DE60031164T2

DE60031164T2 - Elektronische hantel

Info

Publication number: DE60031164T2
Application number: DE60031164T
Authority: DE
Inventors: Simon S. Chi Oakland Yu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: EP1242149A1; DE60031164D1; CN1382066A; WO2001010506A8; EP1242149A4; WO2001010506A1; AU2993100A; EP1242149B1; US6039679A; ATE341371T1; CN1211136C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ausrüstung für Körperübungen und insbesondere auf ein batteriebetriebenes Gerät, das durch einen internen, exzentrischen Gleichstrommotor mit variabler Geschwindigkeit, dessen Steuerung durch handbetätigte, auf Druck reagierende Schalter erfolgt, in starke Vibrationen versetzt wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Der moderne Trend in Richtung körperlicher Fitness und persönlicher Gewichtsreduzierung hat zur Entwicklung einer großen Anzahl verschiedenster Typen von Übungsmaschinen geführt, von denen die meisten große und unpraktische Rudermaschinen, stationäre Fahrräder oder Geräte zum Heben von Gewichten sind. Anstatt sich diese Maschinen zu kaufen und dafür am Wohnort Platz zu schaffen, haben sich viele Menschen, die Körperübungen ausführen möchten, in Fitnessclubs angemeldet, die über solche Maschinen verfügen und auch mit weniger aggressiven Typen von Ausrüstung ausgestattet sind, beispielsweise mit Hanteln, Handgriffen und Zugseilen mit geringerem Widerstand. Die Übungen dort werden überwacht und sind von großem Nutzen, doch leider sind vielen Menschen diese Fitnessclubs zu ungelegen oder zu teuer und sie melden sich wieder ab, oft mit dem Vorhaben, ihre Übungen irgendwie zuhause fortzusetzen. Eine elektronische Hantel ist in US-A-5807215 offenbart.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine leichtgewichtige elektronische Hantel gemäß Anspruch 1, die klein genug ist, um in einer Schreibtischschublade verstaut zu werden und doch ein gutes körperliches Training ermöglicht. Sie ist batteriebetrieben und daher schnurlos und frei von elektrischen Gefahren. Sie hat einen zylindrisch geformtes Gehäuse, das mit einem „U"-förmigen Handgriff verbunden ist, der Batterien und durch Druck aktivierte Schalter zur Steuerung eines Gleichstrommotors enthält, welcher exzentrisch innerhalb des Gehäuses montiert ist. Der rotierende Motor erzeugt starke Vibrationen, die in Abhängigkeit davon, wie und wo die Hantel gehalten wird, die Durchblutung und den Muskelaufbau unterstützen.
Die Hantel enthält zusätzlich zu dem eigentlichen Generator zur Erzeugung starker Vibrationen einige weitere Merkmale. Die Hantel verfügt über externe Elektroden und eine interne Schaltung zur Erzeugung sehr schmaler Impulse zum Muskel-Toning. Für Menschen, denen bloße Körperübungen eventuell zu langweilig sind, verfügt die Hantel über ein integriertes Audiosystem, das über einen im Hauptkörper montierten kleinen Lautsprecher Musik oder Übungsanweisungen ausgeben kann. Es gibt eine Reihe kleiner Leuchtdioden, die blinken können, um die Aufmerksamkeit auf sich zu lenken. Außerdem ist für Menschen, die die Anwendung von Magnetfeldern zur Verbesserung der Durchblutung befürworten, ein Ende des kreisförmigen Gehäuses konkav ausgeführt und mit einem eingebetteten Permanentmagneten umgeben.
Die Hantel ermöglicht es ihrem Benutzer, zuhause Körperübungen durchzuführen, ohne dabei von Unbeteiligten beobachtet und gestört zu werden. Die Hantel ist relativ leichtgewichtig und kann einfach mit einer der beiden Hände, mit beiden Händen oder – nach Umschalten eines Funktionsschalters am Grundkörper – in einem freihändigen Modus verwendet werden, in dem die durch Druck aktivierten Schalter an den Handgriffen nicht benötigt werden. Zwei Paare von diesen auf Druck reagierenden Schaltern befinden sich an den Handgriffen: ein Paar auf der Innenseite von jedem Handgriff zur Stimulation der Hand- und Armmuskeln, wenn der Benutzer versucht, die Hantel auseinanderzuziehen, und das andere Paar auf der Außenseite von jedem Handgriff zum Trainieren von Arm und Schulter, wenn der Benutzer versucht, die Hantel zusammenzudrücken. Im freihändigen Modus werden die durch Druck aktivierten Schalter überbrückt, und die Hantel kann als ein Vibrator für Nacken und Rücken oder zur Stimulation von Beinen und Füßen verwendet werden.
