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Die Erfindung betrifft eine Kabelzugstation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik:
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Eine Kabelzugstation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 202013010116 U1 bekannt.
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Die
US 5,328,429 A offenbart einen Aufsatz für eine Kabelzugstation. Der Aufsatz umfasst einen Elektromotor und eine Steuereinheit mit Tastatur, ein Display und einen Mikrocontroller. Der Motor ist über ein Zugkabel mit einem ziehbaren Gewichtsstapel gekoppelt. Über die Tastatur lässt sich eine Zusatzkraft definieren mit der die zum Ziehen des Gewichtsstapels notwendige Zugkraft beim Training beaufschlagt wird. Mittels eines Sensors wird sichergestellt, dass der Kraftaufschlag nur beim Absenken des Gewichtsstapels erfolgt.
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Kabelzugstationen sind multifunktionale Fitnessmaschinen, die es es in vielen verschiedenen Formen und Variationen gibt. Manche Maschinen sind eher für das Krafttraining geeignet, andere eher für das Leistungstraining. Der Unterschied besteht darin, dass sich bei Maschinen für das Krafttraining nur die Anzahl der Wiederholungen und die Größe des Gewichtswiderstands problemlos messen lassen. Der bei der Übung ausgeführte Weg und die dabei verstrichene Zeit lassen sich aber nicht ohne weiteres messen und deshalb kann auch die Trainingsleistung nicht gemessen werden.
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Andere Arten von Fitnessmaschinen, umgangssprachlich auch als Cardiogeräte bezeichnet, können zwar die körperlich erbrachte Leistung messen, funktionieren aber nicht mit konstanten Gewichtswiderständen, sondern mit dynamischen Drehwiderständen. Mit diesen Maschinen kann zwar die Trainingsleistung gemessen werden, aber die zu überwindenden Widerstände sind nicht konstant und daher für ein Krafttraining eher ungeeignet.
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Ein grundlegendes Defizit stationärer Fitnessmaschinen ist auch, dass die Trainingsleistung in der Regel nicht energetisch weiterverwertet werden kann und der einzige Zweck des körperlichen Energieaufwands darin besteht, durch wiederholte Überwindung von Widerständen dem Körper einen Trainingsreiz zu verschaffen.
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Es gibt zwar Fitnessmaschinen, wie beispielsweise stationäre Fahrrad- oder Rudermaschinen, an denen Leistung gemessen und in elektrische Energie umgewandelt werden kann, jedoch sind daran die Trainingsmöglichkeiten auf wenige, festgelegte Bewegungsabläufe begrenzt und somit das Kosten/Nutzen-Verhältnis nicht optimal.
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Eine sinnvolle Entwicklung wäre demnach eine Fitnessmaschine, an der sowohl mit statischen, als auch mit dynamischen Wiederständen trainiert werden kann, die für den gesamten Bewegungsapparat, sowohl Isolationsübungen als auch Grundübungen ermöglicht und die zugleich die daran geleistete körperliche Arbeit effizient in elektrische Energie umwandeln kann und dadurch das Messen und Weiterverwerten der erbrachten Trainingsleistung ermöglicht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine stationäre Kabelzugmaschine anzugeben, die die zuvor genannten Nachteile überwindet und jedem an körperlicher Ertüchtigung interessierten Menschen die Möglichkeit bietet, an einer Maschine gesund und abwechslungsreich körperliche Leistung erbringen zu können und diese wahlweise in Form von elektrischer Energie messen, auswerten und weiterverwerten zu können.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung liegt in einer Fitnessmaschine in Form einer Kabelzugmaschine, die sich aus einer Seilzugstation und einem Generatormodul mit umstellbarer Klemmrollenkupplung zusammensetzt und so beschaffen ist, dass daran sowohl mit statischen, als auch dynamischen Widerständen trainiert werden kann und dass die durch Muskelkraft auf vielerlei Weise erzeugbare mechanische Energie, direkt oder indirekt, in elektrische Energie umgewandelt werden kann und sich dadurch die erbrachte Trainingsleistung messen und weiterverwerten lässt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise wie diese erreicht werden, werden verständlicher im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine Fitnessmaschine in Form einer Kabelzugmaschine in einer ersten perspektivischen Ansicht,
- 2 die Kabelzugmaschine der 1 in einer zweiten perspektivischen Ansicht,
- 3 die Kabelzugmaschine der 1 mit einem daran angeschlossenen Fahrrad in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 die Kabelzugmaschine der 1 mit einer daran angeschlossenen Bank in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 einen Generator in der Kabelzugmaschine der 1 in einer perspektivischen Ansicht,
- 6 den Generator der 5 in einer teilweisen perspektivischen Explosionsansicht,
- 7 den Generator der 5 in einer Schnittansicht in einem ersten Funktionszustand,
- 8 den Generator der 5 in einer Schnittansicht in einem zweiten Funktionszustand,
- 9 den Generator der 5 in einer Schnittansicht in einem dritten Funktionszustand,
- 10 einen alternativen Generator in der Kabelzugmaschine der 1 in einer perspektivischen Ansicht,
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben. Die Figuren sind rein schematisch und geben vor allem nicht die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse wieder.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine Fitnessmaschine in Form einer Kabelzugmaschine, auch Seilzugstation genannt, mit folgendem Aufbau zeigt:
- Das Grundgerüst der Seilzugstation besteht aus einer geschweißten Fußkonstruktion (1), woran zwei vordere Stützen (2) und zwei hintere Gewichtführungsstangen (3) vertikal montiert werden, an die wiederum eine geschweißte Kopfkonstruktion (4) befestigt wird.
