Eigeldinger, Rolf (DE)
Neher, Hans-juergen (DE)
Skobjin, Wolfgang (DE)
Waldmann, Dieter (DE)

EP20030022755

04/13/2005

10/10/2003

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FESTO AG & CO (DE)

A63B21/008; A63B21/008; A63B23/035; A63B23/12; A63B24/00; A63B24/00; (IPC1-7): A63B21/008; A63B23/12; A63B24/00

A63B21/008C2; A63B23/12; A63B24/00

6468190				Chest and body exerciser
FR2686259A
5207621				Stair climbing exercise machine

1. Pneumatischer Expander, mit einem Hauptgeh·ause (2), mit zwei Bet·atigungseinheiten (4a, 4b), die manuell relativ zu dem Hauptgeh·ause (2) verstellbar sind, um in wenigstens einem Betriebsmodus des Expanders in mindestens einer Luftspeicherkammer (15) Luft zu komprimieren, und mit einer Steuerventileinrichtung (17), die zur Vorgabe unterschiedlicher Betriebsmodi des Expanders in verschiedene, jeweils ohne Energiezufuhr stabil beibehaltene Schaltzust·ande verbringbar ist.

2. Pneumatischer Expander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hauptgeh·ause (2) mehrere Geh·ausekammern (13) angeordnet sind, die die mindestens eine Luftspeicherkammer (15) sowie zwei den Bet·atigungseinheiten (4a, 4b) zugeordnete Arbeitskammern (14a, 14b) bilden, wobei die Luftspeicherkammer (15) ·uber die Steuerventileinrichtung (17) mit den beiden Arbeitskammern (14a, 14b) zur Vorgabe unterschiedlicher Betriebsmodi des Expanders variabel pneumatisch verkn·upfbar ist.

3. Pneumatischer Expander nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bet·atigungseinheiten (4a, 4b) jeweils einen in der zugeordneten Arbeitskammer (14a, 14b) verschiebbar angeordneten Kompressionskolben (18) und einen ausserhalb des Hauptgeh·auses (2) liegenden Krafteinleitungsabschnitt (23) aufweisen.

4. Pneumatischer Expander nach einem der Anspr·uche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (17) in einer Geh·ausekammer (13) des Hauptgeh·auses (2) angeordnet ist.

5. Pneumatischer Expander nach einem der Anspr·uche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgeh·ause (2) mit einer Bedieneinheit (33) ausgestattet ist, die ·uber Anzeige-, Bedien- und/oder elektronische Steuermittel (42, 38, 43) verf·ugt.

6. Pneumatischer Expander nach einem der Anspr·uche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (17) zum manuellen Umschalten zwischen den einzelnen Schaltzust·anden ausgebildet ist.

7. Pneumatischer Expander nach einem der Anspr·uche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (17) zum elektrisch aktivierten Umschalten zwischen den einzelnen Schaltzust·anden ausgebildet ist.

8. Pneumatischer Expander nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Elektromotor (67) zum Vorgeben der einzelnen Schaltzust·ande.

9. Pneumatischer Expander nach einem der Anspr·uche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (17) mehrere Steuerventile (52) aufweist, die zur Vorgabe der gew·unschten Schaltzust·ande mit unterschiedlichen Schaltmustern bet·atigbar sind.

10. Pneumatischer Expander nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (52) jeweils ·uber eine 2/2-Ventilfunktionalit·at verf·ugen.

11. Pneumatischer Expander nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventileinrichtung (17) eine zur Bet·atigung der Steuerventile (52) dienende Antriebseinrichtung (65) aufweist, die ein entsprechend den gew·unschten Schaltmustern codiertes Bet·atigungsglied (66) aufweist, das in unterschiedlichen Steuerstellungen positionierbar ist, in denen es, dem jeweils wirksamen Schaltmuster entsprechend, mit den Ventilgliedern (57) der Steuerventile (52) zusammenwirkt.

12. Pneumatischer Expander nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bet·atigungsglied (66) schieberartig ausgebildet und rechtwinkelig zur Verstellrichtung der Ventilglieder (57) verfahrbar ist.

