betätigung des Betätigungselements überwacht. Die
Dämpfungseigenschaft wird vorzugsweise unter Berücksichtigung der Kenngröße gezielt eingestellt, sodass ein optimaler Kraft-/Mo- mentenverlauf hinsichtlich des gewünschten Trainingsergebnisses einstellbar ist. Vorzugsweise wird dazu in Echtzeit überwacht und/oder eingestellt. Insbesondere wird unter Berücksichtigung des Trainingsparameters eine einzelne Bewegung des
Betätigungselementes während eines einzelnen Vorgangs
vorzugsweise in Echtzeit überwacht und durch einen Aktor so beeinflusst bzw. gedämpft und gezielt angesteuert, dass daraus ein optimaler Kraft-/Momentenverlauf hinsichtlich des gewünschten Trainingsergebnisses resultiert. Insbesondere ist dazu wenigstens die zuvor beschriebene Sensoreinrichtung vorgesehen.
Insbesondere wird die Einstellung der Dämpfungseigenschaft unter Berücksichtigung der Kenngröße mehr als einmal, vorzugsweise mehrfach, während einer einzelnen Betätigung des
Betätigungselements vorgenommen. Die Betätigung ist dabei z. B. eine Umdrehung des Betätigungselements. Die Einstellung kann auch kontinuierlich während einer einzelnen Betätigung erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt auch die Erfassung der Kenngröße mehrfach und/oder kontinuierlich während einer einzelnen Betätigung.
Insbesondere vergehen zwischen der Betätigung des
Betätigungselements, für welche die Kenngröße überwacht wird, und der daraus resultierenden Einstellung der Dämpfungseigenschaft weniger als 100 ms. Möglich sind auch weniger als 10 ms. Die Einstellung erfolgt insbesondere in Echtzeit und vorzugsweise so, wie zuvor für das Trainingsgerät beschrieben.
Insbesondere wird wenigstens ein Kennwert für eine
Relativbewegung der ersten und der zweiten Komponente zueinander in Echtzeit ermittelt und insbesondere wiederholt und z. B.
periodisch ermittelt. Insbesondere wird mit der
Felderzeugungseinrichtung ein Feld nur dann erzeugt, wenn die Relativbewegung der ersten und der zweiten Komponente zueinander vorliegt. Insbesondere wird mit dem Kennwert eine einzustellende Feldstärke insbesondere in Echtzeit abgeleitet. Insbesondere wird mit der Felderzeugungseinrichtung, vorzugsweise in Echtzeit, die einzustellende Feldstärke erzeugt, um eine Dämpfungseigenschaft, insbesondere Dämpfungskraft, in Echtzeit einzustellen, die sich aus dem ermittelten Kennwert ergibt. Insbesondere vergehen zwischen der Relativbewegung und der daraus resultierenden
Einstellung der Dämpfungseigenschaft weniger als 100 ms,
vorzugweise weniger als 10 ms. Insbesondere vergehen zwischen der Kennwertermittlung und der daraus abgeleiteten
Dämpfungseigenschaft weniger als 100 ms, vorzugweise weniger als 10 ms. Die Einstellung der Dämpfungseigenschaft erfolgt dabei insbesondere mehr als einmal und vorzugsweise mehrfach während einer Betätigung des Betätigungselements.
Das Trainingsgerät kann wenigstens eine aktive oder passive Kühleinrichtung umfassen.
Die Dämpfereinrichtung des Trainingsgeräts kann insbesondere derart ausgestaltet sein, wie es für Dämpfereinrichtungen in der DE 10 2012 016 948 AI und der WO 2017/013234 AI sowie der
WO 2017/013236 AI beschrieben ist. Die Gegenstände dieser Schriften und insbesondere die Konstruktionsprinzipien der darin beschriebenen Dämpfer sind daher vollumfänglich in der
Beschreibung der vorliegenden Erfindung aufgenommen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im
Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden .
In den Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Explosionsdarstellung eines
erfindungsgemäßen Drehdämpfers;
Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch den Drehdämpfer nach Figur 1;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils des
Drehdämpfers nach Figur 1;
Figur 4 einen schematischen Querschnitt durch den Drehdämpfer nach Figur 1;
Figur 5 schematisch eingezeichnete Magnetfeldlinien in dem
Drehdämpfer nach Figur 4;
Figur 6 einen Querschnitt durch einen weiteren Drehdämpfer;
Figur 7 einen schematischen perspektivischen Teilquerschnitt eines Drehdämpfers für ein erfindungsgemäßes
Fitnessgerät;
Figur 8 einen Schnitt durch eine teilweise explodierte
Darstellung nach Figur 7;
Figur 9 eine stark schematisierte Skizze der Steuerung der
Dämpfereinrichtung;
Figur 10 eine stark schematisierte Skizze einer weiteren Ausgestaltung der Steuerung der Dämpfereinrichtung;
Figur 11 ein Trainingsgerät bzw. Fitnessgerät;
Figur 12 ein weiteres Trainingsgerät bzw. Fitnessgerät;
Figur 13 noch ein Trainingsgerät bzw. Fitnessgerät;
Figur 14 ein anderes Trainingsgerät bzw. Fitnessgerät;
Figur 15 noch ein weiteres Trainingsgerät bzw. Fitnessgerät;
Figur 16 einen Dämpfer für das Trainingsgerät nach Figur 15 im
Schnitt;
Figur 17 eine schematische Schnittansicht für den Dämpfer nach
Figur 16;
Figur 18 einen linearen Dämpfer z. B. das Fitnessgerät nach
Figur 12;
Figur 19 einen Kraftverlauf;
Figur 19a einen weiteren Kraftverlauf;
Figur 20 einen anderen Kraftverlauf;
Figur 21 ein stark schematisiertes Trainingsgerät mit einem
NahfeiderkennungsSystem;
Figur 22 noch einen Kraftverlauf; und Figur 23 noch einen weiteren Kraftverlauf.
In den Figuren 1 bis 18 werden unterschiedliche Trainingsgeräte 300 bzw. Fitnessgeräte beschrieben. Ohne die Aufzählung zu beschränken, ist das Fitnessgerät als Gerät für den Muskelaufbau einsetzbar, beispielsweise als Beinpresse, als Hantelbank, als Kabelzugstation, als Lastzuggerät, als Multi-Press-Rack, als Stepper und als Kraftstation. Es ist auch an Hanteln einsetzbar. Möglich ist auch der Einsatz der Erfindung bei Fitnessgeräten für die Ausdauersteigerung, so bei Ergometern und Crosstrainern, bei Laufbändern und auch bei Rudergeräten.
Die Erfindung bietet z. B. bei Ausgestaltung als Beinpresse Vorteile, da es dort bei großen Gewichten in Kombination mit zu schwachen Muskeln und dem Durchstrecken der Beine zu einem
Durchknicken der Beine nach hinten und damit zu schweren
Verletzungen kommen könnte. Mit der Erfindung kann das vermieden werden. Ein erfindungsgemäßes Trainingsgerät mit einer
(adaptiven) Dämpfereinrichtung kann dies gezielt verhindern, indem eine Positionserkennung erfolgt oder die Kraft abhängig von dem Winkel erzeugt wird. Es wird vorzugsweise nur dann (eine entsprechend angepasste) Kraft aufgebracht, wenn auch gedrückt wird .
Das Gleiche gilt auch beim Heben eines Gewichts. Auch hier kann die Körperstellung ungünstig sein, z. B. beim Anheben (Anreißen) der Gewichte ist der Rücken stärker gekrümmt, was hohe
Belastungen auf die Wirbel erzeugt. Das Fitnessgerät mit der steuerbaren (adaptiven) Dämpfereinrichtung kann hier optimal angepasst werden.
Ein möglicher Einsatz in einer Variante A kann wie folgt sein: Der Kunde kommt ins Studio und geht zu einem Körperscanner. Hier werden die „Hebelverhältnisse" ermittelt und gespeichert
(Oberarm, Unterarm, Schenkel, Körpergröße..) . Der Kunde erhält ein Gerät (Computer, Armband, Chip, Smartphone oder Smartwatch oder dergleichen) welches bei der Benutzung des Geräts diese Daten an das Gerät übermittelt. Somit ist dieses immer optimal eingestellt bzw. sagt dem Kunden, wie er einstellen soll (z. B. Sitz mechanisch verstellen ... ) oder das Gerät stellt sich selber ein (Elektromotoren ... ) .
In einer Variante B kann folgendermaßen vorgegangen werden: Der Kunde hat die Daten dabei (Smartwatch, Smartphone, Chip ...) . Er kann so in jedem Fitnessstudio (weltweit) gleich loslegen, welches diese Daten verwerten kann bzw. die passenden Geräte dazu hat (Nutzerbindung ... )
In beiden Varianten können die Daten vom Fitnessgerät auch wieder an den „Speicher" übermittelt und ausgewertet werden. Der Kunde kann zu Hause die Daten verarbeiten. Aufgrund der Daten kann das Nutzprofil verfeinert (lernfähig) werden.
Beim Training ist es möglich, dass sich die Kraft (das Moment) und/oder die Verfahrgeschwindigkeit nicht nur während einer Bewegung, sondern auch während der Anzahl der Bewegungen anpasst (z. B. nimmt die Kraft zu) . Dies ist vorzugsweise abhängig von z. B. dem Erschöpfungszustand, dem Profil des Nutzers, dem
Herzschlag und/oder dem Blutdruck etc. Es kann auch abhängig von den Hebelverhältnissen der Maschine und des Nutzers (Beugewinkel der Gliedmaßen ...) sein. Die Anzahl der Bewegungen und die eingebrachte Energie kann auch angezeigt/ausgegeben werden.
Es kann in allen Ausgestaltungen entweder nur in eine Richtung gebremst oder in beide Richtungen gebremst werden. Es kann auch mit einem Speicher eine konstante Kraft erzeugt werden (Pumpe mit Druckspeicher) . Dies oder alles kann auch abwechslungsweise erfolgen. Die linke und die rechte Seite können verschieden behandelt werden. Bestimmte Stellungen (Biegewinkel,
Körperhaltungen ... ) können anders als andere belastet werden, wenn z. B. eine Verletzung vorliegt, darf unter Umständen in dieser Stellung nicht so belastet werden.
Bei der Rehabilitation ergibt sich ein besonderer Nutzen:
Besonders bei Nutzern mit/nach gesundheitlichen Vorbelastungen und/oder Problemen ist ein koordiniertes Training sehr wichtig. Je größer das von einem Unfall/Krankheit sich ergebende Defizit zum Standard ist, desto wichtiger ist das gezielte Training.
Gezielt heißt hier: genau auf die Muskel-/Körperbeeinträchtigung angepasst. Z. B. ein (älterer) Patient kann nach einem
Schlaganfall meist nur minimal das Training hinsichtlich Kraft, Dauer und Beweglichkeit ausführen, ein trainierter (Profi- ) Sportler nach einem z. B. Beinbruch hat hier ein ganz anderes Trainingsspektrum. Zum Beispiel ein verletztes linkes Knie muss/soll beim Training auf demselben Trainingsgerät (z.B. Ergometer bzw. Heimtrainerfahrrad) anders belastet werden wie das gesunde rechte Knie. Dies kann das Trainingsgerät mit dem MRF- Dämpfer individuell berücksichtigen.
So ist z. B. eine Frühmobilisierung auf der Normalstation oder sogar auf der Intensivstation möglich.
Möglich sind adaptive und intelligente Therapie- Aktoren/Trainingsgeräte, welche eine Frühmobilisierung
ermöglichen oder sogar automatisieren.
Nach einem Schlaganfall oder Ähnlichem sind meist einzelne
Körperteile oder Körperhälften mehr beeinträchtigt wie andere Regionen. Deshalb ist es wichtig, dass die nicht so
leistungsfähigen Gliedmaßen/Muskeln anders und insbesondere mit einer kleineren Kraft belastet werden. So kann ein anderer Kraft- über-Weg- oder Moment-über-Winkel-Verlauf eingesetzt werden. Auch die Zug- und Druckstufe können verschieden sein. So kann in Summe ein bestmögliches Ergebnis erzielt werden bzw. der Patient wird nicht überlastet und verliert nicht die Lust am Training. Hierbei kann der Genesungsfortschritt auch protokolliert werden (senden der Daten an die Versicherung oder eine Cloud zur Auswertung) .
