DE69002995T2

DE69002995T2 - Ergometrische Tretmühle.

Info

Publication number: DE69002995T2
Application number: DE90420177T
Authority: DE
Inventors: Alain Belli
Original assignee: GIP EXERCICE LABORATOIRE DE PH; Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Current assignee: GIP EXERCICE LABORATOIRE DE PH; Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2010-04-11
Also published as: JPH0363074A; EP0394146A1; FR2645753B1; EP0394146B1; DE69002995D1; CA2014395A1; ATE93737T1; FR2645753A1; JP2919903B2; ES2044506T3

Description

Die Erfindung betrifft ein optimiertes ergometrisches Laufband. Die Erfindung gehört zu den Geräten und Einrichtungen, mit denen insbesondere Sportler trainiert werden können, und auch solchen, die zur Heilgymnastik dienen. Dieses Gerät ist gleichfalls für Forschungsarbeiten zu physiologischen und biomechanischen Zwecken geeignet.
Es sind bereits motorisierte Laufbänder bekannt, mit denen die relative Bewegung eines Läufers in bezug auf eine Bahn dadurch nachgebildet werden kann, daß die Bahn beweglich gestaltet ist. Die Bahn besteht dabei aus einem Band in Form eines Endlosriemens, der sich zwischen zwei Umlenkwalzen oder -rollen befindet und von einem Elektromotor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Bei dieser Ausführung ist die Geschwindigkeitsstufe einstellbar oder voreingestellt mittels eines Regelungssystems. Dadurch ist der Läufer also in bezug auf die Umgebung bewegungslos, was ein Training in Sporthallen bei konstanter Geschwindigkeit ermöglicht und das ausschließliche Erfassen der physiologischen Daten erleichtert. Motorisierte Laufbänder dieser Art sind allerdings in ihren Anwendungsmöglichkeiten beschränkt und weisen bestimmte Nachteile auf, nämlich:
- für den Sportler eine aufgezwungene Geschwindigkeit, die weder das Sprinten noch ein Modulieren der Laufkraft ermöglicht;
- für den Trainer, den Forscher und allgemeiner für den mit der Erstellung der Versuche und Tests sowie der Auswertung ihrer Ergebnisse beauftragten Biomechaniker die Unmöglichkeit, die beim Laufen aufgebrachte externe mechanische Kraft zu messen.
Aus dem Patent GB 2184361 ist ein automatisches Laufbandgerät bekannt, mit dem die Kondition des Benutzers kontrolliert werden kann. Bei diesem Gerät kommt eine Vielzahl sensibler Elemente zur Messung und zur Datenerfassung zur Anwendung, wobei der Benutzer in keine direkte Berührung mit den Meßmitteln kommt.
Als erste Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein Gerät vorzustellen, das in der Anwendung flexibler ist und das Messen der Anstrengung des Benutzers in verschiedenen Laufsituationen : schnellem Lauf wie Sprinten, gleichmäpigem Lauf oder Geschwindigkeitsverringerung ermöglicht.
Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, ein Gerät vorzustellen, das das Messen der Kraft des Benutzers in den betroffenen verschiedenen Laufsituationen ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein relativ kostengünstiges Gerät einfacher Bauweise zu entwickeln, das die gleichzeitige Messung verschiedener weiterer Parameter erlaubt. Diese und weitere Aufgaben gehen aus der nachfolgenden Beschreibung näher hervor.
Nach einer ersten Kennzeichnung der Erfindung umfaßt das Laufband ein Endlosband, das zwischen zwei Rollen gespannt angeordnet ist, welche auf einem Tragrahmen positioniert und gehalten sind, wobei der Läufer den Obertrum des Bandes benutzt, der seinerseits durch eine mit dem Rahmen in Verbindung stehende Trägerplatte gehalten wird, wobei der Läufer die Bewegung und den Antrieb des Laufbandes selbst bestimmt, indem er die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes selbst moduliert und reguliert, wobei der Läufer an einem Gurt angebunden ist, der seinerseits durch Mittel mit dem Tragrahmen des Bandes in Verbindung steht, wobei er in senkrechter und seitlicher Ebene Bewegungsfreiheit hat, und nicht in der stirnseitigen bzw. Bewegungsebene des Bandes, wobei am Mittel zur Anbindung und Verbindung des Läufers und am Laufband Meßmittel zur Aufzeichnung und Berechnung bestimmter Parameter wie senkrechte Momentankraft und waagerechte Momentankraft des Läufers angebracht sind, wobei der genannte Motor imstande ist, gegebenenfalls ergänzend zu wirken, um die mechanischen Reibungskräfte mehr oder weniger auszugleichen.