Benutzer herkömmlicher Hanteln stützen sich für das Muskeltraining auf das Gewicht der Hanteln. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Hantelgewicht relativ gering und kein entscheidender Faktor, da die Stimulation und das Toning der Körpermuskeln auf der Vibration beruht, die durch eine variable Zentrifugalkraft eines exzentrisch montierten Gleichstrommotors erzeugt wird, der im Inneren des Gehäuses der Hantel untergebracht ist.
Nach Newtons zweitem Gesetz der Mechanik entspricht der numerische Wert der Kraft eines Objekts bei geradliniger Bewegung der Masse des Objekts multipliziert mit seiner Beschleunigung: F = MA. Wenn das Objekt eine Rotationsbewegung ausführt, wandelt sich diese Gleichung zu F = MV²/r, wobei V die Rotationsgeschwindigkeit und r der Radius der Rotation ist. Bei der erfindungsgemäßen Hantel ist der Gleichstrommotor gegenüber dem Zentrum versetzt montiert, so dass er um eine zentrale Achse kreist. Der Motor hat eine feste Masse und weist einen festen Radius von der zentralen Achse auf. Deshalb ist die durch den kreisenden Motor erzeugte Zentrifugalkraft direkt proportional zum Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit. Und die Rotationsgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors kann verändert werden, indem die Gleichspannung verändert wird, so dass ein Spannungsanstieg, der zu einer Verdopplung der Rotationsgeschwindigkeit führt, eine Vervierfachung der Kraft bewirkt. Die durch Druck aktivierten Schalter auf dem Handgriff der Hantel verändern die Gleichspannung des Motors; je kräftiger der Benutzer einen durch Druck aktivierten Schalter drückt, desto höher ist die Spannung, mit der der Motor betrieben wird. Es wird vorgeschlagen, dass bei einer richtigen Ausrichtung der Hantel und durch sorgfältige Einstellung der Motorgeschwindigkeit die Vibrationen der Hantel so gestaltet werden könnten, dass sie mit einer natürlichen Resonanzfrequenz des Körperfetts übereinstimmen, und so zur Gewichtsreduzierung beitragen.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen zur Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben folgende Bedeutung:
1 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung der Hantel gemäß der Erfindung;
2 stellt die Hantel um einen rechten Winkel an ihrem „U"-förmigen Handgriff geschwenkt dar;
3 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Inneren der Hantel; und
4 ist ein Schaltplan der elektrischen Schaltung der Hantel.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die elektronische Hantel ist in 1 dargestellt und besteht aus einem kurzen, rohrförmigen Plastikhauptkörper 10, der an einem „U"-förmigen Handgriff 12 befestigt ist. Ein Ende des Hauptkörpers 10 hat einen flachen Rand 14, der an eine konkave Oberfläche 16 angrenzt, die mehrere kleine Lampen 18 aufweist, die blinken, wenn sie mit Energie versorgt werden. Das gegenüberliegende Ende 20 des Grundkörpers 10 ist eine flache Oberfläche, von der die Bedienelemente verschiedener Funktionsschalter (nicht dargestellt) ausgehen. Ein metallisches Feld 22, das elektrisch gegenüber dem Grundkörper 10 isoliert ist, ist an der gekrümmten Oberfläche des rohrförmigen Grundkörpers befestigt und dient als eine Elektrode für eine Impulsstimulationsschaltung.
Der „U"-förmige Handgriff 12 ist durch zwei Schrauben am Grundkörper 10 befestigt, die sich am Durchmesser des rohrförmigen Grundkörpers und nahe zu seinem Ende 20 befinden und ausgehend vom Grundkörper durch einen verstärkten dünnen Abschnitt 24 des Handgriffs 12 zu verlaufen, wo sie mit zwei radähnlichen Muttern 26 am Handgriff gesichert sind. Bei Bedarf können diese Muttern 26 gelöst und der Grundkörper so gedreht werden, dass sich die durch den rohrförmigen Grundkörper verlaufende zentrale Achse im rechten Winkel zur Ebene des Handgriffs 12 befindet, wie in 2 dargestellt ist.