- Zwischen vorderer Fuß- und hinterer Kopfkonstruktion wird eine schräg angeordnete Stütze (5) montiert, die das Gerüst aussteift.
- Je zwei horizontal ausziehbare Kragarme (6) ragen aus der Fuß- und Kopfkonstruktion heraus und können mittels Steck-oder Schraubverbindungen in unterschiedlichen Auszugspositionen arretiert werden.
- Indem ein Seil- oder Kabelzug (7) über kugelgelagerte Seilrollen (8) umgelenkt wird, die an bestimmten Stellen der Gerüstkonstruktion angeordnet sind, kann ein Steckgewichteblock (9) entlang der beiden Gewichtsführungsstangen vertikal gehoben werden.
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Der Seilzug wird mithilfe der Umlenkrollen so umgelenkt, dass je ein Seilzugende am oberen Ende der beiden vertikalen Stützen mündet und von dort weiter über je eine schwenkbare, frei verstellbare Seilrolle (9) geführt wird.
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Die beiden schwenkbaren, frei verstellbaren Seilrollen (10) können auf ihrer jeweiligen Seite entlang der vertikalen Stütze und entlang der Kragarme in regelmäßigen Abständen mittels Stecksystemen befestigt werden.
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Die freien Längen der beiden Seilenden lassen sich mittels Umlenkung des Seilzugs über ein zusätzliches Umlenkrollenpaar (11), welches entlang der schrägen Mittelstütze mithilfe eines Stecksystems verstellt werden kann, einstellen.
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Eine Besonderheit dieser Seilzugstation ist, dass mithilfe der Kragarme, die ausziehbar aus der Kopf-bzw. Fuß-Konstruktion v-förmig herausragen, die bedienbaren Seilzugenden über die schwenkbaren Seilrollen, anders als bei herkömmlichen Seilzügen, nicht nur entlang der vertikalen Stützen, sondern auch seitlich entlang der Standfläche und über den Kopf des Trainierenden hinweg verstellt und umgelenkt werden können.
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Die vielseitige Verstellbarkeit der beiden bedienbaren Seilzugenden, die mit verschiedenen Griffstücken (12) versehen werden können, ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlicher Seilzugübungen, insbesondere auch Langhantelübungen wie Bankdrücken, Kreuzheben, Kniebeugen, Reiß- oder Stoßübungen direkt am Seilzug.
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Eine weitere Besonderheit der Seilzugstation ist, dass die beiden Kragarme der Kopfkonstruktion über zwei Gabellager (13) verfügen, in die eine Langhantel, oder auch andere Griff- oder Hängevorrichtungen geklemmt werden kann, wodurch verschiedene Reckübungen ermöglicht werden.
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Der Steckgewichteblock verfügt außerdem über ein Gestänge zur Aufnahme von zusätzlichen Gewichtsscheiben (14), womit die Gewichtsbelastung feinstufig mittels zusätzlicher Gewichtsscheiben reguliert und erweitert werden kann.
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Eine weitere Besonderheit dieser Seilzugstation sind die beiden schwenkbaren, verstellbaren Stützvorrichtungen (15), die bedarfsweise mit einem Stecksystem an die vertikalen vorderen Stützen angebracht werden können und als Hantelablage für Langhantelübungen, als Stützholmen für Übungen im Stütz oder im Hängen, oder auch als Aufstiegstritte dienen können.