Es ist auch ein Trainingsgerät realisiert worden, welches als smarter Handtrainer bezeichnet werden kann.
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Dämpfereinrichtung 10 bzw. eines Drehdämpfers 1 für das z. B. in Figur 11 dargestelltes Trainingsgerät bzw. Fitnessgerät 300.
Dabei sind in Figur 1 die einzelnen Teile des Drehdämpfers 1 erkennbar sind.
Der Drehdämpfer 1 wird im Wesentlichen aus den Komponenten 2 und 3 gebildet, wobei an der Komponente 2 die Schwenkwelle 4
angeordnet oder ausgebildet ist. Die Schwenkwelle 4 weist ein erstes Ende 31 und ein zweites Ende 32 auf. Über dem Umfang der Komponente 2 sind hier mehrere Arme 21, 22 und 23 zu sehen, auf die in der Beschreibung der Figuren 3 bis 5 noch näher
eingegangen wird. An der Schwenkwelle 4 kann ein Mitnehmer 4a (z. B. Passfeder) angeordnet werden, um die Komponente 2 drehfest mit einem zu dämpfenden Teil zu verbinden. Statt der Passfeder kann auch eine Keilverzahnung, Polygonverbindung oder eine andere kraft- oder formschlüssige Verbindung verwendet werden. Bei der Montage wird die Komponente 3 über die Komponente 2 geschoben und schließlich mit dem Deckel 3a verschraubt, wobei das erste Ende 31 der
Schwenkwelle 4 sich aus dem hier rechten Ende der Komponente 3 aus nach außen erstreckt. Distanzhülsen 38 können zur Einhaltung vorbestimmter Abstände eingesetzt werden.
Grundsätzlich sind hier zwei Variationen möglich, nämlich, dass sich auf der andern Seite der Komponente 3 das zweite Ende 32 der Schwenkwelle bis nach draußen erstreckt, oder aber, dass das zweite Ende 32 der Schwenkwelle 4 im Inneren der Komponente 3 und z. B. in dem Lager 37 des Deckels 3a aus z. B. Aluminium oder dgl . gelagert wird. Das Lager 37 kann ein kostengünstiges
Gleitlager, aber auch bei hohen oder sehr hohen Anforderungen an die Grundreibung und Lebensdauer ein Kugel- oder Wälzlager sein. Bei geringen Anforderungen kann es auch weggelassen werden.
Ein Drehgeber bzw. Winkelsensor 17 dient zur Erfassung der relativen Winkelposition der Komponenten 2 und 3 zueinander. Der Winkelsensor 17 kann einen Magnetstack enthalten und
berührungslos von außerhalb des Gehäuses 30 abgelesen werden. Die Sensoren können auch auf Koppelungselementen oder wirkverbundenen Teilen angebracht sein. Statt eines rotativen Messsystems kann auch ein lineares Messsystem verwendet werden.
Die Verbindungsleitungen 14 versorgen den Drehdämpfer 1 mit elektrischer Energie.
Des weiteren sind von links nach rechts eine Bundbuchse, eine Passscheibe, noch eine Bundbuchse, Dichtungen und Lager,
Distanzhülse etc. zu sehen.
Die Komponenten 2 und 3 können auch eine kegelige Form haben. Der Dämpfungsspalt 6 muss über die axiale Erstreckung 16 nicht gleich groß oder gleichförmig sein. Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt im zusammengebauten Zustand, wobei erkennbar ist, dass die Komponente 3 im
zusammengebauten Zustand ein Gehäuse 30 des Drehdämpfers 1 bildet. Die Komponente 3 nimmt im Inneren den wesentlichen Teil der Komponente 2 auf, sodass nach der Verschraubung des Deckels 3a mit der Komponente 3 nur noch das erste Ende 31 der
Schwenkwelle 4 aus dem Gehäuse 30 nach außen hervor steht. An dem nach außen vorstehenden Teil der Schwenkwelle 4 ist der Mitnehmer 4a angeordnet. Die Komponente 3 weist eine Außenkomponente 13 auf und bildet das Gehäuse 30. Die Komponente 2 weist eine Innenkomponente 12 auf, die von der Außenkomponente 13 umgeben ist.
Die Schwenkwelle 4 wird in der Nähe des ersten Endes 31 über ein Lager 37 gelagert und an dem anderen Ende 32 ist eine hier kugelförmige Lagerung mit einer Art Lager 37 vorgesehen, sodass nur eine Durchführung der Schwenkwelle 4 nach außen vorliegt. Dadurch kann die Grundreibung und somit das Grundmoment gesenkt werden, wodurch eine höhere Empfindlichkeit und besseres
Ansprechverhalten des Drehdämpfers 1 bei Belastungen erzielbar ist .
Eine geometrische Achse 9 erstreckt sich zentral durch die
Schwenkwelle 4. Durch die Schwenkwelle 4 erstrecken sich auch die elektrischen Verbindungsleitungen 14, die von außen (ohne
Schleifring) durch die Schwenkwelle 4 zu den elektrischen Spulen 8 durchgeführt werden, die im Inneren des Gehäuses 30 angeordnet sind .
In dem hier stark schematischen Querschnitt des Drehdämpfers 1 sind zwei Arme 21, 22 an der Innenkomponente 12 der Komponente 2 zu erkennen.
Der Dämpfungsspalt 6 ist radial zwischen der Innenkomponente 12 und der Außenkomponente 13 vorgesehen und erstreckt sich über eine axiale Länge 16, die einen wesentlichen Teil der Länge der Innenkomponente 12 aufweist. Die Länge 16 des Dämpfungsspalts 6 beträgt vorzugsweise wenigstens die Hälfte und insbesondere wenigstens 2/3 der Länge der Komponente 3. Insbesondere bei großen Durchmessern 27 des Dämpfungsspalts 6 ist es möglich, an den axialen Enden des Dämpfungsspalts 6 jeweils Dichtungen vorzusehen, um das magnetorheologische Medium im Wesentlichen und vorzugsweise vollständig innerhalb des
Dämpfungsspalts 6 zurückzuhalten. In einfachen Ausgestaltungen kann eine magnetische Dichtung vorgesehen sein, bei der eine magnetische Abdichtung des dort zwischen den Komponenten 2 und 3 noch vorhandenen sehr dünnen Spalts erfolgt.
Es wird wenigstens eine Dichtung an dem Austritt der möglichst dünnen Schwenkwelle 4 aus dem Gehäuse 30 vorgesehen. Hier ist die Dichtung 11 zwischen der Schwenkwelle und der entsprechenden Durchführungsöffnung in dem Deckel 3a vorgesehen.
Ohne eine separate Dichtung an den axialen Enden des
Dämpfungsspalts 6 ist die Grundreibung sehr gering. Das Volumen des magnetorheologischen Mediums bestimmt sich durch das Volumen des Dämpfungsspalts 6 und der etwa scheibenförmigen Volumina an den beiden axialen Stirnseiten zwischen der Innenkomponente 12 und der Außenkomponente 13 und ist insgesamt gering.
Das Volumen des Dämpfungsspalts 6 ist sehr gering, da die radiale Höhe des Dämpfungsspalts vorzugsweise kleiner als 2 % eines Durchmessers 27 des hier zylindrischen Dämpfungsspalts beträgt. Die radiale Höhe des Dämpfungsspalts beträgt insbesondere weniger als 1 mm und vorzugsweise weniger als 0,6 mm und besonders bevorzugt weniger als 0,3 mm. Bei einer Länge 16 von zum Beispiel bis zu 40 oder 50 mm und einem Durchmesser 27 von bis zu 30 mm und einer Spalthöhe im Bereich von 0,3 mm ergibt sich so ein Spaltvolumen von <2 ml, wodurch die Herstellkosten sehr gering gehalten werden können. Das Volumen des und des magnetorheologischen Mediums beträgt insbesondere weniger als 3 ml und vorzugsweise weniger als 2 ml.
Zwischen Schwenkwelle 4 und dem zu dämpfenden Element kann auch ein Getriebe nach dem Stand der Technik, vorzugsweise ein möglichst spielfreies Planetengetriebe, Microgetriebe oder
Wellgetriebe (z. B. Harmonie Drive) angeordnet werden. Statt der direkten Anbindung oder einer Anbindung über ein
Koppelgestänge kann auch eine Scheibe auf der Eingangswelle angebracht werden. Die Scheibe bzw. der Scheibenaußendurchmesser kann über zumindest ein Seil, Riemen mit dem zu dämpfenden
Element (kraft- oder wirkschlüssig) verbunden sein. Das
Verbindungselement kann auch über Umlenkungen, Übersetzungen (z. B. Flaschenzugprinzip ...) mit dem zu dämpfenden Element
wirkverbunden sein. Dadurch ist der Aufbau bezüglich der
Anbringung sehr flexibel. Es kann aber auch eine Exzenter- oder Nockenscheibe verwendet werden, wodurch die Kräfte/Momente winkelpositionsabhängig werden. Es kann auch ein umlaufendes Seil mit Fixierstelle verwendet werden, wodurch eine Zwangssteuerung möglich wird, d. h., es können Zug- und Druckkräfte übertragen werden. Das Übertragungselement (z. B. das Seil) kann kraft- oder formschlüssig mit der Scheibe verbunden sein.
Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Teils des Drehdämpfers 1, wobei die Komponente 2 ohne die
Schwenkwelle 4 dargestellt ist. Bei der Montage wird der
abgebildete Teil der Komponente 2 mit der Schwenkwelle 4 drehfest gekoppelt .
Die Komponente 2 weist eine Mehrzahl von radial nach außen abstehenden Armen 21, 22, 23 etc. auf. Hier sind acht Arme vorgesehen. Möglich und bevorzugt sind aber auch 6 oder 10 oder 12 oder mehr Arme.
Um die jeweiligen Arme ist jeweils eine Spule 8 mit wenigstens einer und hier einer Mehrzahl von Windungen gewickelt. Dabei erfolgen die Wicklung und der Anschluss der elektrischen Spulen derart, dass sich an benachbarten Stellen benachbarter Arme unterschiedliche Pole des Magnetfelds ergeben, wenn die Spulen 8 mit Strom versorgt werden.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch den Drehdämpfer 1, wobei die Komponente 2 die Innenkomponente 12 aufweist, die von der Außenkomponente 13 der Komponente 3 umgeben ist. Zwischen den beiden Komponenten 2 und 3 erstreckt sich hier ein im
Wesentlichen zylindrischer Dämpfungsspalt 6, in dem ein magnetorheologisches Medium 5 vorhanden ist. Insbesondere ist der Dämpfungsspalt 6 vollständig mit dem magnetorheologischen Medium 5 gefüllt. Es kann wenigstens ein Reservoir 15 vorgesehen sein, in dem ein Vorrat des magnetorheologischen Mediums bevorratet wird, um über die Lebensdauer des Drehdämpfers 1 den Verlust einer gewissen Menge des Mediums kompensieren zu können. Ein solches Reservoir 15 kann beispielsweise in der Aussparung zwischen zwei Armen 22, 23 vorgesehen sein. Das Reservoir kann aber auch außerhalb der Komponente 3 sein.
Bei der Herstellung werden zunächst um die einzelnen Arme die Spulen 8 gewickelt. Anschließend können die verbleibenden
Hohlräume zwischen den einzelnen Armen teilweise oder vollständig mit einem Medium aufgefüllt werden, damit dort kein
magnetorheologisches Fluid eingefüllt werden muss. Beispielsweise kann dort Gießharz oder dergleichen eingefüllt werden, um die Hohlräume aufzufüllen. Gießharz oder dergleichen ist
kostengünstiger wie das magnetorheologische Fluid. Das Ausfüllen der Hohlräume ist funktionsmäßig nicht notwendig. Möglich ist es aber auch, dass eine zum Beispiel dünne Schutzschicht in Form einer Abdeckung 34 übergezogen wird, um die Dämpfungsspalte 6 örtlich zu begrenzen, während die Aussparungen zwischen den armen hohl verbleiben.
