DE19927433C2 - Reibkonstruktion zur Erzeugung eines Bremsmomentes bei Therapie- u. Fitnessgeräten - Google Patents

Description

Betrachtet man den heutigen Stand der Muskeltrainingsgeräte, so kann man sie in fol­ gende Geräteklassen differenzieren:

Freie Gewichte

Kurz- und Langhanteln, Gewichtsschuhe, Manschetten etc.

Steckgewichtsgeräte

Die Steckgewichtsgeräte ermöglichen eine konzentrisch/exzentrische Muskelarbeits­ weise. Die Bewegungsbahn wird durch die Gerätekonstruktion vorgegeben, und die Dosierung des Widerstandes erfolgt mit Steckgewichten (steckbare Gewichtsplatten). Zahlreiche Gerätehersteller setzen zur Kraftübertragung sogenannte Exzenter ein, die den apparativen Widerstand in jeder Winkelposition der "idealen" Kraftverlaufskurve annähern sollen.

Kabelzuggeräte

Die Widerstandsdosierung erfolgt meistens über Gewichtsplatten. Im Gegensatz zu den Steckgewichtsgeräten sind freie (dreidimensionale) Bewegungen möglich.

Pneumatisch und hydraulisch betriebene Geräte

Bei pneumatischen Geräten wird der Widerstand durch externe Luftkompressoren vorjustiert (Anfangswiderstand). Dieser erhöht sich mit fortschreitender Bewegung in­ folge der zunehmenden Luftkompression in den Pneumatikzylindern. Die in der kon­ zentrischen Phase komprimierte Luft liefert den Widerstand in der exzentrischen Pha­ se. Bei hydraulischen Geräten wird der Widerstand dementsprechend mit hydrauli­ schen Flüssigkeiten reguliert. Veränderungen der Widerstandsarten (konzentrisch/ex­ zentrisch, konzentrisch/konzentrisch und exzentrisch/exzentrisch) sind bei manchen Geräteherstellern teilweise integriert.

Elektronische Geräte

Der elektronisch geregelte Widerstandsverlauf wird mittels elektromagnetischer Bremsung erzeugt. Einige Gerätehersteller ermöglichen die Auswahl unter verschie­ denen Widerstandskurven und bieten teilweise integrierte Krafttestungen an.

Isokinetische Geräte

Eine Spezialform der elektronischen Geräte stellen die vorwiegend zu Rehabilitati­ onszwecken verwendeten isokinetischen Muskeltrainingsgeräte dar, bei welchen die Patienten mit festgelegter Bewegungsgeschwindigkeit gegen einen veränderlichen Widerstand arbeiten, der sich der Muskelkraft anpaßt. Veränderungen der Wider­ standsarten (konzentrisch/exzentrisch, konzentrisch/konzentrisch und exzentrisch/ex­ zentrisch) sind einstellbar.

Sonstiges

Es sind bereits Krafttrainingsgeräte bekannt, die ein konstantes Bremsmoment bei ei­ ner eingestellten Anpreßkraft infolge Reibung erzeugen. US 5 282 776 beschreibt ein solches Krafttrainingsgerät, bei dem auf einem Körper Reibflächen zentrisch um eine Achse angebracht sind. Die Reibflächen reiben auf einem Gegenkörper, die Anpreß­ kraft wird dabei durch eine Stellschraube aufgebracht und variiert.

Focusiert man sich auf die Steckgewichtsgeräte, so stellt man fest, daß der apparative Widerstand (bedingt durch die Gewichtsplatten) lediglich eine konzentrische bzw. ex­ zentrische Muskelkontraktionsform bewirkt. Wird das Gewicht angehoben, so muß der Muskel eine konzentrische Arbeitsweise verrichten (dynamisch-positive Arbeit). Beim Absinken des Gewichtes verrichtet der Muskel eine exzentrische Arbeitsweise. Das heißt, derselbe Muskel muß das Gewicht wieder abbremsen (dynamisch-negative Ar­ beit). Der Gegenspieler dieses Muskels bleibt bei diesem Prinzip ohne verrichtete Ar­ beit. Bei dem Prinzip der Steckgewichtsgeräte ist es also nicht möglich, konzen­ trisch/konzentrisch zu trainieren.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Lösung aufzuzeigen, die es ermöglicht, eine konzentrisch/konzentrische Muskelarbeitsweise zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit dieser Erfindung wird erreicht, daß an einem Gelenk ein Muskel bzw. eine Muskel­ gruppe wie auch sein Gegenspieler bzw. ihre Gegenspieler bei der Gegenbewegung konzentrisch arbeiten. Durch die Koppelung dieser Erfindung z. B. mit Steckgewichtsge­ räten, die ein Funktionsprinzip haben, das dem jetzigen Stand der Technik entspricht, läßt sich weiterhin konzentrisch/exzentrisch und durch die Einbeziehung der Erfindung konzentrisch/konzentrisch trainieren (Systemkoppelung).