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Dadurch, dass die Stützvorrichtungen schwenkbar sind, kann die Stützweite nach Bedarf angepasst werden.
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Die Fußkonstruktion mit den v-förmig ausziehbaren Kragarmen ermöglicht den Gebrauch von gewöhnlichen Flach-, Schräg-, und Klappbänken an der Seilzugstation.
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Idealerweise kommt eine verstellbare, zusammenklappbare Trainingsbank zum Einsatz, die bedarfsweise mittels Stecksystem mit der schrägen Mittelstütze verbunden werden kann und die bei nichtgebrauch platzsparend und sicher an der Kopfkonstruktion aufgehängt werden kann, ohne dass dies zu einer Einschränkung der Bedienbarkeit der Seilzugstation führen würde.
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Eine weitere Besonderheit dieser Seilzugstation ist, dass ein Generatormodul mit umstellbarer Klemmrollenkupplung sich so an das Gerüst der Seilzugstation montieren lässt, dass eine Kraftübertragung zwischen Seilzug und einem Generator hergestellt werden kann.
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Die Fitnessmaschine der 1 besteht weiter aus dem Generatormodul mit umstellbarer Klemmrollenkupplung:
- Das Generatormodul kann mithilfe seiner Ständerkonstruktion (16) an die Gerüstkonstruktion der Seilzugstation montiert werden.
- Indem der Seilzug der Seilzugstation mit einem Seil-Ketten-Segment (17) erweitert wird, kann der Seilzug über das Kettenblatt der umstellbaren Klemmrollenkupplung (18) umgelenkt werden, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung entsteht.
- Mithilfe der umstellbaren Klemmrollenkupplung kann eine Kraftübertragung zwischen Seilzug und Generatormodul so eingestellt werden, dass die im Seilzug wirkende Energie in ein Drehmoment umgewandelt und zum Antrieb des Rotors auf den Nabengenerator (19) (NG) übertragen wird.
- Durch den Antrieb des Rotors wird im Nabengenerator eine elektrische Spannung induziert und durch Anschluss eines Verbrauchers oder eines Energiespeichers, kann so die an der Seilzugstation körperlich geleistete Energie in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Im Folgenden werden Aufbau und Funktionsweise der umstellbaren Klemmrollenkupplung des Generatormoduls beschrieben (siehe 5 und 6)
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(Hinweis: Das Verbindungselement zwischen Kupplungsaußenring und Kettenrad ist nicht mit abgebildet, um die dahinterliegenden Teile sichtbar zu machen.)
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Beim Betätigen des Seilzugs wird über das Seil-Ketten-Segment (17) das Kettenrad (20) angetrieben, welches kugelgelagert auf der NG-Achse (21) sitzt.
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Auf der dem NG zugewandten Seite ist das Kettenrad koaxial mit dem Kupplungsaußenring (22) fest verbunden.
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Der Kupplungsaußenring wird also gemeinsam mit dem Kettenrad direkt über das Seil-Ketten-Segment des Seilzugs angetrieben.
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Der Kupplungsaußenring stülpt sich kontaktlos über den Klemmrollenträger (23), der fest mit dem NG-Rotor (24) des Generators verbunden ist und ebenfalls kugelgelagert auf der NG-Achse sitzt. Zwischen dem Klemmrollenträger und dem Kupplungsaußenring lagern die Klemmrollen (25).
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Durch Druckfedern (26), die auf dem Klemmrollenträger sitzen, werden die Klemmrollen an den Kupplungsaußenring gedrückt, wodurch die Klemmrollen bei einer Verdrehung des Kupplungsaußenrings von diesem mitgeführt werden, bis sie mit dem Klemmrollenträger zusammenstoßen und dort aufgrund geometrischer Zwänge entweder durchrutschen, oder den Kupplungsaußenring mit dem Klemmrollenträger verklemmen. Aufgrund der Geometrie des Klemmrollenträgers verklemmt die eine Hälfte der Klemmrollen bei einer uhrzeigersinnigen Verdrehrichtung und die andere Hälfte bei einer gegenuhrzeigersinnigen Verdrehrichtung. Weil die Kupplungsteile aber nicht in beiden Verdrehrichtungen miteinander verklemmen sollen, sondern stets ein Freilauf (Überholkupplung) zwischen Klemmrollenträger und Kupplungsaußenring bestehen soll, ist generatorseitig auf dem Klemmrollenträger noch ein Stellring (27) angeordnet.