Vorzugsweise ist der Dämpfungsspalt zylindrisch ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass Trennelemente 29 in dem
Kopplungsspalt angeordnet sind, die den an sich zylindrischen Kopplungsspalt in mehrere Teilspalte aufteilen. Dabei werden die Trennelemente 29 vorzugsweise entweder mit der Komponente 2 oder der Komponente 3 verbunden.
Der Kopplungsspalt 6 kann selbst die Kammer 28 für das
magnetorheologische Medium bilden oder aber der Kopplungsspalt 6 bildet zusammen mit dem Reservoir 15 wenigstens den wesentlichen Teil der Kammer 28.
Figur 5 zeigt eine stark schematische Ansicht eines
Feldlinienverlaufs über den Querschnitt des Drehdämpfers 1 aus Figur 6. Dabei treten die Feldlinien 36 etwa radial durch den Dämpfungsspalt 6 hindurch, verlaufen jeweils über einen Winkelabschnitt durch die Komponente 3, bevor sie beim
benachbarten Arm wieder etwa senkrecht durch den Dämpfungsspalt 6 hindurch (in den benachbarten Arm) eintreten.
Anschaulich zeigt Figur 5, dass praktisch über dem gesamten Umfang des Drehdämpfers eine hohe Feldliniendichte vorliegt, sodass eine effektive Dämpfung einer Schwenkbewegung ermöglicht wird .
Figur 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Drehdämpfers 1 für ein Trainingsgerät 300, bei dem die Funktionalität grundsätzlich genauso ist, wie bei dem vorhergehenden Drehdämpfer 1. Im
Unterschied zu den vorhergehenden Ausgestaltungen tritt bei dem Drehdämpfer 1 nach Figur 6 die Schwenkwelle 4 sowohl an dem ersten Ende 31 als auch einem zweiten Ende 32 nach außen aus. Deshalb wird die Schwenkwelle 4 an beiden Enden gelagert und über Dichtungen 11 nach außen hin abgedichtet. Auch hier können wieder magnetische Dichtungen IIa den Dämpfungsspalt 6 in die axialen Richtungen hin abdichten.
Die Schwenkwelle 6 kann bei dieser wie auch den anderen
Ausführungen stehend ausgeführt werden, d. h. also als Achse, wobei dann das Gehäuse 3 dämpfend schwenkt und mit dem zu dämpfenden Element wirkverbunden ist.
Figur 7 zeigt einen Drehdämpfer 1 eines Fitnessgeräts 300 z. B. aus Figur 11, 13 oder auch Figur 14.
Figur 7 zeigt dabei einen Teilschnitt des Drehdämpfers 1, wobei eine Außenverzahnung 411 der ersten Verdrängerkomponente 404 und auch die Innenverzahnung 413 der zweiten Komponente bzw.
Verdrängerkomponente 405 erkennbar sind. Im Inneren ist ein magnetorheologisches Medium bzw. Fluid vorgesehen bzw. das Innere ist im Wesentlichen mit einem magnetorheologisches Fluid
ausgefüllt, welches mit den elektrischen Spulen 8 einem
Magnetfeld 408 aussetzbar ist.
Hier ist erkennbar, dass das Gehäuse 412 des Drehdämpfers 1 drei Abschnitte umfasst, nämlich einen ersten Endbereich 422, einen Mittelbereich 423 und einen zweiten Endbereich 424. Hier wird jeder Bereich durch ein separates Teil gebildet. Möglich ist es auch, dass noch mehr Teile vorgesehen sind, oder dass insgesamt nur zwei Gehäusehälften vorgesehen sind.
Das Gehäuse bildet eine Komponente 2 bzw. 3 und die Dämpferwelle 403 bildet die andere Komponente 3 bzw. 2. Eine Drehbewegung der Komponente 2 und 3 zueinander wird gesteuert gedämpft, um bei dem Trainingsgerät 300 die zu dem entsprechenden Zeitpunkt nötige Dämpfungskraft einzustellen.
In dem Gehäuse 412 des Drehdämpfers 1 sind in dem hier linken Endbereich 422 und in dem hier rechten zweiten Endbereich 424 jeweils eine elektrische Spule 8 jeweils in einem Spulenhalter 438 aufgenommen.
Axial benachbart zu jeder elektrischen Spule 8 ist ein Ring 420 vorgesehen, wobei die Ringe 420 zwischen den beiden Spulen 8 angeordnet sind und hier jeweils von außen an den Mittelbereich 423 angrenzen. Die Ringe 420 sind axial benachbart zu den elektrischen Spulen 8 angeordnet, um dort einen magnetischen Kurzschluss zu verhindern.
An der Dämpferwelle 403 ist ein Winkelsensor 432 vorgesehen, der beispielsweise als Absolutdrehwinkelgeber ausgeführt sein kann. Die Dämpferwelle 403 ist über eine Dichtung 428 zum Innenraum 416 hin abgedichtet. Zwischen den Gehäuseteilen der unterschiedlichen Bereiche sind umlaufenden Dichtungen 442 angeordnet, um den Austritt von magnetorheologischen Fluid aus dem Innenraum der Verdrängereinrichtung 402 nach außen zu verhindern.
Die zweite Verdrängerkomponente 405 mit einer insgesamt etwa zylindrischen Außenform weist auf dem Außenumfang mehrere
Führungseinheiten 421 auf, die sich hier im Ausführungsbeispiel über die vollständige axiale Länge erstrecken, in anderen
Ausführungen aber auch zum Beispiel kürzer ausgebildet sein können. Die Führungseinheiten 421 stehen radial nach außen über die zweite Verdrängerkomponente 405 bzw. das Kernmaterial der zweiten Verdrängerkomponente 405 nach außen über und sorgen für einen definierten radialen Abstand zwischen der Außenoberfläche des Kernmaterials der zweiten Verdrängerkomponente 405 und dem Innenumfang des Gehäuses 412 an dem Mittelbereich 423.
Figur 8 zeigt eine Explosionsdarstellung des Drehdämpfers 1 im Schnitt, wobei das hier linke Gehäuseteil mit dem ersten
Endbereich 422 und auch die erste Verdrängerkomponente 404 und die zweite Verdrängerkomponente 405 jeweils ein Stück axial versetzt angeordnet dargestellt sind, um ein besseres Verständnis der technischen Funktion zu ermöglichen.
Die Dämpferwelle 403 ist hier einstückig mit der ersten
Verdrängerkomponente 404 ausgebildet, die auf ihrem Außenumfang eine Außenverzahnung 411 aufweist, die mit einer Innenverzahnung 413 im Inneren der zweiten Verdrängerkomponente 405 kämmt. Radial umgeben wird die zweite Verdrängerkomponente 405 von einem
Dämpfungskanal 417, durch den das hier im Inneren der zweiten Verdrängerkomponente 405 durchgeförderte magnetorheologische Fluid wieder zur axial anderen Seite zurückströmen kann.
Auf der Außenseite ist hier die Steuereinrichtung 407 abgebildet, die über einen Energiespeicher 437 oder Akkumulator oder
dergleichen mit dem nötigen Strom versorgt werden kann, auch wenn eine elektrische Stromversorgung ausfällt.
Ein Ausgleichsvolumen 429 stets Verfügung, um einen Volumen- ausgleich bei unterschiedlichen Temperaturen zur Verfügung zu stellen .
Die Dämpferwelle 403 ist über ein Lager 444 gelagert. Die
Drehachse 414 der ersten Verdrängerkomponente 404 stimmt mit der Drehachse der Dämpferwelle 403 überein. Die Drehachse 415 der zweiten Verdrängerkomponente 405 ist dazu parallel versetzt.
Ein Fitnessgerät 300 mit einem Drehdämpfer 1 nach Figuren 7 und 8 oder mit mehreren Drehdämpfern (gleichen oder unterschiedlichen) bietet hervorragende Eigenschaften und kann hohe Drehmomente erzeugen bzw. abbremsen. Dabei kann jederzeit in Echtzeit eine Einstellung und beliebige Veränderung der Dämpfungsstärke erfolgen. Die Dämpfung kann in Abhängigkeit wenigstens eines Trainingsparameters eingestellt werden.
Der Drehdämpfer 1 nach den Figuren 7 und 8 weist eine
Verdrängereinrichtung 402 auf. Die Verdrängereinrichtung 402 weist eine Dämpferwelle 403 und ineinander eingreifende und insbesondere rotierende Verdrängerkomponenten 404 und 405 auf. Dabei ist eine Drehbewegung der Dämpferwelle 403 kontrolliert und gesteuert dämpfbar. Die Verdrängereinrichtung 402 enthält ein magnetorheologisches Fluid als Arbeitsfluid . Es ist wenigstens eine Steuereinrichtung 407 zugeordnet. Weiterhin ist wenigstens eine Magnetfeldquelle vorgesehen bzw. umfasst, die wenigstens eine elektrische Spule 8 aufweist. Die Magnetfeldquelle ist über die Steuereinrichtung 407 steuerbar und über das Magnetfeld ist das magnetorheologische Fluid beeinflussbar, um eine Dämpfung der Drehbewegung der Dämpferwelle 403 einzustellen.
Ein solcher Drehdämpfer 1 in einem Fitnessgerät 300 ist sehr vorteilhaft. Ein Vorteil besteht darin, dass die
Verdrängereinrichtung 402 mit einem magnetorheologischen Fluid als Arbeitsfluid ausgerüstet ist. Dadurch kann von der
Steuereinrichtung 407 gesteuert das Magnetfeld der
Magnetfeldquelle in Echtzeit, d. h. in wenigen Millisekunden (kleiner 10 oder 20 ms) eingestellt werden und somit wird in Echtzeit auch das anliegende Bremsmoment an der Dämpferwelle 403 eingestellt, wenn das Fitnessgerät 300 ein entsprechendes
Bremsmoment aufgeben soll. Der Aufbau des Drehdämpfers 1 ist einfach und kompakt und benötigt wenig Bauteile, sodass der Drehdämpfer 1 kostengünstig herstellbar und in das Fitnessgerät integrierbar ist.
Die Verdrängereinrichtung 402 ist insbesondere als eine Art von Verdichtereinrichtung oder Pumpe ausgeführt. Die
Verdrängereinrichtung 402 weist ineinander eingreifende und im Betrieb rotierende Verdrängerkomponenten 404 und 405 auf. Im Inneren der Verdrängereinrichtung 402 ist ein Verdrängerraum vorgesehen, der auch als Verdichterraum bezeichnet werden kann. Im Inneren bzw. im Innenraum der Verdrängereinrichtung ist ein magnetorheologisches Fluid als Arbeitsfluid enthalten.
Als Sensor kann ein Flüssigkeitsdrucksensor verwendet werden, welcher den Pumpdruck erfasst. Dadurch kann auf das eingebrachte Moment und/oder Kraft rückgeschlossen werden und diese als
Kenngröße in der Steuereinrichtung bzw. dem Trainingsalgorithmus Verwendung finden.
Die Figuren 9 und 10 zeigen stark schematisierte Ausführungsbeispiele eines Steuerungssystems der Dämpfereinrichtung 10 eines Fitnessgeräts 300 (oder mehrerer Fitnessgeräte 300) .
Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff Steuerung auch eine Regelung verstanden, sodass das
Steuerungssystem vorzugsweise auch zur Regelung geeignet und ausgebildet ist.
Als Beispiel sind hier nur drei verschaltete Drehdämpfer 1 als Aktoren gezeigt. Es können aber auch vier oder fünf oder auch 10 oder eine Vielzahl von angesteuerten Aktoren vorgesehen sein. Möglich ist aber auch, dass nur ein Aktor oder zwei Aktoren vorgesehen sind.