Der „U"-förmige Handgriff 12 ist ebenfalls rohrförmig und enthält Batterien zur Stromversorgung des Gleichstrommotors, der für die intensiven Vibrationen der Hantel sorgt. An der Außenseite von jedem Handgriff 12, und zwar an Positionen, an denen die Hände den Handgriff ergreifen, befinden sich durch Druck aktivierte Schalter 28, die die Rotationsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors steuern. Wie im Weiteren noch im Detail beschrieben wird, bedeutet keine Druckausübung auf diese Schalter, dass keine Spannung an den Motor geliefert wird, und die Spannung wächst mit zunehmendem Druck. Es gibt jedoch einen Funktionsschalter 68, der – wenn er geschlossen ist – die volle Spannung an den Motor liefert, ohne dass dazu Druck auf einen der durch Druck aktivierten Schalter ausgeübt werden muss.
3 ist eine Schnittdarstellung der Hantel und zeigt die Details im Inneren des rohrförmigen Hauptkörpers 10 sowie des „U"-förmigen Handgriffs 12. Die Hantel erzeugt starke Vibrationen durch die Rotation des Gleichstrommotors 30, der mit dem Getriebe 32 untersetzt wird, das an ein großes Zahnrad 34 gekoppelt ist, welches am stationären zentralen Schaft 36 befestigt ist. Das Getriebe 32 und seine rotierenden Schäfte sind in Lagern im Gehäuse 38 gelagert, das den Motor 30 umgibt und das um den stationären zentralen Schaft 36 rotiert. Damit bewirkt die Rotation des Motors 30, dass das Gehäuse 38, in dem sich der Motor 30 und das Getriebe 32 befinden, um den stationären Schaft 36 rotiert, was für eine starke exzentrische Vibration des Grundkörpers 10 sorgt.
Der stationäre Schaft 36 ist im Grundkörper 10 starr zwischen den Zentren des konkaven Endes 16 und des gegenüberliegenden flachen Endes 20 befestigt und weist Lager 40 auf, die die Rotation des Gehäuses 38 ermöglichen. Die Strom versorgung des Motors 30 erfolgt über Bürsten, die an den Schaft 36 und an einen konzentrisch am Schaft 36 befestigten, elektrisch isolierten Ring 42 gekoppelt sind, die jeweils mit einer Spannungsquelle verbunden sind.
Das rotierende Gehäuse 38 im Grundkörper 10 sollte mit einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 800 Umdrehungen pro Minute um den Schaft 36 rotieren. Bei dieser Geschwindigkeit kann ein erheblicher Geräuschpegel durch den Motor und das Getriebe entstehen. Deshalb sollte das Gehäuse 38 mit einer umgebenden Abdeckung zur Geräuschisolierung 44 isoliert sein, die Kontakt mit den Innenwänden des Hauptkörpers 10 haben kann, aber ausreichend Platz für die Rotation des Gehäuses 38 bieten muss. Die Zwischenräume zwischen der Isolierung 44 und der oberen Innenwand des Grundkörpers 10 werden für die Installation von mehreren farbigen Diodenlampen 18 genutzt, die blinken, wenn sie mit Energie versorgt werden, sowie für die Installation eines Rings von Permanentmagneten oder eines massiven Magnetrings 46 unterhalb des flachen Rands 14 rund um das konkave Ende 16. Wie bereits erwähnt wurde, haben die farbigen Lampen 18 keine Funktion, sondern erhöhen lediglich die Attraktivität der Hantel, und der Magnetring 46 ist für Menschen vorgesehen, die die Anwendung von Magnetfeldern zur Verbesserung der Durchblutung von Körperteilen befürworten, die in das konkave Ende 16 der Hantel passen.
In dem Zwischenraum zwischen der Isolierung 44 und dem inneren unteren Ende 20 des Grundkörpers 10 ist ausreichend Platz für die verschiedenen Funktionsschalter, für Schaltungen wie den Impulsgenerator für die Elektrode 22 und für einen Lautsprecher und die zugehörige Audioschaltung.