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Dieser Stellring kann relativ zum Klemmrollenträger mithilfe einer Verstellführung so eingestellt werden dass entweder alle, oder zumindest eine Hälfte der Klemmrollen von ihren Verklemmpositionen abgehalten werden, sodass sich entweder eine vollständige Entkopplung, oder je Verdrehrichtung jeweils ein Freilauf (Überholkupplung) zwischen antreibendem Kupplungsaußenring und abtreibendem Klemmrollenträger einstellen lässt.
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Somit können je nach Stellung des Stellrings drei verschiedene Kupplungszustände eingestellt werden, die im Folgenden näher beschrieben werden:
- 1. Neutralstellung: Entkopplung und dadurch unabhängige Verdrehbarkeit zwischen Antrieb und Abtrieb (siehe 7)
- 2. Freilaufstellung 1: Überholkupplung in uhrzeigersinniger relativer Verdrehrichtung zwischen Antrieb und Abtrieb (siehe 9)
- 3. Freilaufstellung 2: Überholkupplung in gegenuhrzeigersinniger relativer Verdrehrichtung zwischen Antrieb und Abtrieb (siehe 8)
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(Hinweis: Das Verbindungselement zwischen Kupplungsaußenring und Kettenrad ist in 7 bis 9 nicht mit abgebildet, um die dahinterliegenden Teile sichtbar zu machen.)
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Funktionsweise der Neutralstellung (siehe 7):
- In der Neutralstellung des Stellrings (27) werden alle Klemmrollen (26) durch den Stellring von den Verklemmpositionen zurückgehalten und
- können deshalb zwischen Kupplungsaußenring und Klemmrollenträger nicht verklemmen.
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Es besteht in dieser Einstellung kein direkter Kontakt zwischen Klemmrollen und Kupplungsaußenring (22) und der Kupplungsaußenring ist vom Klemmrollenträger (23) somit entkoppelt.
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Das Kettenrad (20) mit dem Kupplungsaußenring kann vom Klemmrollenträger unabhängig verdreht werden.
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(Hinweis: In der Abbildung deuten die schwarzen Pfeile die ungekoppelten Verdrehrichtungen an. Die Klemmrollen werden durch den Stellring von den Verklemmpositonen zurückgehalten.)
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Funktionsweise der Freilaufstellung 1 (siehe 9):
- Wird der Stellring um einige Grad relativ zum Klemmrollenträger im Uhrzeigersinn drehverstellt, wird die eine Hälfte der Klemmrollen aktiviert und durch die Druckfedern in die Verklemmpositionen gedrückt,
- während die andere Hälfte weiterhin durch den Stellring zurückgehalten wird.
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Dadurch entsteht ein Freilauf (Überholkupplung), weil die aktiven Klemmrollen aufgrund von geometrischen Zwängen nun in der einen relativen Verdrehrichtung zwischen Klemmrollenträger und Kupplungsaußenring verklemmen, während sie in der Gegenrichtung durchrutschen.
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(Hinweis: Der schwarze Pfeil deutet die relative Verdrehrichtung des Kupplungsaußenrings bezüglich des Klemmrollenträgers an, in der die Klemmrollen nicht verklemmen.
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Bei einer relativen Verdrehung des Kupplungsaußenrings entgegen der Pfeilrichtung verklemmen die Klemmrollen den Klemmrollenträger mit dem Kupplungsaußenring hingegen.)
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Funktionsweise der Freilaufstellung 2 (siehe 8):
- Wird der Stellring nun wieder in die andere Richtung drehverstellt,
- werden erst wieder alle Klemmrollen von den Verklemmpositionen abgedrängt und in Neutralstellung gebracht und bei weiterer Drehverstellung wird die andere Hälfte der Klemmrollen aktiviert und
- durch die Druckfedern in Verklemmposition gebracht, was einen entsprechend gegensinnigen Freilauf (Überholkupplung) bewirkt.
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(Hinweis: Der schwarze Pfeil deutet die relative Verdrehrichtung des Kupplungsaußenrings bezüglich des Klemmrollenträgers an, in der die Klemmrollen nicht verklemmen.
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Bei einer relativen Verdrehung des Kupplungsaußenrings entgegen der Pfeilrichtung verklemmen die Klemmrollen den Klemmrollenträger mit dem Kupplungsaußenring hingegen.)
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Eine Relativverdrehung des Kettenrads bezüglich des NG-Rotors ist bei den beiden Freilaufstellungen also immer nur in jeweils eine relative Verdrehrichtung möglich, wenn nämlich die jeweiligen Klemmrollen durch den Kupplungsaußenring in Richtung ihrer Druckfedern zurückgetrieben werden, wo sie geometriebedingt nicht verklemmen können und deshalb durchrutschen.