Die wichtigen Aspekte dieser Erfindung liegen in der Form der Reibflächen und in der exzentrischen oder zentrischen Drehmöglichkeit der Reibflächen bezüglich der Achse, wodurch ein Bremsmoment erzeugt wird, das sich mit dem Verdrehungswinkel ändert. Damit soll die "ideale" Kraftverlaufskurve des Muskels berücksichtigt werden. Ein ähnli­ cher Effekt ist bereits durch die "Nautilus-Geräte" bekannt.

Seit der Verbreitung der "Nautilus-Geräte" setzen heute zahlreiche Gerätehersteller zur Kraftübertragung sogenannte Exzenter ein. Es handelt sich hierbei um elliptisch ge­ formte Umlenkscheiben für ein Seilzugsystem, die den apparativen Widerstand in jeder Winkelposition der "idealen" Kraftverlaufskurve annähern sollen. Mit dieser Konstruktion ist somit gegenüber den Muskeltrainingsgeräten mit linearem Kraftverlauf eine höhere Ausschöpfung des Kraftpotentials bei gleichzeitiger Eliminie­ rung von Überlastungsmomenten auch bei konzentrisch/konzentrischer Muskelarbeits­ weise gegeben.

Desweiteren läßt sich mit der Erfindung im Vergleich zu computergesteuerten bzw. elektronischen Trainingsgeräten unter fachlicher Anleitung weitgehend selbständig ein effizientes Training im Sinne der Leistungsoptimierung bei relativ geringer Verlet­ zungsgefahr durchführen.

• - Die Feindosierung des apparativen Widerstandes (Anpreßdruck) läßt feinere Ab­ stufungen im unteren, mittleren und oberen Gewichtsbereich zu.
• - Die Kosten liegen ein vielfaches unter denen der computergesteuerten bzw. pneu­ matisch (hydraulisch) betriebenen Muskeltrainingsgeräte.
• - Bei der Systemvariante mit drei Körpern sind für jede Bewegungsrichtung differen­ zierte Bremsmomente einstellbar, womit die unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten des Argonisten und Antagonisten berücksichtigt werden.
• - Der Patient kann jederzeit, d. h. bei jedem Winkelgrad die Übung beenden; es muß keine Gewichtskraft aktiv oder passiv abgebremst werden. Als Beispiel sei genannt, daß der Patient sich bei Steckgewichtsgeräten in der konzentrischen Arbeitsphase befindet und durch plötzlichen Schmerz die Übung beenden möchte (muß). Er hat so zunächst noch die ganze exzentrische Kraft, die auf das Gelenk wirkt, zu bremsen.
• - Die Reibkonstruktion als Einzelgerät eingesetzt erfordert keine Steckgewichtsplat­ ten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Die Reibkonstruktion mit drei Körpern 5, 7, 8 mit vier Reibflächen.

Fig. 2 Die Ansicht von zwei Körpern 5, 7 mit Reibflächen, die um die Achse 1 gegen­ einander verdreht sind.

Fig. 3 Schemahafte Darstellung für ein Beispiel, wie die Reibkonstruktion 21 in einem Trainingsgerät 22 eingebunden sein kann.