13. Pneumatischer Expander nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (52) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und ·uber in die gleiche Richtung weisende, mit den Ventilgliedern (57) bewegungsgekoppelte Antriebsst·ossel (63) verf·ugen, ·uber die sich das schlittenartige Bet·atigungsglied (66) zum Zwecke der Bet·atigung hinweg erstrecken kann.

14. Pneumatischer Expander nach einem der Anspr·uche 11 bis 13, gekennzeichnet durch Positionserfassungsmittel (77) zur Erfassung der Steuerstellungen des Bet·atigungsgliedes (66) .

15. Pneumatischer Expander nach einem der Anspr·uche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilglieder (57) federbelastet in eine Grundstellung vorgespannt sind, aus der sie durch das Bet·atigungsglied (66) in mindestens eine weitere stabile Schaltstellung auslenkbar sind.

16. Pneumatischer Expander nach einem der Anspr·uche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Mobilger·at.

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Expander, also ein Sportger·at, das vergleichbar einem konventionellen Expander einsetzbar ist, jedoch auf pneumatischer Wirkweise basiert.

Expander sind Sportger·ate, die haupts·achlich zur St·arkung der Muskulatur im Oberk·orperbereich eingesetzt werden. Herk·ommliche Expander sind dazu mit mechanischen Federn oder Federb·andern ausgestattet, die mittels geeigneter Griffe auseinandergezogen oder zusammengedr·uckt werden k·onnen, wobei sie eine zu ·uberwindende Gegenkraft aufbauen. Nachteilig bei diesen bekannten Bauformen ist die in der Regel sehr steile Federkennlinie, die zur Folge hat, dass die aufzubringende Kraft st·andig zwischen Null und einem sehr hohen Wert schwankt, was einer f·ur die Physis vorteilhaften, gleichm·assigen Anwendung entgegensteht.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, ein vergleichbar einem konventionellen Expander einsetzbares Sportger·at bereitzustellen, das bei kompakten Abmessungen und einfacher Handhabung vergr·osserte Trainingserfolge liefert.

Gel·ost wird diese Aufgabe durch einen pneumatischen Expander, mit einem Hauptgeh·ause, mit zwei Bet·atigungseinheiten, die manuell relativ zu dem Hauptgeh·ause verstellbar sind, um in wenigstens einem Betriebsmodus des Expanders in mindestens einer Luftspeicherkammer Luft zu komprimieren, und mit einer Steuerventileinrichtung, die zur Vorgabe unterschiedlicher Betriebsmodi des Expanders in verschiedene, jeweils ohne Energiezufuhr stabil beibehaltene Schaltzust·ande verbringbar ist.

Ein solcher pneumatischer Expander hat den Vorteil, dass er sich in einer Weise auslegen l·asst, bei der die von der trainierenden Person aufzubringenden Stellkr·afte nur wenig schwanken. Man kann beispielsweise in der Luftspeicherkammer ein als Luftfeder wirkendes Luftvolumen geeigneter Gr·osse zur Verf·ugung stellen, das beim Bewegen der Bet·atigungseinheiten komprimiert wird, wobei der Druckanstieg und der Anstieg der sich aufbauenden Gegenkraft durch entsprechende konstruktive Auslegung der ger·atetechnischen Parameter auf geringem Niveau gehalten werden k·onnen. Man erreicht somit bei Anwendung des pneumatischen Expanders eine relativ konstante hohe Belastung der Muskeln, was einen effektiven und schnellen Muskelaufbau f·ordert.