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Somit sind Kettenrad und NG-Rotor in dieser Verdrehrichtung voneinander entkoppelt.
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In der jeweils entgegengesetzten relativen Verdrehrichtung verklemmen die Klemmrollen den Kupplungsaußenring mit dem Klemmrollenträger hingegen und stellen eine kraftschlüssige Kopplung zwischen Kettenrad und NG-Rotor her.
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Die Verbindung des Seilzugs mit dem Generatormodul mittels der zuvor beschriebenen umstellbaren Klemmrollenkupplung und ihrer drei Kupplungszustände ermöglicht dreierlei unterschiedliche Trainingsmodi an der Seilzugstation:
- 1. Training mit konstanten Gewichtswiderständen:
- Die umstellbare Klemmrollenkupplung ist in neutraler Stellung und somit ist das Kettenrad des Seilzugs vom Generatormodul entkoppelt und unabhängig verdrehbar.
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In diesem Trainingsmodus ist das Seilzugtraining mit konstanten Gewichtswiderständen so wie an herkömmlichen Seilzugmaschinen möglich.
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Das heißt, über ein Stecksystem wird am Steckgewichteblock ein Trainingsgewicht eingestellt und je nach Einstellung der schwenkbaren Umlenkrollen und der gewählten Trainingsgriffe an den Seilenden kann das Gewicht auf verschiedene Weise angehoben und wieder herabgelassen werden.
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In diesem Trainingsmodus findet keine Umwandlung der beim Training am Seilzug geleisteten Energie statt. Es werden Gewichte gehoben und wieder an ihren Ausgangspunkt zurückgesetzt, um der Muskulatur auf herkömmliche Weise Trainingsimpulse zu verschaffen.
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2. Training mit konstanten Gewichtswiderständen und indirekte Umwandlung der geleisteten körperlichen Energie in elektrische Energie:
- In diesem Trainingsmodus ist bei der umstellbaren Klemmrollenkupplung eine Überholkupplung so eingestellt, dass die Klemmrollen durchrutschen, während das voreingestellte Gewicht mithilfe des Seilzugs angehoben wird, und verklemmen, während das Gewicht wieder abgesenkt wird.
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Dadurch wird beim Absenken des Gewichts der Kraftschluss zwischen Seilzug und Generator hergestellt und die im Seilzug steckende Hubenergie wird auf den Generator übertragen und kann in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Der im Generator entstehende elektrodynamische Wiederstand sorgt dafür, dass das Steckgewicht gebremst zu seiner Ausgangsposition zurückgleitet.
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Die Absenkgeschwindigkeit des Gewichts und das Ausmaß der Energieumwandlung kann dabei elektronisch reguliert werden, beispielsweise durch Pulsweitenmodulation, oder eine andere elektronische Einrichtung, die den Stromfluss, oder den Drehwiderstand im Generator regulieren lässt.
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Anders als beim ersten Trainingsmodus wird das eingestellte Steckgewicht in diesem Trainingsmodus zwar auf herkömmliche Weise durch körperliche Kraftanstrengung gehoben, aber während der Absenkung wird das Gewicht vom Generatormodul gebremst und kann so mit geringerem Kraftaufwand kontrolliert in seine Ausgangsposition zurückgeführt werden.
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Weil so die betroffene Muskulatur bei der Rückführbewegung entlastet wird und sich erholen kann, steht mehr Kraft für die erneute Überwindung des Gewichtswiderstands beim Anheben des Gewichts zur Verfügung.
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Dadurch kann mit größeren Widerständen trainiert werden und ein größerer Trainingsreiz erzeugt werden.
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Gleichzeitig kann ein Großteil der Trainingsleistung umgewandelt werden und als elektrische Energie gemessen und weiterverwertet werden.
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3. Training mit elektrodynamischen Widerständen und direkte Umwandlung der geleisteten körperlichen Energie in elektrische Energie: In diesem Trainingsmodus ist bei der umstellbaren Klemmrollenkupplung eine Überholkupplung so eingestellt, dass die Klemmrollen verklemmen, während ein Steckgewicht (Mindest-Rückstellgewicht) mithilfe des Seilzugs angehoben wird und durchrutschen, während das Steckgewicht wieder abgesenkt wird.