Diese und weitere Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung näher hervor.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Es zeigen
- Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen ergometrischen Laufteppichs, mit dem eine Reihe von drei gleichzeitig aufgezeichneten Messungen vorgenommen werden;
- Figur 2 eine schematische Darstellung nach Figur 1, sie zeigt den erfindungsgemäßen ergometrischen Laufteppich in Verbindung mit einem automatischen Med- und Rechensystem für die aufgezeichneten Daten;
- die Figuren 3, 4 und 5 Diagramme, jeweils zu den folgenden Messungen:
- Verlauf der potentiellen Schwerkraft (Watt) in Abhängigkeit von der Zeit (Sekunden), entspricht der Messung der vom Benutzer entwickelten senkrechten Momentankraft;
- Verlauf der kinetischen Translationskraft (Watt) in Abhängigkeit von der Zeit (Sekunden), entspricht der Messung der vom Benutzer entwickelten waagerechten Momentankraft;
- Verlauf der externen mechanischen Momentankraft (Watt) in Abhängigkeit von der Zeit (Sekunden), entspricht der Summe aus den beiden vorigen Messungen.
Zur konkreteren Darstellung des Gegenstands der Erfindung wird dieser nun anhand der Figuren beispielhaft beschrieben.
Der erfindungsgemäße ergometrische Laufteppich basiert auf einem Arbeitskonzept, das sich vom bisherigen Stand der Technik dadurch unterscheidet, daß der Läufer das Band selbst in Bewegung versetzt und antreibt, wobei er die verschiedenen angestrebten Effekte bzw. Situationen des Laufens beliebig modulieren kann.
Hierzu ist das Laufband insgesamt mit (1) bezeichnet und umfaßt ein Endlosband, das zwischen zwei Rollen (2) gespannt ist, welche von Trägern (3) zweckmäßig auf einem Tragrahmen (4) positioniert und gehalten werden. Der Obertrum des Laufbands wird seinerseits von einer mit dem Rahmen in Verbindung stehenden Platte oder Halterung (18) festgehalten.
Der Läufer (C) befindet sich auf dem Obertrum des Bandes und wird durch einen um seine Taille befestigten Gurt (5) in ortsfester Position gehalten, wobei der genannte Gurt seitens des Rückens des Benutzers mit einer Haltestange (6) fest verbunden ist. Diese ist an einem Ende (6.1) am oberen Teil einer senkrechten Konsole (7) im hinteren Bereich des Tragrahmens (4) angelenkt. Das Gelenk der Stange gestattet senkrechte und waagerechte Bewegungen des Benutzers, jedoch nicht seine stirnseitigen Bewegungen, d.h. Vor- oder Rückwärtsbewegungen in der Bewegungsrichtung des Bandes.
Am Laufband und an der Haltestange angebrachte Sensoren sind an ein Aufzeichnungsmittel (7) beispielsweise der Art elektronische Schnittstelle angeschlossen und ermöglichen den Erhalt elektronischer Signale (Analogspannung), die den folgenden Daten entsprechen:
- Laufbandgeschwindigkeit
- waagerechte Zugkraft des Läufers
- senkrechte Bewegung des Läufers.
Die Berechnung der Geschwindigkeit des vom Benutzer angetriebenen Laufbandes erfolgt durch ein Signal, das von einem Mittel der Art optischer Meßgeber (8) erzeugt wird, der mit einem Frequenz-Spannungs-Umformer in Verbindung steht, welcher an der Achse einer der Umlenk- und Antriebswalzen des Bandes angebracht ist.
Die Berechnung der vom Läufer bzw. Benutzer ausgeübten waagerechten Kräfte erfolgt ausgehend von einem Signal, das von einem Mittel (9) der Art Kraftmeßgerät beispielsweise mit Dehnungsmeßstreifen erzeugt wird, das an der Haltestange angebracht ist.
Die Berechnung der senkrechten Bewegung des Läufers erfolgt ausgehend von einem Signal, das von einem Mittel (10) der Art Potentiometer beispielsweise erzeugt wird, das an der Drehachse der Haltestange angebracht ist.
Die einzelnen Mittel (8, 9 und 10) sind an der vorgenannten elektronischen Schnittstelle (7) angeschlossen, die in Verbindung mit Zeichengeräten (11, 12 und 13) das Ausdrucken und die Sichtanzeige der ermittelten Ergebnisse ermöglicht.