Die Dämpfer 1 sind hier mit einer Recheneinheit 201
wirkverbunden. Die Recheneinheit 201 empfängt für jeweils einen Dämpfer 1 wenigstens ein Aktorsignal 204, welches wenigstens eine für wenigstens einen Zustand des Dämpfers 1 charakteristische Größe beschreibt. Beispielsweise umfasst ein Aktorsignal eine charakteristische Größe, die von dem Drehgeber 17 erfasst wird. Das Aktorsignal kann auch eine charakteristische Größe umfassen, die von wenigstens einem Momentensensor und/oder wenigstens einem Stromsensor erfasst wird. Möglich sind auch andere geeignete Sensorarten. Besonders bevorzugt berücksichtigt die Recheneinheit 201 eine Mehrzahl Aktorsignalen 204, die von unterschiedlichen Sensoren stammen.
Vorzugsweise berücksichtigt die Recheneinheit 201 auch wenigstens eine Systeminformation 203, welche wenigstens eine Systemgröße beschreibt. Die Systeminformation 203 umfasst beispielsweise Beschleunigungswerte der Trommel 101 und/oder des Trommelgehäuses 109 und/oder weitere Systemgrößen.
Anhand der bereitgestellten Aktorsignale 204 ermittelt die
Recheneinheit 201 für die Dämpfer 1 jeweils wenigstens eine Kenngröße für ein optimales Widerstandsmoment. Die Kenngrößen für die ermittelten Widerstandsmomente der Dämpfer 1 Aktors werden jeweils einer einem Dämpfer 1 zugeordneten Strom- /Drehmomentregelung 202 bereitgestellt.
Die Strom-/Drehmomentregelung 202 gibt in Abhängigkeit der bereitgestellten Widerstandsmomente für jeden Dämpfer 1 jeweils wenigstens eine Stellspannung 205 aus. Möglich sind auch
Stellsignale mit anderen und/oder zusätzlichen zur Steuerung der Dämpfer 1 geeigneten Größen als der Spannung. Anhand der
Stellspannung 205 wird der jeweilige Dämpfer 1 eingestellt.
Die in der Figur 9 gezeigte Steuerung ist als eine
Zentralsteuerung 200 ausgestaltet. Dabei umfasst die
Zentralsteuerung 200 die Recheneinheit 201 und die den jeweiligen Dämpfern 1 zugeordnete Strom-/Drehmomentregelung 202.
In einer hier nicht gezeigten Ausgestaltung kann die den
jeweiligen Dämpfern 1 zugeordnete Strom-/Drehmomentregelung 202 auch dezentral ausgebildet sein. Die Recheneinheit 201 bleibt dabei zentral. Dazu ist die Strom-/Drehmomentregelung 202 insbesondere separat und räumlich getrennt zur Recheneinheit 201 angeordnet .
In der Figur 10 ist eine Steuerung gezeigt, die als eine
dezentrale Steuerung 206 ausgestaltet ist. Dabei sind den
Dämpfern 1 jeweils wenigstens eine eigene Recheneinheit 201 und wenigstens eine eigene Strom-/Drehmomentregelung 202 zugeordnet. Es ist möglich, dass die einem Dämpfer 1 zugewiesene
Recheneinheit 201 sowie die Strom-/Drehmomentregelung 202 autonom agierend ausgebildet ist. Möglich ist aber auch eine
Ausgestaltung, bei welcher die dezentrale Steuerung 206 auch Systeminformationen 203 berücksichtigt. Die Figur 11 zeigt ein Trainingsgerät 300 bzw. Fitnessgerät ausgebildete Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Dämpfereinrichtung 10. Dabei ist das Trainingsgerät 300 als ein Ergometer bzw. Heimtrainer ausgebildet. Es umfasst ein
muskelkraftbetriebenes Betätigungselement 301, welches hier als eine Tretkurbeleinrichtung mit einer Pedale und einem Tretlager ausgebildet ist. Dabei ist die Bewegung des Betätigungselementes 301 durch den Drehdämpfer 1 dämpfbar.
Die Dämpfungseigenschaften des Drehdämpfers 1 können dabei auch während einer Umdrehung mehrfach angepasst werden. Insbesondere wird das zum Drehen des Betätigungselementes 301 benötigte Drehmoment angepasst. Zur Einstellung des Dämpfers 1 ist hier eine Steuereinrichtung 302 vorgesehen.
Die Figur 11 zeigt ein Trainingsgerät 300 mit einer
Dämpfereinrichtung 10. Dabei ist das Trainingsgerät 300 als ein Ergometer bzw. Heimtrainer ausgebildet. Es umfasst ein
muskelkraftbetriebenes Betätigungselement 301, welches hier als eine Tretkurbeleinrichtung mit einer Pedale und einem Tretlager ausgebildet ist. Dabei ist die Bewegung des Betätigungselementes 301 durch den Drehdämpfer 1 dämpfbar. Zur Einstellung des
Dämpfers 1 ist hier eine Steuereinrichtung 302 vorgesehen.
Die Dämpfungseigenschaften des Drehdämpfers 1 können dabei auch während einer Umdrehung mehrfach angepasst werden. Insbesondere wird das zum Drehen des Betätigungselementes 301 benötigte Drehmoment angepasst. Als Trainingsparameter ist somit das Drehmoment vorgesehen. Das Drehmoment kann auch in Abhängigkeit des Drehwinkels angepasst werden. Die Winkelstellung bzw. der Drehwinkel ist hier durch zwei gestichelte Linien und einen Doppelpfeil angedeutet. Die Drehrichtung ist durch einen Pfeil markiert .
Die Steuereinrichtung 302 steuert die Felderzeugungseinrichtung hier so, dass eine bestimmte Dämpfungskraft für die Bewegung der zueinander bewegbaren Komponenten 2, 3 aufgebracht werden muss. Dabei berücksichtigt die Steuereinrichtung 302 den oder die vorgegebenen Trainingsparameter. Ist beispielsweise ein bestimmtes Drehmoment vorgegeben, stellt die Steuereinrichtung 302 die Dämpfungskraft so ein, dass die Trainingsperson den
Pedaltrieb nur mit dem vorgegebenen Drehmoment drehen kann.
Als Trainingsparameter kann auch eine Winkelgeschwindigkeit bzw. Trittfrequenz vorgegeben werden, welche die Trainingsperson erreichen muss. Die Dämpfungskraft kann dabei auf einen Grundwert oder einen vom Trainer festgelegten Wert eingestellt werden. Die Trainingsperson muss die vorgegebene Trittfrequenz dann mit diesem Drehmoment erreichen.
Wird die als Trainingsparameter festgelegte Trittfrequenz über einen definierten Zeitraum erreicht oder um einen definierten Wert überschritten, kann die Steuereinrichtung 302 die
Dämpfungskraft um einen definierten Wert erhöhen. Dazu überwacht die Steuereinrichtung 302 mittels einer hier nicht sichtbaren Sensoreinrichtung die Trittfrequenz als Kenngröße und
berücksichtigt diese auch bei der Einstellung der Dämpfungskraft.
Das Erreichen bzw. das Überschreiten der geforderten
Trittfrequenz zeigt an, dass ein bestimmter Trainings zustand erreicht wurde. Somit kann die Steuereinrichtung nun
selbstständig eine Anpassung der Dämpfungskraft vornehmen, damit die Trainingsperson die geforderte Trittfrequenz bei einem höheren Drehmoment erreichen muss. Durch eine solche adaptive bzw. intelligente Anpassung können besonders gute
Trainingsergebnisse erzielt werden.
Ebenso kann das erforderliche Drehmoment bzw. die Dämpfungskraft verringert werden, wenn die Trainingsperson die als
Trainingsparameter gesetzte Trittfrequenz auch nach einem
bestimmten Zeitraum nicht erreicht.
Das hier gezeigte Trainingsgerät 300 bietet zudem auch eine
Anpassung der Dämpfungskraft während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements 301. Eine einzelne Betätigung meint in diesem Fall eine einzige Umdrehung des Pedaltriebs.
Beispielsweise kann die Dämpfungskraft verringert werden, wenn sich der Pedaltrieb in einer Totpunktstellung befindet. Möglich ist auch, dass die Dämpfungskraft erhöht wird, wenn die Pedalstellung in einer für die Trainingsperson optimalen
Hebelstellung oder außerhalb des Totpunktes steht.
Die Dämpfungskraft bzw. -moment kann auch während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements 301 dahingehend variiert werden, dass sich daraus eine geringe Körperbelastung
(Gelenksbelastung, Muskelbelastung) ergibt. Die Dämpfungskraft bzw. -moment kann auch während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements 301 dahingehend variiert werden, dass sich daraus ein möglichst gutes Trainingsergebnis/-erfolg
(Ausdauerzunahme, Muskelzunahme, gute Fettverbrennung) ergibt. Die Dämpfungskraft bzw. das Dämpfungsmoment kann auch während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements 301
dahingehend variiert werden, dass sich eine vom Benutzer gewählte Kombination aus Körperbelastung und Trainingsergebnis/-erfolg ergibt. Dies alles kann auch dahingehend noch weiter optimiert bzw. angepasst werden, indem während einer einzelnen Betätigung zwischen linker und rechter Körperhälfte (z.B. linker oder rechtes Bein) unterschieden und angepasst wird.
Das wird hier dadurch erreicht, dass die Steuereinrichtung 302 die Einstellung der Dämpferkraft und somit des Drehmoments in Abhängigkeit der Winkelstellung des Betätigungselements 301 bzw. des Pedaltriebs vornimmt. Dazu wird die Winkelstellung des
Betätigungselements 301 vorzugsweise fortlaufend während des Tretens als eine Kenngröße sensorisch erfasst.
Die Figur 12 zeigt eine Ausgestaltung des Trainingsgerätes 300 als eine Rudermaschine. Das Betätigungselement 101 ist hier als der Sitz 305 bzw. das Ruder 306 ausgebildet. Dabei ist der Sitz 305 verschiebbar an einem Gestell 304 gelagert. Das Ruder 306 ist ebenfalls an dem Gestell 304 befestigt. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Ruder 306 auch bewegbar bzw. verschiebbar an dem Gestell 304 aufgenommen sein.
Die Bewegung des Sitzes 305 ist hier über eine Dämpfereinrichtung 10 mit einem linearen Dämpfer gedämpft. Es kann auch die Bewegung des Ruders 306 über eine Dämpfereinrichtung 10 gedämpft sein. Als Trainingsparameter kann hier zum Beispiel die zum Heranziehen des Sitzes 305 an das Ruder 306 benötigte Kraft eingestellt werden. Die Steuereinrichtung 302 stellt dann entsprechend die Dämpferkraft ein. Dabei kann für die Vorwärtsbewegung eine andere Dämpferkraft als für die Rückwärtsbewegung vorgesehen sein. So kann die Ruderbewegung besonders gut simuliert werden.
Zudem kann auch der Weg als Trainingsparameter vorgegeben sein, den der Sitz 305 bei einem Ruderzug zurücklegen kann. Dabei kann die Steuereinrichtung 302 die Stellung des Sitzes 305 in Bezug zu dem Gestell 304 sensorisch erfassen und die Dämpfungskraft als Funktion der Sitzposition anpassen. So kann die Bewegbarkeit des Sitzes 305 vollständig durch eine entsprechend hohe
Dämpfungskraft blockiert werden, wenn der Sitz um eine als
Trainingsparameter vorgegebene Länge in Richtung des Ruders 306 vorgezogen wurde. Dadurch kann eine falsche Haltung beim
Rudertraining vermieden werden. Zudem kann die Ruderbewegung auf die Körpergröße bzw. Beinlänge der Trainingsperson optimal angepasst werden.
Das Trainingsgerät 300 bietet hier die Möglichkeit, die
Dämpfungskraft während einer einzelnen Betätigung des
Betätigungselements 301 unter Berücksichtigung einer Kenngröße adaptiv zu variieren. Die einzelne Betätigung des
Betätigungselements 301 ist hier ein einzelner Ruderzug. Dabei wird als Kenngröße die Bewegungsgeschwindigkeit des Sitzes 305 entlang des Gestells 304 sensorisch erfasst. Erreicht bei einem einzelnen Ruderzug die Geschwindigkeit des Sitzes 305 einen Schwellenwert bzw. überschreitet den Schwellenwert, wird die Dämpfungskraft für die Bewegung des Sitzes 305 um einen
bestimmten Wert erhöht. Ebenso kann die Dämpfungskraft um einen bestimmten Wert verringert werden, wenn der Sitz 305 einen
Schwellenwert für eine Bewegungsgeschwindigkeit einmal oder auch wiederholt nicht erreicht.