Der „U"-förmige Handgriff 12 ist rohrförmig, und der Innenraum jeder Seite des Handgriffs bietet Platz für aufladbare Batterien 48, die bei Bedarf aufgeladen werden können, indem der Stecker eines Batterieladegeräts in die Buchse 50 am Handgriff eingesteckt wird. Die Außenfläche an jeder Seite des Handgriffs 12 ist an den Stellen, wo die Hände des Benutzers die Hantel ergreifen, mit auf Druck reagierenden Schaltern 28 versehen. Die beiden Schalter sind identisch, jeder besteht aus einer elektrisch leitfähigen Außenschicht 52, einer elektrisch leitfähigen Innenschicht 54 und einer weichen, schwammartigen, hochohmigen Zwischenschicht 56, deren Widerstand durch Kompression sinkt. Die Außenschicht 52 ist vorzugsweise mit einem Plastiküberzug umwickelt, um das Eindringen von salzhaltigem Schweiß in die hochohmige Zwischenschicht 56 zu verhindern. Somit entspricht, wenn es keine Kompression zwischen den Schichten 52 und 54 gibt, der Widerstand zwischen den Schichten dem eines offenen Stromkreises. Wenn die Kompression erhöht wird, wird der Widerstand zwischen den Schichten schnell in Richtung null verringert, wodurch die an den Motor 30 angelegte Spannung steigt und dessen Rotationsgeschwindigkeit erhöht wird. Sechs Stromleiter 58 verlaufen vom Handgriff 12 zu einem Anschluss 60, um die positiven und negativen Batterieklemmen sowie die inneren und äußeren leitfähigen Schichten von jedem der beiden auf Druck reagierenden Schalter 28 mit dem Hauptkörper 10 zu verbinden.
4 ist ein Schaltplan der Hantel. Ein mehradriges Kabel vom Hauptkörper 10 ist mit dem Kabelanschluss 62 verbunden, der mit dem Anschluss 60 von den Batterien 48 und den beiden auf Druck reagierenden Schaltern 28 im „U"-förmigen Handgriff 12 gekoppelt ist. Das Kabel führt zu verschiedenen Funktionsschaltern, die im flachen Ende 20 des Grundkörpers montiert sind. Zu diesen Schaltern gehört ein zweipoliger Umschalter 64, der die Motorspannung umkehrt und somit dessen Richtung, ein zweipoliger Umschalter 66, der verwendet werden kann, um den Betrieb der beiden auf Druck reagierenden Schalter für die einhändige Bedienung von seriell zu parallel bzw. für die zweihändige Bedienung zurück zu seriell umzuschalten, ein einpoliger Ausschalter 68 zum Kurzschließen beider auf Druck reagierenden Schalter für einen freihändigen Bedienungsmodus und drei einpolige Schalter 70, 72, 74 zum jeweiligen Ein- und Ausschalten der blinkenden Lichter 18, ein Impulsgenerator 73 für das leitende Feld 22 und eine Audioschaltung 75 für einen Lautsprecher 76, die alle auf dem flachen Ende 20 des Grundkörpers 10 montiert sein können.
Der außeraxial befindliche Motor der Hantel erzeugt starke zentrifugale Vibrationen, die über den Grundkörper der Hantel und deren Handgriff auf die Gelenke und Muskeln übertragen werden. Durch bloßes Ergreifen der Handgriffe wird ein Vibrieren der Handmuskeln und der Gelenke der Hand bewirkt. Die Verwendung beider Hände zum Auseinanderziehen und Zusammendrücken der Handgriffe überträgt die Vibrationen auf die Arme und den Brustkorb, und durch die Betätigung des zweipoligen Schalters 66 wird entweder ein einhändiger Modus oder ein beidhändiger Modus zur Bedienung des Geräts ermöglicht, wodurch die Unterarmmuskeln gestärkt werden. Wenn der Benutzer nicht in der Lage ist, ausreichend Druck auszuüben, um einen der durch Druck aktivierten Schalter zu betätigen, kann der Schalter 68 in die Position „Freihändig" gebracht werden, um beide durch Druck aktivierte Schalter kurzzuschließen.
Durch Schließen des Schalters 72 wird der Impulsgenerator 73 mit Energie versorgt, so dass er eine Kette von Impulsen mit 60 Volt und 200 Mikrosekunden Dauer für ungefähr 55 Zyklen pro Sekunde auf das leitfähige metallische Feld 22 überträgt. Es handelt sich dabei um eine ungefährliche Spannung, die jedoch Impulse zur leichten Muskelkontraktion erzeugen, wenn die Person auf einer leitfähigen Matte mit Erdschluss steht. Und durch das Schließen des Schalters 74 wird die Audioschaltung aktiviert, die über den Lautsprecher 76 zuvor aufgezeichnete Übungsmusik wiedergibt.