Alternativ kann gemäß Figur 2 die Erfassung und Verarbeitung der Daten auf einem Computer (14) mittels einer analogdigitalen Schnittstelle (15) und einer geeigneten Software erfolgen. Die Schnittstelle und die Software ermöglichen dabei die Berechnung und die Sichtanzeige der folgenden Daten in Abhängigkeit von der Zeit:
- waagerechte Zugkraft der Versuchsperson bzw. des Läufers
- Laufbandgeschwindigkeit
- senkrechte Bewegung des Läufers.
- von der Versuchsperson bzw. dem Läufer geleistete senkrechte Momentankraft
- von der Versuchsperson bzw. dem Läufer geleistete waagerechte Momentankraft
- von der Versuchsperson bzw. dem Läufer geleistete Gesamt- Momentankraft
- die geleistete senkrechte Momentankraft (PV) ergibt sich aus den aufeinanderfolgenden Auf- und Niederbewegungen des Läufers:
PV = M . g . Vv
wobei gilt : M ist die Masse der Versuchsperson in Kilogramm
g ist die Schwerebeschleunigung (9,81 m/s/s)
Vv ist die vertikale Geschwindigkeit der Versuchsperson in m/s
- die von der Versuchsperson geleistete waagerechte Momentankraft (Ph) ergibt sich aus der Geschwindigkeit und den horizontalen Kräften, die beim Laufen entstehen.
Ph = Fh . Vh
wobei gilt : Fh ist die erzeugte horizontale Kraft in Newton
Vh ist die horizontale Geschwindigkeit der Versuchsperson in m/s
- die geleistete Gesamt-Momentankraft (Pt) ist die Summe aus der geleisteten waagerechten Momentankraft und der geleisteten senkrechten Momentankraft.
Pt = PV + Ph
Die Diagramme der Figuren 3, 4 und 5 stellen einige Messungen dar, die an einer Versuchsperson vorgenommen wurden.
Nach einer weiteren kennzeichnenden Anordnung der Erfindung ist das Laufband imstande, ergänzend durch einen Motor (16) mit konstantem Moment angetrieben zu werden, so daß die mechanischen Reibungskräfte mehr oder weniger ausgeglichen werden, wobei die Geschwindigkeit des Motors frei ist. Die Stufe des Motormoments ist durch ein Momentregelungssystem justierbar. Besonders wird darauf hingewiesen, daß der Ausgleichswert des Motormoments für einen Wert von annähernd Null festgesetzt werden kann, wobei lediglich die Reibungskräfte ausgeglichen werden, oder einen Wert erreichen kann, der im Sinne einer Erhöhung bzw. Verringerung dieser Kräfte bis zu 2 bis 10 Mal deren Wert betragen kann.
- So sind im Fall des einfachen Ausgleichs der Reibungskräfte die gleichen Bedingungen vorhanden wie auf einer normalen Bahn.
- Ist der Wert des Motormoments bis zu 2 bis 10 Mal größer als die Reibungskräfte, mup die Versuchsperson hauptsächlich das Laufband zurückhalten, wodurch ein Antrieb der Art exzentrischer Antrieb gewährleistet wird, der Übergeschwindigkeiten gestattet.
- Ist der Wert des Motormoments bis zu 2 bis 10 Mal kleiner als die Reibungskräfte, wird das Band für den Antrieb härter, was zu einem Antrieb der Art konzentrischer Antrieb führt, der eine Mehrkraft vom Benutzer, d.h. eine größere Anstrengung von diesem fordert.
Bei diesem letzteren Fall ergibt sich sehr vorteilhaft die Möglichkeit, das ergometrische Laufband zum Trainieren einer Person unter Bedingungen zu verwenden, die schwieriger sind als die tatsächlichen Bedingungen auf der Bahn, und dadurch auf Sicht bessere Ergebnisse zu erzielen und die maximale Geschwindigkeit oder Kraft der Person zu verbessern. Dieses Verfahren ist von besonderem Vorteil beim Training für schnelles Laufen vom Typ Sprinten.
Die Modulierung des Motormoments und seine Wirkung auf das Laufband wird durch traditionelle, für Fachleute ohne weiteres ausführbare mechanische Mittel erreicht.
Die Erfindung ist mit zahlreichen Vorteilen verbunden. Das ergometrische Laufband ermöglicht es, die Geschwindigkeit, die Anstrengungen und die Kräfte, die beim Laufen geleistet werden, zu verstellen, und zwar nach Belieben. Es bietet Möglichkeiten für biomechanische Messungen und Analysen, die auf herkömmlichen Laufbändern unmöglich durchgeführt werden können. Es eröffnet neue Perspektiven für Training und Forschung. Insbesondere ist ein Lauftraining mit verstellbarer Laufkraft möglich.