Die eigentliche Reibkonstruktion besteht in diesem Fall aus drei Körpern 5, 7, 8 bzw. vier Reibflächen, die sich auf einer Achse 1 aufreihen. In der Fortführung der Achse 1 ist die Vorrichtung 2 zur Krafteinleitung durch den Trainierenden befestigt. Die Kraft­ einleitung kann z. B. über Extremitäten, Extremitätenteilgelenke, den Rumpf u. s. w. er­ folgen. Desweiteren kann die Achse 1 über ein Koppelungsteil 3 mit weiteren Teilen eines Therapie- bzw. Fitnessgerätes 22 gekoppelt sein, die auch ein apparativ wider­ stehendes Moment erzeugen, aber zu anderen Trainingszwecken dienen. So z. B. Ge­ wichtsplatten, die über ein Seilzugsystem eine konzentrisch/exzentrische Trainings­ möglichkeit bieten und über die Achse 1 mit der Vorrichtung 2 zur Krafteinleitung durch den Trainierenden gekoppelt werden können. Die Reibkonstruktion 21 wird dann außer Kraft gesetzt z. B. durch Auseinander schieben der Reibflächen. Die Achse 1 muß in jedem Fall drehbar gelagert aber durch ein Lager 4 gegen Verschieben gesichert sein. Eine weitere Variante der Reibkonstruktion, die aus drei Körpern 5, 7, 8 besteht, wäre eine Reibkonstruktion aus nur zwei Körpern bzw. zwei Reibflächen, deren Ausführung hier aber nicht weiter fortgeführt werden soll, da deren Aufbau dem Prinzip des Auf­ baus der Reibkonstruktion aus drei Körpern 5, 7, 8 entspricht.

Der mittlere Körper 5 ist starr mit der Achse 1 verbunden. Als Werkstoff für die Reibung können die Reibflächen mit einem Belag oder einer Beschichtung versehen sein, oder aber der Werkstoff, aus dem die Körper 5, 7, 8 bestehen, dient der Reibung. Die Achse 1 wird drehbar durch die beiden äußeren Körper 7, 8 hindurchgeführt. Die äußeren Körper 7, 8 sind wenigstens in eine Richtung gegen Verdrehen gesichert z. B. durch eine Vorrichtung 9, 9a, die am übrigen Fitness- oder Trainingsgerät befestigt ist. Einer der äußeren Körper 7, 8 kann z. B. ein Zahngesperre 10 oder eine dem entsprechende Vorrichtung haben, das die Verdrehung des Körpers in nur eine Richtung verhindert. Die Reibfläche eines Körpers 8 kann die Form einer Scheibe haben, die eine zentri­ sche Drehmöglichkeit bezüglich der Achse 1 aufweist. Dadurch wird das veränderbare Moment, das sich in der einen Drehrichtung aus der Reibung der Reibflächen der Kör­ per 5, 7 ergibt, um einen konstanten Momentenbetrag durch die Reibung der Reibflä­ chen der Körper 5, 8 in der entgegengesetzten Drehrichtung erhöht. Diese Ausbildung der Reibkonstruktion, die in beide Drehrichtungen unterschiedliche Momentenwerte erzeugen kann, ermöglicht eine bessere Anpassung an das Kraftpotential eines Mus­ kels, denn das Kraftpotential eines Muskels und das seines Gegenspielers unterschei­ den sich in vielen Fällen. Die Reibkonstruktion kann gegebenenfalls einen Winkelbe­ grenzer aufweisen, der eine Begrenzung der Bewegungsmöglichkeit des mittleren Kör­ pers 5 um die Achse 1 erlaubt. Der Winkelbegrenzer kann derart ausgebildet sein, daß auf dem äußeren Körper 7 ein Stahlring 11 mit einer Winkelskala befestigt ist, auf dem ein Puffer 12 bei der gewünschten Winkelzahl befestigt werden kann. Ein Gegenstück 13, das fest auf dem drehbaren Körper 5 befestigt ist, stößt bei der gewünschten Win­ kelzahl auf den Puffer 12 und bringt dadurch den drehbaren Körper 5 zum Stehen. Die Flächennormalkraft kann auf einen Körper 7, 8 auf verschiedene Weise aufge­ bracht werden, so z. B. pneumatisch bzw. hydraulisch, elektrisch oder mechanisch. Eine Möglichkeit kann sein, die Anpreßkraft auf jeden der äußeren Körper 7, 8 mittels Federn bzw. Tellerfedern aufzubringen. Die Tellerfeder 14, 14a befindet sich dabei zwischen dem Körper 7, 8 und einem weiteren Anpreßkörper 6, 6a, durch den die Ach­ se 1 drehbar hindurchgeführt wird. Bei den Vorrichtungen zum Schutz gegen Verdre­ hen der Körper ist zu beachten, daß sich die Körper 7, 8 und die Anpreßkörper 6, 6a parallel zur Achse verschieben lassen. Diese Vorrichtung kann deshalb auf einer Schiene 15 gelagert sein, die am Trainingsgerät befestigt wird. Der Anpreßkörper 6, 6a kann mittels einer Stellschraube 16, 16a belastet werden. Die Stellschraube 16a kann auf einem Gewinderohr 17 verlaufen, das zu einer gewissen Länge die Achse 1 umgibt, oder die Stellschraube 16 verläuft auf einem Gewinderohr 18, das außerhalb der Ach­ se 1 verläuft, um den Körper 7 zentrischer zu belasten. Das Gewinderohr 17, 18 muß extern am Gerät durch ein Lager 19, 19a gegen Verdrehen und Verschieben gesichert sein. Sowohl der mittlere Körper 5 als auch die anderen Körper der Konstruktion kön­ nen einen sogenannten Momentenausgleicher 20 haben, der die Form eines Gegen­ gewichtes haben kann und verhindert, daß ein Drehmoment um die Achse 1 infolge des Eigengewichts des entsprechenden Körpers entsteht. Es kann desweiteren eine Vorrichtung vorhanden sein, die verhindert, daß sich die Körper gleich- oder gegensin­ nig verdrehen. Diese Ausführung kann zweckmäßig sein, wenn die Reibkonstruktion mit anderen Therapie- und Fitnessgeräten gekoppelt wird.