In der Figur 13 ist eine Ausgestaltung des Trainingsgerätes 300 als ein Seilzuggerät zum Trainieren der Arme und/oder des Rumpfes gezeigt. Dabei zieht die Trainingsperson mit den Händen an jeweils einem Seilzug 307 als Betätigungselement 301. Die Seilzüge 307 sind hier an jeweils einer Seilrolle 308 aufgenommen. Es kann auch ein durchgehender Seilzug 307 für beide Arme vorgesehen sein, welcher an nur eine Seilrolle 308
angebunden ist. Die Rückstellung der Seilzüge 307 erfolgt hier über eine Rollfeder.
Die Drehbewegung der Seilrolle 308 beim Ziehen an dem Seilzug 307 wird hier durch einen Drehdämpfer 1 gedämpft. In einer
alternativen Ausgestaltung kann die Bewegung des Seilzuges 307 auch über eine Dämpfereinrichtung 10 mit einem Lineardämpfer erfolgen .
Die Dämpfung für das Ziehen und Halten sowie Zurücklassen des Seilzugs 307 ist hier separat einstellbar. Das verbessert den Trainingseffekt erheblich. Beispielsweise kann der Seilzug 307 durch die Dämpfung gezielt langsam wieder zurückgelassen werden. Ein Zurückschnellen durch die Feder und hohe Haltekräfte können so z. B. bei Rehabilitationsübungen vermieden werden. Zugleich sind aber auch höhere Zugkräfte bei einem Herausziehen des
Seilzugs 307 möglich.
Die Figur 14 zeigt ein als Beinstrecker ausgebildetes
Trainingsgerät 300. Die Trainingsperson befindet sich während des Trainings auf einem Sitz 305 und hebt durch Strecken der Beine bzw. der Knie einen Beinhebel 309 an. Der Beinhebel 309 dient hier als Betätigungselement 301 und ist verschwenkbar an dem Sitz 305 angebracht. Die Schwenkbewegung ist dabei durch eine
Dämpfereinrichtung 10 dämpfbar. Als Dämpfereinrichtung 10 dient hier beispielsweise der mit Bezug zur Figur 7, 8 Drehdämpfer 1 oder mit der Dämpfereinheit 80 gemäß Figur 16.
Als Trainingsparameter sind hier der Schwenkwinkel und die zum Verschwenken des Beinhebels 309 notwendige Kraft vorgegeben. Als weiterer Trainingsparameter ist hier die Betätigungskraft des Beinhebels 309 als Funktion des Winkels vorgesehen.
Zu Beginn der Bewegung, also wenn das Knie noch gebeugt ist, wird eine an die Bedürfnisse der Trainingsperson angepasste
Dämpfungskraft durch die Steuereinrichtung 302 eingestellt. Um eine ungünstige Belastung des Knies zu vermeiden, wird mit zunehmender Streckung des Knies die zum Bewegen des Beinhebels 109 erforderliche Kraft gesenkt. Dazu erfasst die
Steuereinrichtung 302 fortlaufend die Winkelstellung des
Beinhebels 309 und passt in Abhängigkeit des Winkels die
Dämpfungskraft an. Die Winkelstellung bzw. der Winkel ist hier durch zwei gestichelte Linien und einen Doppelpfeil angedeutet.
Zudem kann hier als Trainingsparameter auch der Winkelbereich eingestellt werden, in welchem der Beinhebel 309 verschwenkbar ist. Das ist besonders bei der Rehabilitation von
Knieverletzungen wichtig, da dann eine zu weite Streckung des Knies vermieden werden sollte. So kann der Trainer beispielsweise als Trainingsparameter angeben, bei welcher Winkelstellung des Beinhebels 309 die Dämpferkraft auf ein Maß heraufgesetzt wird, welches die Bewegbarkeit des Beinhebels 309 blockiert. Dazu überwacht die Steuereinrichtung 302 die Winkelstellung des
Beinhebels 309.
Das Trainingsgerät 300 kann hier auch die Dämpfungseigenschaft während einer einzelnen Betätigung des Beinhebels 309 unter Berücksichtigung der Kenngröße adaptiv variieren. Dazu erfasst die Steuereinrichtung 302 die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit des Beinhebels 309 als Kenngröße. So kann vermieden werden, dass die Trainingsperson das Knie zu schnell streckt und somit nicht das erforderliche Muskeltraining erzielt .
Erkennt die Steuereinrichtung 302 beispielsweise ein zu schnelles Bewegen des Beinhebels 309, erhöht sie selbstständig die
Dämpfungskraft und bremst somit die unvorteilhafte Bewegung ab. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass diese adaptive Anpassung während einer einzelnen Betätigung bzw. einer einzelnen
Kniestreckung erfolgen kann. Ansonsten kann bereits ein
einmaliges Überstrecken Schmerzen verursachen. Besonders
vorteilhaft bei der adaptiven Anpassung ist auch, dass diese von der Steuereinrichtung 302 selbst vorgenommen wird und der Trainer bzw. Therapeut somit nicht ständig die Trainingsperson überwachen muss . Führt die Trainingsperson die nächste Bewegung wieder mit einer korrekten Geschwindigkeit aus, nimmt die Steuereinrichtung 302 keine Anpassung vor bzw. stellt den Trainingsparameter
unverändert ein.
Die Steuereinrichtung 302 kann die zum Verschwenken des
Beinhebels 309 notwendige Kraft auch dauerhaft erhöhen oder herabsetzen. Das kann erfolgen, wenn wiederholt zu schnelle
Bewegungen des Beinhebels 309 sensorisch erfasst werden. So kann ein Trainingsparameter angepasst werden, ohne dass der Trainer die gesamte Übungseinheit verfolgen muss oder die aufgezeichneten Kenngrößen analysieren muss.
Mit Bezug auf die Figuren 15 bis 17 wird ein weiteres
Trainingsgerät 300 und die darin eingesetzte Dämpfereinheit 80 erläutert. Die Dämpfereinheit 80 kann als Drehdämpfer 1
ausgeführt sein, aber auch als linearer Dämpfer realisiert werden. In Figur 15 ist eine perspektivische Ansicht des als Handgreifgeräts ausgeführten Trainingsgeräts 300 dargestellt.
Das Trainingsgerät 300 umfast zwei Betätigungselemente 301, wobei jeweils ein Betätigungselement mit einer Komponente der
Dämpfereinheit 80 verbunden ist. Die Betätigungselemente 301 sind schwenkbar miteinander verbunden. An dem Schwenkgelenk ist hier ein Drehdämpfer 1 als Dämpfereinheit 80 angeordnet.
Das Moment bzw. die Handkraft kann mittels des Drehdämpfers 1 stufenlos variiert werden. Die Handkraft kann auch über den
Winkel variiert werden. Es sind auch fühlbare Raster oder Rippel usw. möglich. Die Steuerung kann intern oder extern untergebracht sein. Eine Ansteuerung kann auch via Bluetooth und Smartdevice (Smartphone, Smartwatch ...) oder Computer erfolgen. Auch über das Internet oder ein (firmeninternes) LAN kann gesteuert werden. Zur Steuerung kann ein Programm auf dem Computer dienen (auch als App) . Die Handkraft wird dabei zwischen den Komponenten 2 und 3 eingestellt .
Figur 16 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Drehdämpfers 1 des Trainingsgeräts 300, wobei der Drehdämpfer auf magnetorheologischer Basis arbeitet, dessen Wirkprinzip mit Bezug auf Figur 17 erläutert wird.
Figur 16 zeigt einen Querschnitt, wobei hier die Komponente 2 mit dem Grundkörper verbunden ist, gegenüber dem die Komponente 3 drehbar aufgenommen ist. Der Grundkörper weist ein
Aufnahmegehäuse 561 auf, welches an einer separaten Grundplatte 560 befestigt ist. Beispielsweise kann das Aufnahmegehäuse 561 nach der Montage der darin angeordneten Teile mit der Grundplatte 560 verklebt werden. Relativ gegenüber dem Grundkörper ist die Komponente 3 drehbar bzw. verschwenkbar aufgenommen. Die
Komponente 3 umfasst hier eine Welle 562 an der ein Halter 582 über eine Schraube 581 angeschraubt ist. An dem Halter 582 kann auch eine interne Anzeigeeinheit aufgenommen sein, die von der Komponente 3 umgeben ist. Dadurch können die Komponenten
gegeneinander gedreht werden und die Anzeigeeinheit bleibt sichtbar. Bevorzugt ist es aber, eine Anzeige auf einem externen Gerät vorzusehen und die nötigen Daten dorthin über eine
drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle zu übertragen.
Die Welle 562 ist über ein Lager 530 drehbar an dem
Aufnahmegehäuse 561 gelagert. Das Lager 530 kann beispielsweise als Gleitlager ausgeführt sein, kann aber auch ein sonstiges Wälzlager umfassen.
Im Innenraum ist in der Komponente 2 und genauer in dem
Aufnahmegehäuse 561 ein ringförmiger Aufnahmeraum 569 vorgesehen, der hier durch eine elektrische Spule 8 als Felderzeugungseinrichtung 7 ausgefüllt ist. Eventuelle Freiräume können durch beispielsweise eine Vergussmasse oder einen Füllstoff ausgefüllt werden, der gleichzeitig dazu dient, die elektrische Spule 8 in dem ringförmigen Aufnahmeraum zu halten.
Es ist möglich, wie auf der linken Seite von Figur 16
eingezeichnet, dass ein zusätzlicher Dauermagnet 525 oder mehrere zusätzliche Dauermagnete 525 an dem Aufnahmegehäuse 561
vorgesehen sind, um unabhängig von einer Stromquelle ein
permanentes Magnetfeld zu erzeugen. Gegebenenfalls kann die Magnetisierung des Dauermagneten 525 über entsprechende magnetische Impulse der elektrischen Spule 8 verändert werden.
In dem Innenraum 563 zwischen dem Aufnahmegehäuse 561 und der Welle 562 ist ein Kanal 505 vorgesehen, der teilweise mit hier zylinderförmigen Drehkörpern 511 ausgefüllt ist, die insbesondere symmetrisch über dem Umfang des Kanals 505 angeordnet sind. Die Drehkörper drehen bei der Rotation der beiden Komponenten 2, 3 gegeneinander mit, da die Drehkörper 511 regelmäßig mit dem Aufnahmegehäuse 561 und/oder der Welle 562 in Kontakt stehen und so darauf abrollen.
Zur Unterstützung des Abrollens und zur Gewährleistung eines rollenden Kontakts kann wenigstens ein Kontaktelement 559 in Form eines Kontaktrings 559 (Reibring) vorgesehen sein. Ein solcher Kontaktring kann insbesondere als O-Ring (rund oder eckig oder Rechteckring) ausgeführt sein und beispielsweise aus einem gummiartigen Material bestehen.
Ein derartiger Kontaktring 559 kann beispielsweise in einer umlaufenden Nut 567 auf der Lauffläche 565 des Aufnahmegehäuses 561 angeordnet sein. Möglich ist es auch, dass ein weiterer Kontaktring 559b in einer Nut 566 an der Lauffläche 564 an einem vergrößerten Umlaufring 568 der Welle 562 angeordnet ist.
Möglich und bevorzugt ist es, dass ein Kontaktring 559 in der Nut 567 angeordnet ist und dass ein Kontaktring 559b in der inneren Umfangsnut 566 an der Lauffläche 564 des Umlaufrings 568
angeordnet ist.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die einzelnen
Drehkörper 511 jeweils mit einem Kontaktring 559c versehen sind, wobei ein Kontaktring 559c sich dann rings um einen Drehkörper 511 erstreckt. Auch bei einer solchen Ausgestaltung wird
gewährleistet, dass die Drehkörper 511 bzw. deren Kontaktring 559 jeweils Kontakt zu der Welle 562 bzw. dem Aufnahmegehäuse 561 haben, sodass für eine fortlaufende Drehung der Drehkörper gesorgt wird, wenn die Komponente 3 (oder 2) gedreht wird.