Durch die Steuerventileinrichtung k·onnen bei Bedarf oder beispielsweise auf Basis eines integrierten Steuerprogramms unterschiedliche Betriebsmodi des Expanders vorgegeben werden. So ist zum Beispiel mindestens ein Betriebsmodus f·ur das Einstellen des Ger·ates bei der erstmaligen Inbetriebnahme durch eine Person m·oglich und k·onnen, beispielsweise unter Ber·ucksichtigung des Trainingszustandes des Anwenders, verschiedene Trainingsmodi zur Verf·ugung gestellt werden. Von Vorteil ist dabei, dass die f·ur die unterschiedlichen Betriebsmodi verantwortlichen Schaltzust·ande der Steuerventileinrichtung durch eine entsprechende Ausgestaltung derselben jeweils ohne Energiezufuhr stabil beibehalten werden, bis eine neuerliche Zustands·anderung gew·unscht oder vorgegeben wird.

Diese Massnahme bewirkt einen stark reduzierten Energieverbrauch und sorgt auch bei einem Einsatz als Mobilger·at f·ur eine sehr lange Nutzungsdauer.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteranspr·uchen hervor.

Im Innern des Hauptgeh·auses befinden sich vorzugsweise mehrere Geh·ausekammern, die die mindestens eine Luftspeicherkammer sowie zwei den Bet·atigungseinheiten zugeordnete Arbeitskammern bilden, wobei die Luftspeicherkammer ·uber die Steuerventileinrichtung mit den beiden Arbeitskammern zur Vorgabe unterschiedlicher Betriebsmodi variabel pneumatisch verkn·upfbar ist.

Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass w·ahrend eines Einstellmodus Luft aus der Umgebung angesaugt und bis zum Erreichen eines vorbestimmten Druckes in die Luftspeicherkammer hineingepumpt wird, wobei in einem nachgeschalteten Trainingsmodus durch Dr·ucken und Ziehen der Bet·atigungseinheiten das eingesperrte Luftvolumen immer wieder komprimiert wird und so quasi als Luftfeder wirkt.

Die Steuerventileinrichtung befindet sich zweckm·assigerweise in einer Geh·ausekammer des Hauptgeh·auses. Es besteht die M·oglichkeit, Bestandteilen des Hauptgeh·auses unmittelbar die Funktion als Geh·ause der Steuerventileinrichtung aufzuerlegen.

Das Hauptgeh·ause ist zweckm·assigerweise mit einer Bedieneinheit ausgestattet, die ·uber Anzeige-, Bedien- und/oder elektronische Steuermittel verf·ugt. Die elektronischen Steuermittel k·onnen ein Steuerprogramm beinhalten, das beispielsweise zeitabh·angig oder in Abh·angigkeit vom Trainingsfortschritt eine vorgegebene Variation des Schaltzustandes der Steuerventileinrichtung hervorruft. Die Anzeigemittel k·onnen beispielsweise dazu dienen, Dauer und Erfolg der Trainingssitzung zu visualisieren.

Es besteht die M·oglichkeit, die Steuerventileinrichtung so auszubilden, dass das Umschalten zwischen den einzelnen Schaltzust·anden manuell zu erfolgen hat. Dies gestattet die Realisierung eines Ger·ates, das im Extremfall v·ollig ohne elektrische Energie auskommt. Die erforderlichen Einstellungen k·onnen beispielsweise anhand einer Trainingstabelle vorgenommen werden.

Bei einer komfortableren Ausf·uhrungsform ist die Steuerventileinrichtung zum elektrisch aktivierten Umschalten zwischen den einzelnen Schaltzust·anden ausgebildet. Zum Umschalten kann beispielsweise eine einen Elektromotor aufweisende Antriebseinrichtung vorgesehen werden. Da die elektrische Energie jedoch nur zum Umschalten ben·otigt wird, und nicht zum Aufrechterhalten des jeweils eingeschalteten Schaltzustandes, reicht die ·ubliche Kapazit·at portabler Energiequellen, beispielsweise Batterien oder Akkus, f·ur eine sehr lange Betriebsdauer des Ger·ates.