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Der Rotor des Generators wird also direkt durch den Kraftaufwand am Seilzug angetrieben und am Generator stellt sich dann durch die Energieumwandlung ein elektrodynamischer Widerstand ein, der umso größer wird, je stärker der Rotor angetrieben wird und je mehr elektrische Energie abgeführt wird.
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Die Größe dieses elektrodynamischen Widerstands kann wie im 2. Trainingsmodus elektronisch reguliert werden.
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Während der Rückführbewegung ist der Seilzug von dem Generator durch die Überholkupplung entkoppelt.
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Die Klemmrollen rutschen durch und durch das Steckgewicht (Mindest-Rückstellgewicht), wird der Seilzug wieder in Ausgangsstellung gebracht. Ähnlich wie im 2. Trainingsmodus wird die betroffene Muskulatur während der Rückführbewegung entlastet und kann sich erholen. Dadurch steht anschließend mehr Kraft für eine erneute Überwindung des dynamischen Widerstands zur Verfügung.
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Es kann dadurch mit größeren Widerständen trainiert werden und infolgedessen ein größerer Trainingsreiz erzeugt werden.
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Gleichzeitig kann ein Großteil der Trainingsleistung umgewandelt werden und als elektrische Energie gemessen und weiterverwertet werden. Zusätzlich zum elektrodynamischen Widerstand kann durch Einstellung eines größeren Steckgewichts (mehr als das Mindest-Rückstellgewicht) auch noch zusätzlicher Gewichtswiderstand eingestellt werden. Die Überwindung der Kombination aus statischem und elektrodynamischem Widerstand erfordert eine besonders große körperliche Leistung. Auf diese Weise kann die betroffene Muskulatur besonders schnell an ihre Leistungsgrenze getrieben werden und ein entsprechend starker Trainingsreiz gesetzt werden.
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Der Trainingswiderstand im Seilzug kann in diesem Trainingsmodus also durch die Geschwindigkeit der Übungsausführung, durch elektronische Regulierung und durch den zusätzlich gewählten Gewichtswiderstand beeinflusst werden.
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Eine weitere Besonderheit dieser Fitnessmaschine ist, dass in Neutralstellung der Klemmrollenkupplung ein gewöhnliches Fahrrad, durch dessen Verbindung mit dem Generatormodul, zu einem stationären Fahrradergometer umfunktioniert werden kann. (siehe 3)
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Dafür ist ein gewöhnliches Fahrrad an seiner Hinterradachse in einen Trainingsständer einzuspannen, der mithilfe einer weiteren Spannvorrichtung, so mit der Ständerkonstruktion des Generatormoduls verspannt wird, dass der hintere Fahrradreifen an den bereiften Rotor des Nabengenerators angepresst wird.
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So kann das Drehmoment aus der Tretarbeit am Fahrrad durch Reibschluss auf das Generatormodul übertragen und in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Die Neutralstellung der umstellbaren Klemmrollenkupplung sorgt dabei für die nötige Entkopplung gegenüber dem Kettenrad des Seilzugs. Genau wie im 2. und 3. Trainingsmodus kann die Größe des elektrodynamischen Widerstands mittels elektronischer Beeinflussung reguliert werden.
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Durch eine Sequenz von unterschiedlichen Widerstandsintensitäten können auf diese Weise auch Streckenszenarien simuliert werden. Die Funktion der Fahrradgangschaltung bleibt dabei erhalten und kann wie üblich zur Beeinflussung der Widerstandsintensität genutzt werden.
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Eine weitere Eigenschaft dieser Fitnessmaschine ist die modulare Zusammensetzung von Generatormodul und Seilzugstation, was eine unabhängige Verwendung beider Modulteile möglich macht.
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So kann die Seilzugstation auch ohne Generatormodul zum Krafttraining wie eine herkömmliche Seilzugmaschine genutzt werden und das Generatormodul kann auch alleinstehend in Verbindung mit einem aufgeständerten Fahrrad als Fahrradergometer genutzt werden.
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Eine weitere Eigenschaft ist die einfache Demontierbarkeit des NG vom Generatormodul, was sowohl eine externe Verwendung des NG, als auch eine unkomplizierte Gerätewartung ermöglicht. An die Enden der Achse des NG sind Montageschienen torsions- und biegesteif befestigt.
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Damit wird der NG einfach in den Generatorständer eingeschoben und mit diesem verschraubt. Durch die einfache Demontierbarkeit und die angeschlossenen Montageschienen lässt sich der bereifte Nabengenerator bedarfsweise auch ausbauen und als Antriebsmodul für verschiedene Elektrofahrzeugkonzepte einsetzen.