Hier im Ausführungsbeispiel wird über einen Anschlagring 583 ein definierter axialer Abstand zwischen dem Aufnahmegehäuse 561 und einer axialen Fläche des Umlaufrings 568 gewährleistet. Der Innenraum 563 wird über eine Dichtung 546 abgedichtet, sodass das magnetorheologische Medium nicht aus dem Innenraum 563 entweichen kann .
Zwischen dem Deckel bzw. dem Halter zu 582 und dem
Aufnahmegehäuse 561 ist ein umlaufender Spalt vorgesehen, an dem ein als Winkelsensor dienender Sensor 556 angeordnet ist.
Vorzugsweise besteht der Winkelsensor 556 aus wenigstens zwei Teilen 557 und 558, wobei das Sensorteil 557 beispielsweise an bestimmten Winkelpositionen Magnete oder andere Positionsmarken oder dergleichen aufweist, sodass über das z. B. auf der
Elektronik montierte Sensorteil 558 an dem Aufnahmegehäuse 561 eine Drehbewegung der Komponente 3 detektierbar ist. Dabei kann sowohl eine absolute Winkelposition als auch eine relative
Winkelveränderung erfassbar sein. Mit dem Winkelsensor 556 oder mit einem separaten Betätigungssensor 554 kann eine Axialbewegung bzw. Axialkraft auf die Komponente 3 insgesamt erfasst werden. Beispielsweise kann durch Ausüben einer Axialkraft eine geringe Abstandsänderung zwischen dem Halter 582 und dem Aufnahmegehäuse 561 erreicht werden, die durch den Betätigungssensor 554
erfassbar ist. Möglich ist es auch, dass gewisse Teile oder der äußere Drehring der Komponente 3 gegen eine Federkraft axial verschiebbar sind, sodass eine axiale Betätigung erfassbar ist. Die Steuerung arbeitet vorzugsweise mit einem Regeltakt von 4kHz oder mehr.
Es ist möglich, dass eine Kabel Zuführung 591 und ein zentraler Kanal vorgesehen sind, und dem benötigten elektrischen Strom zur Verfügung zu stellen. Es ist aber bevorzugt, dass ein
Energiespeicher 528 insbesondere intern vorgesehen ist. Der Energiespeicher 528 (Batterie oder Akku) kann auch extern vorgesehen sein.
Es ist ein axialer Abstand 223 zwischen der Stirnfläche 570 an der Welle 562 und der Stirnfläche 571 an dem Aufnahmegehäuse 561 vorgesehen. Dieser axiale Abstand ist erheblich geringer als der radiale Abstand 574 zwischen dem Umlaufring 568 und der Lauffläche 565 in dem Aufnahmegehäuse 561. Ein geringer Abstand ist vorteilhaft, da das Magnetfeld 508 bzw. die Magnetfeldlinien in axialer Richtung durch den Spalt 572 durchtritt. Bei einem dünnen Spalt sind relativ geringe magnetische Verluste möglich.
Mit Bezug auf die Figur 17 wird im Folgenden das Funktionsprinzip zur Erzeugung von Momenten des Drehdämpfers nach Fig. 16
beschrieben .
Figur 17 zeigt eine stark schematische Querschnittsansicht einer Dämpfereinheit 80, die als Drehdämpfer 1 oder als Lineardämpfer ausgeführt sein kann. Die Dämpfereinheit 80 dient zur
Beeinflussung der Kraftübertragung zwischen den zwei Komponenten 2 und 3. Dabei ist zwischen den zwei Komponenten 2 und 3 in Fig. 17 jedenfalls ein Drehkörper 511 als separates Teil vorgesehen. Die Komponenten 2 und 3 können gegenüber einander drehen (vgl. Fig. 16) oder aber auch linear verschiebbar sein. Bei der
Relativbewegung dreht sich jedenfalls der Drehkörper 511. Der Drehkörper 511 ist hier als Kugel 514 ausgebildet. Möglich ist es aber ebenso, Drehkörper 511 als Zylinder (Fig. 16) oder
Ellipsoide, Rollen oder sonstige rotierbare Drehkörper
auszubilden. Auch im eigentlichen Sinn nicht rotationssymmetrische Drehkörper wie beispielsweise ein Zahnrad oder Drehkörper 511 mit einer bestimmten Oberflächenstruktur können als Drehkörper verwendet werden. Die Drehkörper 511 werden nicht zur Lagerung gegenüber einander eingesetzt, sondern zur
Übertragung von Drehmoment.
Zwischen den Komponenten 2 und 3 des Drehdämpfers 1 ist ein Kanal 505 vorgesehen, der hier mit einem magnetorheologisches Fluid 5, welches beispielsweise als Trägerflüssigkeit ein Öl umfasst, in dem ferromagnetische Partikel 519 vorhanden sind. Glykol, Fett, dickflüssige Stoffe können auch als Trägermedium verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Das Trägermedium kann auch gasförmig sein bzw. es kann auf das Trägermedium verzichtet werden (Vakuum) . In diesem Fall werden lediglich durch das
Magnetfeld beeinflussbare Partikel in den Kanal gefüllt.
Die ferromagnetischen Partikel 519 sind vorzugsweise Carbonyl- eisenpulver, wobei die Größenverteilung der Partikel vom konkreten Einsatzfall abhängt. Konkret bevorzugt ist eine
Verteilung Partikelgröße zwischen ein und zehn Mikrometern, wobei aber auch größere Partikel von zwanzig, dreißig, vierzig und fünfzig Mikrometer möglich sind. Je nach Anwendungsfall kann die Partikelgröße aus deutlich größer werden und sogar in den
Millimeterbereich vordringen (Partikelkugeln) . Die Partikel können auch eine spezielle Beschichtung/Mantel (Titanbeschich- tung, Keramik-, Karbonmantel etc.) aufweisen, damit sie die je nach Anwendungsfall auftretenden hohen Druckbelastungen besser aushalten. Die MR-Partikel können für diesen Anwendungsfall nicht nur aus Carbonyleisenpulver (Reineisen), sondern z. B. auch aus speziellem Eisen (härterem Stahl) hergestellt werden.
Der Drehkörper 511 wird durch die Relativbewegung 517 der beiden Komponenten 2 und 3 in Rotation um seine Drehachse 512 versetzt und läuft praktisch auf der Oberfläche der Komponente 3 ab.
Gleichzeitig läuft der Drehkörper 511 auf der Oberfläche der anderen Komponente 2, sodass dort eine Relativgeschwindigkeit 518 vorliegt .
Genau genommen hat der Drehkörper 511 keinen direkten Kontakt zur Oberfläche der Komponente 2 und/oder 3 und wälzt sich deshalb nicht direkt darauf ab. Der freie Abstand 509 von dem Drehkörper 511 zu einer der Oberflächen der Komponente 2 oder 3 beträgt z. B. 140 μιη. In einer konkreten Ausgestaltung mit Partikelgrößen zwischen 1 μιη und 10 μιη liegt der freie Abstand insbesondere zwischen 75 μιη und 300 μιη und besonders bevorzugt zwischen 100 μιη und 200 μιη.
Der freie Abstand 509 beträgt insbesondere wenigstens das zehnfache des Durchmessers eines typischen mittleren
Partikeldurchmessers. Vorzugsweise beträgt der freie Abstand 509 wenigstens das zehnfache eines größten typischen Partikels. Durch den fehlenden direkten Kontakt ergibt sich eine sehr geringe (s) Grundreibung/-kraft/-moment beim relativen Bewegen der
Komponenten 2 und 3 zueinander.
Wird der Drehdämpfer 1 mit einem Magnetfeld beaufschlagt, bilden sich die Feldlinien abhängig vom Abstand zwischen den Drehkörpern 511 und den Komponenten 2, 3 aus. Der Drehkörper besteht aus einem ferromagnetischen Material und z. B. hier aus ST 37. Der Stahltyp ST 37 hat eine magnetische Permeabilität ]ir von etwa 2000. Die Feldlinien treten durch den Drehkörper hindurch und konzentrieren sich in dem Drehkörper. An der hier radialen Ein- und Austrittsfläche der Feldlinien an dem Drehkörper herrscht eine hohe Flussdichte in dem Kanal 505. Das dort inhomogene und starke Feld führt zu einer lokalen und starken Vernetzung der magnetisch polarisierbaren Partikel 519. Durch die Drehbewegung des Drehkörpers 511 in Richtung auf den sich bildenden Keil in dem magnetorheologischen Fluid wird die Wirkung stark erhöht und das mögliche Brems- oder Kupplungsmoment wird extrem vergrößert weit über den Betrag hinaus, der normalerweise in dem magneto¬ rheologischen Fluid erzeugbar ist. Vorzugsweise bestehen
Drehkörper 511 und Komponente 2, 3 zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material, weshalb die magnetische Flussdichte umso höher wird, je kleiner der Abstand zwischen Drehkörper 511 und Komponente 2, 3 ist. Dadurch bildet sich ein im Wesentlichen keilförmiger Bereich 516 im Medium aus, in welchem der Gradient des Magnetfelds zum spitzen Winkel bei der Kontaktstelle/dem Bereich des geringsten Abstands hin stark zunimmt.
Trotz Abstand zwischen Drehkörper 511 und Komponente 2, 3 kann durch die Relativgeschwindigkeit der Oberflächen zueinander der Drehkörper 511 in eine Drehbewegung versetzt werden. Die
Drehbewegung ist ohne und auch mit einem wirkenden Magnetfeld 508 möglich .
Wenn die magnetorheologische Übertragungsvorrichtung 1 einem Magnetfeld 508 einer hier in Figur 17 nicht dargestellten
Magnetfelderzeugungseinrichtung 7 ausgesetzt ist, verketten sich die einzelnen Partikeln 519 des magnetorheologischen Fluides 5 entlang der Feldlinien des Magnetfeldes 508. Zu beachten ist, dass die in Figur 1 eingezeichneten Vektoren den für die
Beeinflussung des MRF relevanten Bereich der Feldlinien nur grob schematisch darstellen. Die Feldlinien treten im Wesentlichen normal auf die Oberflächen der ferromagnetischen Bauteile in den Kanal 505 ein und müssen vor allem im spitzwinkligen Bereich 510 nicht geradlinig verlaufen.
Gleichzeitig wird auf dem Umfang des Drehkörpers 511 etwas
Material von dem magnetorheologischen Fluid mit in Rotation versetzt, sodass sich ein spitzwinkliger Bereich 510 zwischen der Komponente 3 und dem Drehkörper 511 ausbildet. Auf der anderen Seite entsteht ein gleicher spitzwinkliger Bereich 510 zwischen dem Drehkörper 511 und der Komponente 2. Die spitzwinkligen Bereiche 510 können beispielsweise bei zylinderförmig
ausgestalteten Drehkörpern 511 eine Keilform 516 aufweisen. Durch die Keilform 516 bedingt wird die weitere Rotation des
Drehkörpers 511 behindert, sodass die Wirkung des Magnetfeldes auf das magnetorheologische Fluid verstärkt wird, da sich durch das wirkende Magnetfeld innerhalb des spitzwinkligen Bereiches 510 ein stärkerer Zusammenhalt des dortigen Mediums ergibt.
Dadurch wird die Wirkung des magnetorheologischen Fluids im angesammelten Haufen verstärkt (die Kettenbildung im Fluid und damit der Zusammenhalt bzw. die Viskosität), was die weitere Rotation bzw. Bewegung des Drehkörpers 511 erschwert.
Durch die Keilform 516 können wesentlich größere Kräfte oder Momente übertragen werden, als es mit einem vergleichbaren Aufbau möglich wäre, der nur die Scherbewegung ohne Keileffekt nützt.