Claims

Eine elektronische Übungshantel, umfassend: einen rohrförmigen Hauptkörper mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das besagte erste Ende eine konkave Oberfläche aufweist, das besagte zweite Ende eine im Wesentlichen flache Oberfläche und einen Gleichstrommotor in besagtem Hauptkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte flache Oberfläche eine Mehrzahl von Funktionsschaltern trägt, und dadurch, dass sie des Weiteren umfasst: einen Hauptschaft, der auf der Achse des besagten rohrförmigen Hauptkörpers positioniert ist, wobei besagter Hauptschaft zwischen dem besagten ersten Ende und dem besagten zweiten Ende befestigt ist; wobei der besagte Motor mit Abstand zum und drehbar rund um den besagte Hauptschaft angeordnet ist, und wobei die Drehung des besagten Motors um den besagten Schaft starke Vibrationen der besagten Hantel erzeugt; einen Handgriff mit einer „U"-Form, der rohrförmig ist, um darin Batterien für den besagten Gleichstrommotor unterzubringen, wobei das Ende jedes „U"-Schenkels schwenkbar über dem besagten Hauptkörper befestigt ist; sowie Motordrehgeschwindigkeitssteuerungseinrichtungen an jedem Schenkel des besagten „U" des besagten Handgriffs, wobei die besagten Geschwindigkeitssteuereinrichtungen zwischen die besagten Batterien und den besagten Motor gekoppelt sind und durch die Kompression der besagten Handgriffe aktiviert werden.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 1, wobei der besagte Gleichstrommotor und der besagte Hauptschaft Getriebe zur Reduzierung der Drehgeschwindigkeit des besagten Motors um den besagten Schaft aufweisen.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 2, wobei der besagte Gleichstrommotor seine Spannung über eine erste Bürste erhält, die an einem isolierten, elektrisch leitfähigen Ring auf besagtem Schaft entlang wischt, um die Spannung einer Polarität zu erhalten, und über eine zweite Bürste, die an besagtem Schaft Welle entlang wischt, um die Spannung einer zweiten Polarität zu erhalten.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 3, des Weiteren umfassend ein Gehäuse für besagten Motor und besagtes Getriebe, wobei das Gehäuse drehbar mit besagtem Motor und besagtem Getriebe um den besagten Schaft ist.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 4, des Weiteren umfassend eine Abdeckung zur Geräuschisolierung innerhalb des besagten Hauptkörpers, wobei besagte Abdeckung von der Drehung des besagten Gehäuses getrennt ist.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 1, wobei die besagte Motorgeschwindigkeitssteuereinrichtungen an jedem Schenkel jedes „U" des besagten Handgriffs ein elektrisches Widerstandselement ist, das von unendlichem Widerstand bei keiner Kompression bis zu null Widerstand bei maximaler Kompression variiert.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 6, wobei jede der besagten Motorgeschwindigkeitssteuereinrichtungen auf jedem Schenkel in den besagten Hauptkörper gekoppelt ist und normalerweise in Reihe geschaltet sind, um die Zweihandbedienung durch besagte Funktionsschalter zu ermöglichen.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 7, wobei ein Schalten eines ersten der besagten Funktionsschalter die Bedienung der besagten Motorgeschwindigkeitssteuereinrichtungen von Reihe zu Parallel umschaltet, um die Einhandbedienung zu ermöglichen.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 8, wobei ein Schließen eines zweiten der besagten Funktionsschalter beide der besagten Geschwindigkeitssteuereinrichtungen an beiden Schenkeln überbrückt, um eine Bedienung in einem freihändigen Modus zu ermöglichen.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Tonverstärker und einen Lautsprecher in besagtem Hauptkörper, wobei der besagte Verstärker durch das Schließen eines an besagte Batterien angeschlossenen Funktionsschalters mit Strom versorgt wird.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Impulsgenerator, der an eine isolierte, elektrisch leitfähige Elektrode auf der Außenfläche des besagten Hauptkörpers gekoppelt ist, wobei der besagte Impulsgenerator eine Folge sehr schmaler Impulse mit einer unschädlichen Spannung erzeugt, wenn ein mit den besagten Batterien verbundener Funktionsschalter geschlossen wird.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Mehrzahl von Leuchtdioden (Light Emitting Diodes – LEDs), die auf einer Oberfläche des besagten Hauptkörpers verstreut angeordnet sind und beim Schließen eines mit den besagten Batterien verbundenen Funktionsschalters Blitze farbigen Lichts emittieren.
Die elektronische Hantel gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Permanentmagnetring in besagtem Hauptkörper, der die konkave Oberfläche des besagten ersten Endes des besagten Hauptkörpers umgibt.