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Die angebaute umstellbare Klemmrollenkupplung macht dabei optional auch einen Kettenbetrieb möglich.
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So könnten die an der Fitnessmaschine vorhandenen Komponenten und die daran selbst generierte elektrische Energie zur Steigerung der Energiesuffizienz und der Ressourcenausnutzung sinnvoll weiterverwendet werden.
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Als Beispiel sei hier der Einsatz als elektrisches, selbstbalancierendes Einrad skizziert.
(siehe 10)
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Eine weitere Besonderheit dieser Fitnessmaschine besteht darin, dass die mit Muskelkraft erzeugte Energie durch Umwandlung in elektrische Energie gemessen und weiterverwertet werden kann. Dadurch können die Trainingsleistungen digital erfasst und mittels Applikationen visualisiert und ausgewertet werden.
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Durch das Anlegen von digitalen Profilen auf vernetzten Servern könnte ein Nutzer seine Leistungsdaten jederzeit einsehen und entsprechend seiner Leistungsfähigkeit und nach seinem individuellen Trainingsplan überall an einer derartigen Fitnessmaschine individuell trainieren. Interaktive Anwendungen mit Unterhaltungs-, oder Wettkampfcharakter und die erzeugte Energie könnten den Nutzer zur fortlaufenden Leistungserbringung motivieren, was zur Steigerung seiner körperlichen Fitness und zu einer energiesuffizienteren Lebensweise beitragen könnte.
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Erfinderischer Nutzen:
- Die Kombination aus Seilzugstation und Generatormodul mittels umstellbarer Klemmrollenkupplung ergibt eine Fitnessmaschine mit einer Vielzahl an Trainingsmöglichkeiten.
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Sämtliche Übungsvarianten am Seilzug können sowohl mit verstellbaren, konstanten Gewichtswiderständen als auch mit regulierbaren, elektrodynamischen Widerständen ausgeführt werden.
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Gewöhnliche Fahrräder können aufgeständert an das Generatormodul angeschlossen und so zu stationären Fahrradergometern umfunktioniert werden.
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Der bereifte Nabengenerator des Generatormoduls kann bedarfsweise mit wenigen Handgriffen aus seiner Halterung gelöst und beispielsweise als Antriebsmodul für verschiedene Fahrzeugkonzepte der Elektromobilität eingesetzt werden.
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Die beim Training geleistete körperliche Arbeit kann direkt oder indirekt in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Die körperlich erzeugte Energie kann gemessen und die Trainingsleistung ausgewertet werden.
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Die Fitnessmaschine bietet einen neuen Ansatzpunkt für die Entwicklung interaktiver, intelligenter, vernetzter und unterhaltsamer Applikationen zur Auswertung und Visualisierung von erbrachten Trainingsleistungen, zur Steigerung der individuellen Leistungsfähigkeit und zur Unterstützung einer energiesuffizienteren Lebensweise.
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Die Erfindung betrifft eine Fitnessmaschine, bestehend aus einer Seilzugstation und einem Generatormodul mit einer umstellbaren Klemmrollenkupplung, die es entsprechend ihrer Einstellung ermöglicht, die an der Maschine durch Muskelkraft erbrachte Trainingsleistung so auf das Generatormodul zu übertragen, dass die geleistete körperliche Arbeit direkt oder indirekt in elektrische Energie umgewandelt und weiterverwertet werden kann, was dem Trainierenden zum einen als Mittel zur Messung und Steigerung seiner körperlichen Leistungsfähigkeit und zum anderen als Mittel zur energetischen Selbstversorgung dienen kann.
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In einer besonderen Weiterbildung kann die Fitnessmaschine je nach Einstellung der umstellbaren Klemmrollenkupplung, dreierlei Trainingsmodi bieten, nämlich Training mit konstanten Gewichtswiderständen, Training mit konstanten Gewichtswiderständen und indirekter Umwandlung der geleisteten körperlichen Arbeit in elektrische Energie, und Training mit elektrodynamischen Widerständen und direkter Umwandlung der geleisteten körperlichen Arbeit in elektrische Energie.
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In einer besonderen Weiterbildung kann mithilfe der Neutralstellung der umstellbaren Klemmrollenkupplung die Kraftübertragung zwischen Seilzugstation und Generatormodul entkoppelt werden, sodass eine herkömmliche Benutzung des Seilzugs ebenfalls möglich ist.