In diesem Zusammenhang ist die Steuerventileinrichtung zweckm·assigerweise mit einem oder mehreren Steuerventilen ausgestattet, die nach der Ver·anderung ihres Schaltzustandes den neuen Schaltzustand ohne weitere Energiezufuhr beibehalten. Dies l·asst sich als passive Schaltstellung bezeichnen. Realisierbar w·are dies zum Beispiel durch den Einsatz eines oder mehrerer Schieberventile, das bzw. die alle ben·otigten Ventilfunktionen beinhaltet bzw. beinhalten. Der Energieverbrauch ist hier nur auf die eigentliche Stellbewegung beschr·ankt.

Bevorzugt ist die Steuerventileinrichtung mit mehreren Steuerventilen ausgestattet, die zur Vorgabe der gew·unschten Schaltzust·ande mit unterschiedlichen Schaltmustern bet·atigbar sind. F·ur eine solche Bauform eignen sich vor allem Steuerventile mit einer 2/2-Ventilfunktionalit·at, die sich auch durch einen sehr einfachen Aufbau auszeichnen. Zur Bet·atigung der Steuerventile besitzt die vorhandene Antriebseinrichtung zweckm·assigerweise ein entsprechend den gew·unschten Schaltmustern codiertes Bet·atigungsglied, das in unterschiedlichen Steuerstellungen positionierbar ist, in denen es, dem jeweils wirksamen Schaltmuster entsprechend, mit den Ventilgliedern der Steuerventile zusammenwirkt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine lineare oder rotative Nockensteuerung verwirklicht werden.

Jedenfalls beschr·ankt sich der Energieverbrauch auch bei einer solchen Bauform nur auf die kurzzeitige Stellbewegung des codierten Bet·atigungsgliedes.

In Verbindung mit einer Ausgestaltung, bei der die Steuerventile in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und ·uber in die gleiche Richtung weisende, mit den Ventilgliedern bewegungsgekoppelte Antriebsst·ossel verf·ugen, ist das Bet·atigungsglied vorzugsweise schieberartig ausgebildet und zum Positionieren in den unterschiedlichen Steuerstellungen rechtwinkelig zur Verstellrichtung der Ventilglieder ·uber die mit diesen bewegungsgekoppelten Antriebsst·ossel verfahrbar.

Damit gegebenenfalls vorhandene elektronische Steuermittel jederzeit ·uber den aktuellen Schaltzustand informiert sind, verf·ugt der pneumatische Expander zweckm·assigerweise ·uber Positionserfassungsmittel zur Erfassung der Steuerstellungen des Bet·atigungsgliedes.

Bei den Steuerventilen handelt es sich vorzugsweise um 2/2-Wege-Sitzventile, die federbelastet in eine Grundstellung vorgespannt sind, aus der sie durch das Bet·atigungsglied bei entsprechender Aktivierung auslenkbar sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung n·aher erl·autert. In dieser zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des pneumatischen Expanders, Fig. 2 einen L·angsschnitt durch den Expander aus Fig. 1 gem·ass Schnittlinie II-II aus Fig. 3, ohne Darstellung der zur Bet·atigung vorgesehenen Handgriffe, wobei die interne Kanalf·uhrung der besseren ·Ubersichtlichkeit wegen abweichend von den aus Fig. 3 ersichtlichen tats·achlichen Gegebenheiten abgebildet ist, Fig. 3 einen Querschnitt durch den pneumatischen Expander gem·ass Schnittlinie III-III aus Fig. 2, Fig. 4 ein Funktionsschaltbild des pneumatischen Expanders, wobei der umrahmte Bereich eine in bevorzugter Weise ausgestattete Steuerventileinrichtung wiedergibt, Fig. 5 eine Einzeldarstellung einer bevorzugten Bauform der Steuerventileinrichtung und Fig. 6 den in Fig.

5 markierten Ausschnitt VI in vergr·osserter Darstellung.

Der in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete pneumatische Expander ist ein zu Trainingszwecken, insbesondere f·ur den Muskelaufbau, einsetzbares Sportger·at, das vom Anwender im Regelfall zweih·andig betrieben wird.