Claims (10)

1. Reibkonstruktion zur Erzeugung eines veränderbaren Bremsmomentes bei Thera­ pie- und Fitnessgeräten mit Körpern, die ebene Reibflächen aufweisen und die um eine definierte Achse bewegbar sind und die mit unterschiedlicher Anpreßkraft be­ aufschlagbar sind, wobei mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Körper mit Reibflächen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen der Körper (5, 7, 8) eine solche Form und eine solche exzentrische oder zentrische Drehmöglichkeit bezüglich der Achse (1) aufweisen, daß sich bei der gegenseiti­ gen Verdrehung die Überlappung der Reibflächen so ändert, daß sich der Abstand der zusammengefaßten Reibkraft von der Achse (1) ändert.

2. Reibkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen als exzentrisch gelagerte Scheiben ausgebildet sind.

3. Reibkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, daß die Achse (1) mit mindestens einem Körper (5) mit Reibfläche starr verbunden ist. Der andere/­ die anderen Körper (7, 8) ist/sind um die Achse (1) drehbar gelagert und wenig­ stens in eine Drehrichtung gegen Verdrehen gesichert.

4. Reibkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Reibfläche dem des Körpers entspricht oder ein aufgebrachter Belag oder eine Beschichtung ist.

5. Reibkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (20) vorhanden ist, durch die das Eigengewicht einzelner Teile momentenneutral um die Achse (1) ausbalanciert ist.

6. Reibkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (11, 12, 13) eine Begrenzung des Verdrehungswinkels erlaubt.

7. Reibkonstruktion nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein System aus drei Körpern (5, 7, 8) mit Reibflächen. Der mittlere Körper (5) ist starr mit der Achse (1) verbunden. Die beiden äußeren Körper (7, 8) des Systems sind bezogen auf diese Achse (1) drehbar gelagert aber gegen Verdrehen gesichert.

8. Reibkonstruktion nach Anspruch 7, wobei von den äußeren Körpern (7, 8) einer in beide Drehrichtungen gegen Verdrehen gesichert ist, und der andere dage­ gen nur in eine Drehrichtung gegen Verdrehen gesichert ist.

9. Reibkonstruktion nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein System aus drei Körpern (5, 7, 8) mit Reibflächen. Die äußeren Körper (7, 8) sind Starr mit der Ach­ se (1) verbunden. Der mittlere Körper (5) des Systems ist bezogen auf die Achse (1) drehbar gelagert aber gegen Verdrehen gesichert.

10. Reibkonstruktion nach Anspruch 9, wobei einer der beiden äußeren Körper (7, 8) in beide Drehrichtungen starr mit der Achse (1) verbunden ist, und der andere äu­ ßere Körper nur in eine Drehrichtung sich starr mit der Achse verbindet.