Die direkt durch das angelegte Magnetfeld übertragbaren Kräfte stellen nur einen kleinen Teil der durch die Vorrichtung übertragbaren Kräfte dar. Durch das Magnetfeld lässt sich die
Keilbildung und somit die mechanische Kraftverstärkung steuern. Die mechanische Verstärkung des magnetorheologischen Effekts kann soweit gehen, dass eine Kraftübertragung auch nach Abschalten eines angelegten Magnetfeldes möglich ist, wenn die Partikel verkeilt wurden.
Es hat sich herausgestellt, dass durch die Keilwirkung der spitzwinkligen Bereiche 510 eine erheblich größere Wirkung eines Magnetfeldes 508 einer bestimmten Stärke erzielt wird. Dabei kann die Wirkung um ein Vielfaches verstärkt werden. In einem
konkreten Fall wurde eine etwa zehnmal so starke Beeinflussung der Relativgeschwindigkeit zweier Komponenten 2 und 3 zueinander wie beim Stand der Technik bei MRF Kupplungen beobachtet. Die mögliche Verstärkung hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Gegebenenfalls kann sie durch eine größere Oberflächenrauhigkeit der Drehkörper 511 noch verstärkt werden. Möglich ist es auch, dass auf der Außenoberfläche der Drehkörper 511 nach außen ragende Vorsprünge vorgesehen sind, die zu einer noch stärkeren Keilbildung führen können. Die Keilwirkung bzw. der Keileffekt verteilt sich flächig auf den Drehkörper 511 und die Komponenten 2 oder 3.
Figur 18 zeigt einen Lineardämpfer 60, der mit einer
Ventileinrichtung 69 ausgerüstet ist, die hier zwei
Dämpfungskanäle 70 umfasst. Der Lineardämpfer 60 als
Dämpfungseinrichtung 10 weist hier eine erste Komponente 2 und eine zweite Komponente 3 auf, die mit mit zwei unterschiedlichen Gehäuseteilen, Gehäusen oder Körpern verbunden werden können, um eine Relativbewegung bei einem Fitnessgerät zu dämpfen. Für eine solche Lineardämpfung eignet sich z. B. das Fitnessgerät aus Figur 12.
Der Lineardämpfer 60 weist ein Dämpfergehäuse 63 auf, in dem ein Kolben 65 angeordnet ist. Der Kolben 65 ist mit einer Kolbenstange 64 verbunden, die hier fest mit der zweiten Komponente 3 verbunden ist.
Der Kolben 65 teilt das Innere des Dämpfergehäuses 63 in eine erste Dämpferkammer 66 und eine zweite Dämpferkammer 67, die wenigstens teilweise mit einem magnetorheologischen Medium und insbesondere einem magnetorheologischen Fluid 5 gefüllt sind.
Der Kolben 65 dient hier auch als Ventileinrichtung bzw. umfasst wenigstens eine solche. Dazu ist in dem Kolben 65 wenigstens ein Strömungskanal bzw. Dämpfungskanal 70 vorgesehen. Die Strömung des magnetorheologischen Fluids 5 wird beim Durchtritt durch den Strömungskanal 70 des Kolbens 65 gedämpft. Die Strömungsrichtung ist entweder von der ersten Dämpferkammer 66 zur zweiten
Dämpferkammer 67 oder umgekehrt gerichtet. Über ein Kabel 68 kann die Stromzufuhr erfolgen. Die Figur 19 zeigt den Kraftverlauf (am Fuß) bzw. den Momentenverlauf (am Gerät oder in dem Kniegelenk) von einem Trainingsgerät über die Winkelstellung, z.B. der Beinpresse laut Figur 14. Die Kraft ist auf der Y-Achse und der Winkel auf der X- Achse aufgetragen. Bezüglich der Gelenks- und Muskelbelastung (Körperbeanspruchung; Langzeitfolgen...) kann es z.B. bei diesem Fitnessgerät unvorteilhaft sein, wenn bei einem Winkel von 90° zwischen Ober- und Unterschenkel hohe Kräfte an dem Bein bzw. Fuß anliegen. Bei einem Winkel von 50 bis 80° dürfen die Kräfte höher sein, sollen dann aber zwischen 80° und 110° stark reduziert werden, um dann wieder bis in die Nähe von 180 Grad (Bein durchgestreckt) ganz hoch zu sein. Unmittelbar vor der kompletten Streckung (180°) ist es wiederum vorteilhaft, wenn die Kräfte niedriger sind.
Die Fig. 19a zeigt einen Kraftverlauf mit kleineren
Kraftunterschieden als z. B. der Verlauf der Fig. 19. Die Kraft ist auf der Y-Achse und der Winkel auf der X-Achse aufgetragen. Der Momenten- oder Kraftverlauf kann auch an die Tagesverfassung oder/und die Trainingszeit angepasst werden. Dies bedeutet, dass z.B. bei Trainingsbeginn niederer Kräfte/Momente am
Trainingsgerät anliegen, welche im Trainingsverlauf ansteigen, weil die Muskeln/der Benutzer aufgewärmt ist, und gegen
Trainingsende wieder reduzieren, quasi in Form eines
„Auslaufens". Dabei kann nicht nur die Kurve skaliert werden, sondern auch der Verlauf verändert, sodass ein möglichst gutes Trainingsergebnis bei gleichzeitig geringer Körperbelastung erreicht wird.
Die Figur 20 zeigt einen anderen Kraftverlauf über den
Bewegungswinkel. Die Kraft ist auf der Y-Achse und der Winkel auf der X-Achse aufgetragen. Dieser ist beim Gewichtheben bzw.
Hanteltraining von Vorteil ist, da der Ellenbogen unter Belastung nicht gestreckt werden soll. Dies wird mit der geringeren Kraft am Anfang der Bewegung (Kennlinie) erreicht. Die geringe Kraft am Ende der Bewegung ergibt einen schonenden Auslaufen der Übung, dadurch werden Gelenksschmerzen und eventuellen Muskelschäden vorgebeugt . Die Figur 21 zeigt eine Ausgestaltung mit einem
Nahfelderkennungssystem 310. In einer möglichen Variante kommt ein Kunde z. B. ins Fitnessstudio und geht zu einem Körperscanner und/oder Analysegerät. Hier werden die „Hebelverhältnisse" ermittelt und gespeichert (z. B. Oberarm, Unterarm, Schenkel, Körpergröße...) . Der Kunde erhält ein Device (z. B. NFC Armband, Chip, Smartdevice wie Smartphone oder -watch oder dergleichen) , welches bei der Benutzung des Geräts diese Daten an das
Fitnessgerät 300 übermittelt. Somit ist dieses immer optimal bezüglich des Trainings (z. B. Kraft über Weg; Moment über Winkel oder dergleichen) eingestellt bzw. sagt dem Benutzer, wie er es einstellen soll (z. B. Sitz mechanisch verstellen oder
dergleichen) oder das Gerät stellt sich selber ein (z. B. mittels E-Motoren oder dergleichen) .
Die Figur 22 zeigt einen beispielhaften Kraftverlauf bei dem Gerät 300 bzw. Ergotrainer nach Figur 11. Die Kraft ist auf der Y-Achse und der Winkel auf der X-Achse aufgetragen. Die
gestrichelte Linie markiert die Trennung zwischen den
Körperhälften. Beispielsweise wird rechts von der Linie die Dämpfereinstellung für das rechte Bein und links davon für das linke Bein vorgenommen. Die Dämpfereinstellungen sind hier für beide Körperhälften gleich.
Die Kurve startet hier bei 50°, die Kraft steigt an verläuft dann gelenkschonend. Bei der unteren Pedalposition (180°) wird die Kraft auch reduziert, um im "fast" gestreckten Bein keine zu hohe Belastung zu übertragen bzw. die Gelenke nicht zu stark zu beanspruchen. Nach dem Tiefpunkt (180°) fängt der Tritt des anderen Beines an. Je nach Sitzposition (Größe, Kinematik vom Nutzer ...) ändern sich die Winkel, wobei der adaptive Dämpfer diesen Zusammenhang hier berücksichtigt.
Die Figur 23 zeigt einen weiteren beispielhaften Kraftverlauf. Die gestrichelten Linien markieren die Trennungen zwischen den Körperhälften. Die Dämpfereinstellungen sind hier für beide Körperhälften unterschiedlich. In diesem Beispiel ist die linke Körperhälfte bzw. das linke Bein geschwächt, z. B. durch einen Unfall oder eine Krankheit. Der Kraftverlauf ist hier über einen Bewegungs zyklus (360°) eines Ergotrainers in Form eines Fahrrades dargestellt. Hierbei wird der Kraftverlauf (Bremskennlinie) vom linken Bein (linke Körperhälfte) reduziert, sodass diese
Körperhälfte geringer belastet wird. Damit kann z.B. nach einem Unfall der Rehabilitationsvorgang optimiert werden. Der
Muskelaufbau kann so gezielter voran gehen. Denkbar ist aber auch die umgekehrte Vorgehensweise. Ein Athlet will den jetzt
schwächeren Körperteil stärker aufbauen, trotzdem aber nicht den anderen Körperteil überlasten, was er gezielt machen kann, indem er die Bremskraft bzw. die Momentendämpfung individuell anpasst.
Je nach Trainingsgerät und Trainingszustand des Benutzers ist der Energieeintrag größer oder kleiner. Eine notwendige Kühlung, um die Energie abzuführen, ist primär insbesondere über das
Außengehäuse möglich. Bei dem erfindungsgemäßen Drehdämpfer strömt das MRF über Leitungen oder/und Strömungskanäle (z.B.
Figur 7 und 8) . Somit kann hier besonders gut ein
zwischengeschalteter separater Kühler eingebaut werden, damit der Dämpfer bzw. die Bremse nicht zu heiß wird. Möglich ist auch eine aktive Kühlung mittels zusätzlichem Pumpkreis, Heatpipes (ein Wärmerohr welches unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Mediums eine hohe Wärmestromdichte erlaubt) , oder mittels
Luftstrom (z.B. elektrischer oder mechanischer Kühllüfter) . Dies ist bei MRF Aktoren ohne Strömungsleitung von Vorteil.