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In einer besonderen Weiterbildung kann das Gerüst der Seilzugmaschine aus einer dreiecksförmigen Fuß- und Kopfkonstruktion, zwei vertikalen vorderen Stützen, zwei vertikalen hinteren Gewichtsführungsstangen, einer zwischen vorderer Fuß- und hinterer Kopfkonstruktion schräg montierten Stütze und je zwei v-förmig aus der Fuß- und der Kopfkonstruktion ausziehbaren Kragarmen bestehen und die beiden Kragarme der Kopfkonstruktion über zwei Gabellager verfügen, in die eine Langhantelstange für Reckübungen geklemmt werden kann.
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In einer besonderen Weiterbildung kann der Steckgewichteblock zusätzlich über Gewichtsscheibenaufnahmen verfügen, womit die Gewichtsbelastung feinstufig reguliert und erweitert werden kann.
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In einer besonderen Weiterbildung können die Seilenden des Seilzugs über schwenkbare, verstellbare Umlenkrollen sowohl entlang der Kragarme als auch entlang der vertikalen Stützen in regelmäßigen Lochabständen mittels Stecksystemen umgelenkt werden und sich die freie Länge der Seilenden durch Umlenkung des Seilzugs über ein verstellbares Umlenkrollenpaar entlang der schrägen Mittelstütze einstellen lassen.
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In einer besonderen Weiterbildung kann eine zusammenklappbare Hantelbank an die Gerüstkonstruktion gehängt werden, ohne dass dadurch die Bedienbarkeit der Maschine eingeschränkt wird.
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In einer besonderen Weiterbildung kann die Fitnessmaschine über schwenkbare und verstellbare Stützvorrichtungen verfügen, die als Hantelablage für Langhantelübungen, als Stützholmen für Übungen im Stütz oder auch als Aufstiegstritte verwendet werden können.
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In einer besonderen Weiterbildung kann ein Fahrradtrainingsständer mit dem Generatormodul verbunden werden, was ein stationäres Fahrradtraining mit gewöhnlichen Fahrrädern ermöglicht, indem die Tretarbeit am Fahrrad von dessen Hinterradachse durch Reibschluss auf das Generatormodul übertragen und in elektrische Energie umgewandelt werden kann und sich der entgegen gerichtete elektrodynamische Drehwiderstand des Generators durch elektronische Regulierung des Stromflusses beeinflussen lässt.
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In einer besonderen Weiterbildung kann der bereifte Nabengenerator des Generatormoduls bedarfsweise aus seiner Halterung gelöst und als Antriebsmodul für verschiedene Fahrzeugkonzepte der Elektromobilität mit, oder ohne zusätzlichem Kettenantrieb eingesetzt werden.
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In einer besonderen Weiterbildung kann die Fitnessmaschine die Weiterverwertung von körperlich erzeugter Energie ermöglichen, indem diese in elektrische Energie umgewandelt wird und dadurch messbar, auswertbar und weiterverwertbar wird und so auch die Einbindung von digitalen Anwendungen ermöglicht.
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Weiter betrifft die Erfindung eine umstellbare Klemmrollenkupplung, mit der sich, durch entsprechende Einstellung, zwischen zwei koaxial angeordneten, unabhängig voneinander verdrehbaren Bauteilen entweder eine Entkopplung in beide relative Verdrehrichtungen, oder eine Überholkupplung (Klemmrollenkupplung) in uhrzeigersinniger relativer Verdrehrichtung, oder eine Überholkupplung (Klemmrollenkupplung) in gegenuhrzeigersinniger, relativer Verdrehrichtung herstellen lässt, dadurch gekennzeichnet, dass
- a. sie aus einer Welle mit Kupplungsaußenring, einer Anschlusswelle mit Klemmrollenträger, Klemmrollen, Druckfedern und einem Umstellring besteht.
- b. der Klemmrollenträger so ausgebildet ist, dass die aktiven Klemmrollen je nach Richtung der Relativverdrehung durch geometrische Zwänge entweder durchrutschen, oder mit dem darüber gestülpten Kupplungsaußenring verklemmen und so eine Drehmomentübertragung zwischen beiden Kupplungsteilen herstellen.
- c. bei den Überholkupplungen eine Drehmomentübertragung durch Verklemmung jeweils nur in der einen relativen Verdrehrichtung besteht, während in der jeweils entgegengesetzten, relativen Verdrehrichtung ein Freilauf besteht.
- d. der Stellring, entsprechend seiner Einstellung, entweder alle, oder zumindest eine Hälfte der Klemmrollen von den Positionen abhält, wo die Klemmrollen den Kupplungsaußenring mit dem Klemmrollenträger verklemmen könnten.