Claims

-1- Optimiertes ergometrisches Laufband in der Ausführung mit einem Endlosband, das zwischen zwei Rollen (2) gespannt angeordnet ist, welche auf einem Tragrahmen (4) positioniert und gehalten sind, wobei der Läufer (2) den Obertrum des Bandes benutzt, der seinerseits durch eine mit dem Rahmen in Verbindung stehende Trägerplatte (18) gehalten wird, wobei ein Motor (16) das Band antreibt und der Läufer die Bewegung und den Antrieb des Laufbandes selbst bestimmt, indem er die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes selbst moduliert und reguliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer an einem Gurt (5) angebunden ist, der seinerseits durch Mittel (6) mit dem Tragrahmen des Bandes in Verbindung steht, wobei er in senkrechter und seitlicher Ebene Bewegungsfreiheit hat, und nicht in der stirnseitigen bzw. Bewegungsebene des Bandes, und dar am Mittel (6) zur Anbindung und Verbindung des Läufers und am Laufband Meßmittel zur Aufzeichnung und Berechnung bestimmter Parameter wie senkrechte Momentankraft und waagerechte Momentankraft des Läufers angebracht sind, und wobei der genannte Motor (16) imstande ist, gegebenenfalls ergänzend zu wirken, um die mechanischen Reibungskräfte mehr oder weniger auszugleichen.

-2- Laufband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (6) aus einer Haltestange besteht, deren eines Ende fest am Gurt angebracht und deren anderes Ende (6.1) an einer senkrechten Stützkonsole (7) angelenkt ist, die im hinteren Bereich des Tragrahmens (4) des Bandes angeordnet ist, wobei das Gelenk der Stange senkrechte und waagerechte Bewegungen des Läufers gestattet.

-3- Laufband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dar die am Laufband und an der Haltestange angeordneten Meßmittel an ein Aufzeichnungsmittel (7) der Art elektronische Schnittstelle angeschlossen sind und den Erhalt der elektronischen Signale ermöglichen, die den folgenden Parametern entsprechen : Laufbandgeschwindigkeit, waagerechte Zugkraft des Läufers, senkrechte Bewegung des Läufers, wobei die genannte Schnittstelle (7) an Zeichengeräte (11, 12, 13) zum Ausdrucken und Aufzeichnen der Daten angeschlossen ist.

-4- Laufband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Laufband und an der Haltestange angeordneten Meßmittel an ein Aufzeichnungsmittel der Art analog-digitale Schnittstelle angeschlossen sind, die mit einem Computer mit geeigneter Software und Zeichengeräten in Verbindung steht, die die Berechnung und die Sichtanzeige der folgenden Daten ermöglichen

- waagerechte Zugkraft des Läufers

- Laufbandgeschwindigkeit

- senkrechte Bewegung des Läufers.

- vom Läufer geleistete senkrechte Momentankraft

- vom Läufer geleistete waagerechte Momentankraft

- vom Läufer geleistete Gesamt-Momentankraft

-5- Laufband nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dap die Messung und Berechnung der Geschwindigkeit des vom Läufer angetriebenen Laufbandes durch ein Signal erfolgen, das von einem Mittel der Art optischer Meßgeber (8) erzeugt wird, der mit einem Frequenz-Spannungs-Umformer in Verbindung steht, welcher an der Achse eines der Umlenk- und Antriebsmittel des Bandes angebracht ist.

-6- Laufband nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dap die Messung und die Berechnung der vom Läufer ausgeübten waagerechten Kräfte durch ein Signal erfolgen, das von einem Mittel (9) der Art Kraftmeßgerät beispielsweise mit Dehnungsmeßstreifen erzeugt wird, das an der Haltestange angebracht ist.

-7- Laufband nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dar die Messung und die Berechnung der senkrechten Bewegung des Läufers durch ein Signal erfolgen, das von einem Mittel (10) der Art Potentiometer beispielsweise erzeugt wird, das an der Dreh- und Gelenkachse der Haltestange angebracht ist.

-8- Laufband nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufband imstande ist, durch einen Motor (16) angetrieben zu werden, dessen Moment konstant und für den Ausgleich oder für höhere oder niedrigere oder gleiche Werte bezogen auf die mechanischen Reibungswerte geeignet ist, wobei die Geschwindigkeit des Motors frei und die Stufe des Motormoments einstellbar ist.

-9- Laufband nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Motormoments auf einen Wert festgesetzt ist, der die Reibungskräfte ausgleicht.

-10- Laufband nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Motormoments so festgesetzt ist, das er höher ist als die Reibungskräfte, und zwar bis zu 2 bis 10 Mal höher als diese.

-11- Laufband nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Motormoments so festgesetzt ist, das er niedriger ist als die Reibungskräfte, und zwar bis zu 2 bis 10 Mal niedriger als diese.