Bezugszeichenliste :
1 Drehdämpfer 35 Hohlraum, Füllmasse
2 Komponente 36 Feldlinie
3 Komponente 37 Lager
3a Deckel 38 Distanzhülse
4 Schwenkwelle 60 Lineardämpfer
4a Mitnehmer 63 Gehäuse
5 magnetorheologisches 64 Kolbenstange
Medium 65 Kolben
6 Dämpfungsspalt 66 erste Dämpferkammer
7 Magnetfeld¬ 67 zweite Dämpferkammer
erzeugungseinrichtung 68 Kabel
8 elektrische Spule 69 Dämpfungsventil
9 Achse 70 Dämpfungskanal
10 Dämpfereinrichtung 80 Däm fereinheit
11 Dichtungseinrichtung 200 ZentralSteuerung
12 Innenkomponente 201 Recheneinheit
13 Außenkomponente 202 Strom-/Drehmomentregelung
14 Verbindungsleitung 203 Systeminformation
15 Reservoir 204 Aktorsignal
16 axiale Länge 205 StellSpannung
17 Drehgeber 206 dezentrale Steuerung
18 Wicklung 300 rainingsgerät
19 Ende von 21, 22 301 Betätigungselement
20 Federeinrichtung 302 Steuereinrichtung
21 Arm 303 Getriebeeinrichtung
22 Arm 304 Gestell
23 Arm 305 Sitz
24 Pol 310 NahfeiderkennungsSystem
25 Pol 402 Verdrängereinrichtung
26 radiale Höhe von 6 403 Dämpferwelle
27 Durchmesser von 6 404 Verdrängerkomponente
28 Kammer 405 Verdrängerkomponente
29 Trennelement 407 Steuereinrichtung
30 Gehäuse 408 Feldlinie
31 Ende von 4 411 Außenverzahnung von 404
32 Ende von 4 412 Gehäuse von 402
33 Dauermagnet 413 Innenverzahnung von 405
34 Abdeckung 414 Drehachse von 404 415 Drehachse von 405 562 Welle
417 Dämpfungskanal 564 Lauffläche von 562
420 Ring in 412 565 Lauffläche von 561
421 Führungseinheit 566 Nut
422 erster Endbereich 567 Nut
423 Mittelbereich 568 Umlaufring mit 564 und
424 zweiter Endbereich 569 Aufnahmeraum für 8
428 Dichtung an 403 570 Stirnfläche von 568
429 Ausgleichsvolumen 571 Stirnfläche von 561 432 Winkelsensor 572 Spalt
437 Energiespeicher 580 Deckel
438 Spulenhalter 581 Schraube
442 Dichtung von 423 582 Halter
444 Lager 583 Anschlagring
505 Kanal 591 Kabel
508 Feld
509 freier Abstand
510 spitzwinkliger Bereich
511 Drehkörper
512 Drehachse
513 Drehkörper
514 Kugel
515 Zylinder
516 Keilform
517 Richtung der
Relativbewegung
518 Richtung der
Relativbewegung
519 magnetische Partikel
520 Fluid
525 Dauermagnet
527 Steuereinrichtung
528 Energiespeicher
530 Lager
556 Winkelsensor
557 Sensorteil
558 Sensorteil, Elektronik
559 Kontaktring, Reibring
560 Grundplatte
561 Aufnahmegehäuse

Claims

Ansprüche :
1. Trainingsgerät (300) zur gezielten Muskelbetätigung,
umfassend wenigstens ein wenigstens teilweise
muskelkraftbetriebenes Betätigungselement (301) und
wenigstens eine Dämpfereinrichtung (10) mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten (2, 3), wobei eine der Komponenten (2, 3) mit dem Betätigungselement (301) wirkverbunden ist, sodass eine Bewegung des
Betätigungselementes (301) dämpfbar ist
und wobei der Dämpfereinrichtung (10) ein feldempfindliches rheologisches Medium (5) und wenigstens eine
Felderzeugungseinrichtung (7) zur Erzeugung und Steuerung einer Feldstärke zugeordnet sind und dass durch die
Felderzeugungseinrichtung (7) wenigstens eine
Dämpfungseigenschaft beeinflussbar ist
gekennzeichnet,
durch wenigstens eine Steuereinrichtung (302), welche dazu geeignet und ausgebildet ist, die Felderzeugungseinrichtung (11) in Abhängigkeit wenigstens eines Trainingsparameters gezielt zu steuern, sodass die Bewegung des
Betätigungselementes (301) unter Berücksichtigung des
Trainingsparameters dämpfbar ist.
2. Trainingsgerät (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in Abhängigkeit des Trainingsparameters eine zur Bewegung einer der beiden Komponenten (2, 3) aufzubringende
Dämpfungskraft einstellbar ist.
3. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit des Trainingsparameters ein Weg und/oder Drehwinkel einstellbar ist, über welchen wenigstens eine der beiden Komponenten (2, 3) bewegbar ist.
4. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungseigenschaft während wenigstens einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements (301) variierbar ist .
Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Trainingsparameter einer Gruppe von Parametern entnommen ist, welche eine zur Betätigung des
Betätigungselementes (301) vorgesehene Kraft,
Geschwindigkeit, Beschleunigung, Strecke, Bewegungsrichtung, eine Bewegungsbahn und einen Winkel umfasst.
6. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (302) dazu geeignet und
ausgebildet ist, die Felderzeugungseinrichtung (7) in
Abhängigkeit wenigstens eines Trainingsparameters als
Funktion wenigstens eines anderen Trainingsparameters zu steuern .
7. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (302) dazu geeignet und
ausgebildet ist, anhand wenigstens einer Sensoreinrichtung wenigstens eine Kenngröße für die Bewegung des
Betätigungselements (301) zu erfassen und die
Felderzeugungseinrichtung (7) unter Berücksichtigung der Kenngröße gezielt zu steuern.
8. Trainingsgerät (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (302) dazu geeignet und ausgebildet ist, den Trainingsparameter in Abhängigkeit
der Kenngröße anzupassen.
9. Trainingsgerät (300) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfereinrichtung (10) dazu geeignet und ausgebildet ist, unter Berücksichtigung der Kenngröße die Dämpfungseigenschaft in Echtzeit einstellen.
Trainingsgerät (300) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungseigenschaft während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements (301) unter Berücksichtigung der Kenngröße adaptiv variierbar ist.
11. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfereinrichtung (10) dazu geeignet und
ausgebildet ist, die Dämpfungseigenschaft innerhalb weniger als 100 Millisekunden um wenigstens 30% zu verändern.
Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfereinrichtung (10) dazu geeignet und
ausgebildet ist, eine wenigstens teilweise
muskelkraftbetriebene Bewegung des Betätigungselementes (301) mittels der Felderzeugungseinrichtung (7) und des
feldempfindlichen rheologischen Mediums (9) zu blockieren.
Trainingsgerät (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bewegung in Anhängigkeit des Trainingsparameters und/ode der Kenngröße blockierbar ist.
Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement (301) aus einer Gruppe von Betätigungselementen entnommen ist, umfassend: Pedaltrieb, Beinhebel, Kniehebel, Armhebel, Rückenhebel, Bauchhebel, Rumpfhebel, Seilzug, Ruderhebel.
Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfereinrichtung (10) wenigstens einen
Drehdämpfer (1) umfasst und wobei eine Komponente (2) eine Innenkomponente (12) und eine andere Komponente (3) eine Außenkomponente (13) umfasst und wobei die Außenkomponente (13) die Innenkomponente (12) wenigstens abschnittsweise radial umgibt, wobei zwischen den Komponenten (2, 3) ein radial nach innen von der Innenkomponente (12) und radial nach außen von der Außenkomponente (13) begrenzter und wenigstens teilweise mit dem rheologischen Medium (5) gefüllter ringförmiger und umlaufender Dämpfungsspalt (6) angeordnet ist,
wobei der Dämpfungsspalt (6) durch die
Felderzeugungseinrichtung (7) einem Magnetfeld aussetzbar ist, um eine Schwenkbewegung zwischen den beiden
gegeneinander verschwenkbaren Komponenten (2, 3) um eine Achse (4) zu dämpfen.
16. Trainingsgerät (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Mehrzahl an wenigstens teilweise radial verlaufenden Armen (21, 22, 23) an wenigstens einer der Komponenten (2, 3) vorgesehen ist und dass wenigstens ein Teil der Arme (21, 22) mit einer elektrischen Spule (8) mit wenigstens einer
Wicklung (18) ausgerüstet ist, wobei sich die Wicklung (18) jeweils neben der Achse (4) und beabstandet von der Achse (4) erstreckt .
17. Trainingsgerät (300) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Getriebeeinrichtung
(303), welche dazu geeignet und ausgebildet ist, eine lineare Bewegung des Betätigungselementes (301) wenigstens teilweise in eine Schwenkbewegung einer der beiden Komponenten (2, 3) umzusetzen, sodass die Linearbewegung durch den Drehdämpfer
(1) dämpfbar ist.
18. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfereinrichtung (10) wenigstens einen
Drehdämpfer (1) mit wenigstens einer Verdrängereinrichtung (402) umfasst, wobei die Verdrängereinrichtung (402) eine Dämpferwelle (403) und ineinander eingreifende
Verdrängerkomponenten (404, 405) aufweist, wobei eine
Drehbewegung der Dämpferwelle (403) dämpfbar ist.
19. Trainingsgerät (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verdrängereinrichtung (402) wenigstens ein
magnetorheologisches Fluid (5) als Arbeitsfluid enthält und damit betreibbar ist, und wobei durch eine zugeordnete
Steuereinrichtung (407) ein Magnetfeld einer wenigstens eine elektrische Spule (409) umfassenden Magnetfeldquelle
steuerbar und durch das Magnetfeld das magnetorheologische Fluid (5) beeinflussbar sind, um eine Dämpfung der Drehbewegung der Dämpferwelle (403) einzustellen.
20. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfereinrichtung (10) wenigstens einen
Lineardämpfer (60) mit wenigstens einer ersten Dämpferkammer
(66) und wenigstens einer zweiten Dämpferkammer (67) umfasst, welche über wenigstens ein steuerbares Dämpfungsventil (69) miteinander gekoppelt sind und wobei dem Dämpfungsventil (70) die Magnetfelderzeugungseinrichtung (7) zugeordnet ist, welche zur Erzeugung und Steuerung einer Feldstärke in wenigstens einem Dämpfungskanal (70) des Dämpfungsventils
(69) dient, wobei in dem Dämpfungskanal (70) das
feldempfindliche rheologische Medium (5) vorgesehen ist.
21. Trainingsgerät (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Lineardämpfer (60) eine mit dem rheologischen Medium (5) gefüllte Dämpferkammer (66, 67) und einen relativ zu der Dämpferkammer (66, 67) beweglichen Kolben (65) umfasst.
22. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine linke Körperhälfte wenigstens teilweise eine andere Dämpfungseigenschaft als für eine rechte Körperhälfte einstellbar ist.
23. Trainingsgerät (300) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die für eine bestimmte Körperhälfte vorgesehene
Dämpfungseigenschaft wenigstens teilweise während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements (301) variierbar ist .
24. Trainingsgerät (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungseigenschaft wenigstens teilweise unter Berücksichtigung wenigstens eines Signals eines
Nahfelderkennungssystems variierbar ist.
25. Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgeräts (300) zur
gezielten Muskelbetätigung, wobei ein wenigstens teilweise muskelkraftbetriebenes Betätigungselement (301) betätigt wird und wobei wenigstens eine Dämpfereinrichtung (10) mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten (2, 3) vorgesehen ist und wobei wenigstens eine der Komponenten (2, 3) mit dem Betätigungselement (301) wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Bewegung des Betätigungselementes (301) gedämpft wird und dass der Dämpfereinrichtung (10) wenigstens ein feldempfindliches rheologisches Medium (5) und wenigstens eine Felderzeugungseinrichtung (7) zur Erzeugung und
Steuerung einer Feldstärke zugeordnet sind und dass durch die Felderzeugungseinrichtung (7) wenigstens eine
Dämpfungseigenschaft beeinflusst wird und dass mit wenigstens einer Steuereinrichtung (302) die Felderzeugungseinrichtung (7) in Abhängigkeit wenigstens eines Trainingsparameters gezielt gesteuert wird, sodass die Bewegung des
Betätigungselementes (301) unter Berücksichtigung des
Trainingsparameters gedämpft wird.
26. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens eine Kenngröße für wenigstens eine einzelne Betätigung des Betätigungselements (301) überwacht wird und die
Dämpfungseigenschaft unter Berücksichtigung der Kenngröße gezielt eingestellt wird, sodass ein optimaler Kraft- /Momentenverlauf hinsichtlich des gewünschten
Trainingsergebnisses einstellbar ist.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einstellung der Dämpfungseigenschaft unter Berücksichtigung der Kenngröße mehr als einmal, insbesondere mehrfach, während einer einzelnen Betätigung des Betätigungselements (301) vorgenommen wird.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
zwischen der Betätigung des Betätigungselements (301), für welche die Kenngröße überwacht wird, und der daraus
resultierenden Einstellung der Dämpfungseigenschaft weniger als 100 ms vergehen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Kennwert für eine Relativbewegung der ersten und der zweiten Komponente (2, 3) zueinander wiederholt in Echtzeit ermittelt wird und wobei mit der
Felderzeugungseinrichtung (7) ein Feld nur dann erzeugt wird, wenn die Relativbewegung der ersten und der zweiten
Komponente (2, 3) zueinander vorliegt und wobei mit dem Kennwert eine einzustellende Feldstärke in Echtzeit
abgeleitet wird und wobei mit der Felderzeugungseinrichtung (7) in Echtzeit die einzustellende Feldstärke erzeugt wird, um eine Dämpfungseigenschaft, insbesondere Dämpfungskraft, in Echtzeit einzustellen, die sich aus dem ermittelten Kennwert ergibt .
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