In der aus der Zeichnung ersichtlichen bevorzugten Bauform besitzt der Expander ein l·angliches Hauptgeh·ause 2, dessen L·angsachse bei 3 strichpunktiert angedeutet ist, sowie zwei Bet·atigungseinheiten 4a, 4b, die beide in Richtung der L·angsachse 3 relativ zu dem Hauptgeh·ause 2 verstellbar und insbesondere verschiebbar sind. Die Bet·atigungseinheiten 4a, 4b k·onnen insbesondere in einander jeweils entgegengesetzten Richtungen bewegt werden, sodass sie sich entweder voneinander entfernen oder einander ann·ahern. Ihre m·oglichen Bewegungen, die parallel zueinander verlaufen, sind bei 5a, 5b durch Doppelpfeile angedeutet.

Das Hauptgeh·ause 2 besitzt ein als Hohlk·orper konzipiertes l·angliches Zentralteil 6, an das stirnseitig unter Abdichtung zwei Geh·ausedeckel 7a, 7b angesetzt sind. Das Zentralteil 6 hat rohrf·ormigen Charakter und ist von mehreren linear verlaufenden Kan·alen 8 durchsetzt, die parallel zur L·angsachse 3 ausgerichtet sind und zu den beiden Stirnfl·achen 12a, 12b des Zentralteils 6 ausm·unden. Die M·undungen sind dort durch die beiden Geh·ausedeckel 7a, 7b abgedeckt, sodass sich zur Umgebung hin abgeschlossene Geh·ausekammern 13 ergeben, die in L·angsrichtung des Hauptgeh·auses 2 verlaufen und in diesem l·angsseits nebeneinander angeordnet sind. Zwei bevorzugt unmittelbar nebeneinander angeordnete Geh·ausekammern 13 bilden eine erste und eine zweite Arbeitskammer 14a, 14b. Eine weitere Geh·ausekammer 13 bildet eine Luftspeicherkammer 15.

Und schliesslich fungiert eine vierte Geh·ausekammer 13 zur Aufnahme einer noch zu erl·auternden Steuerventileinrichtung 17 und sei daher als Steuerkammer 16 bezeichnet.

Bei Bedarf w·are auch eine gr·ossere Anzahl von Geh·ausekammern 13 m·oglich. Auf diese Weise k·onnten beispielsweise mehrere zueinander parallele Luftspeicherkammern definiert werden.

Die beiden Bet·atigungseinheiten 4a, 4b sind bevorzugt identisch ausgebildet. Sie durchsetzen jeweils unter Abdichtung einen der beiden Geh·ausedeckel 7a, 7b und tauchen koaxial in eine der beiden Arbeitskammern 14a, 14b ein, sodass sie dem-entsprechend als erste und zweite Bet·atigungseinheiten 4a, 4b bezeichnet werden.

Jede Bet·atigungseinheit 4a, 4b besitzt einen unter Abdichtung in der zugeordneten Arbeitskammer 14a, 14b verschiebbar angeordneten Kompressionskolben 18. An diesem greift einenends eine Bet·atigungsstange 22 an, die den zugeordneten Geh·ausedeckel 7a, 7b durchsetzt und ausserhalb des Hauptgeh·auses 2 mit einem Krafteinleitungsabschnitt 23 versehen ist. Bei ihm handelt es sich insbesondere um einen ergonomisch gestalteten Handgriff, der sich mit einer Hand ergreifen l·asst, um die zum Ausf·uhren der Bewegungen 5a, 5b erforderlichen Bet·atigungskr·afte aufbringen zu k·onnen.

Durch den Kompressionskolben 18 wird eine jeweilige Arbeitskammer 14a, 14b in einen der Bet·atigungsstange 22 entgegengesetzten vorderen Kompressionsraum 24 und einen von der Bet·atigungsstange 22 durchsetzten, dem zugeh·origen Krafteinleitungsabschnitt 23 zugewandten hinteren Kompressionsraum 25 unterteilt. ·Uber in die Geh·ausewandung 26 des Hauptgeh·auses 2 integrierte Fluidkan·ale 27, deren Verlauf teilweise gestrichelt angedeutet ist, stehen s·amtliche Kompressionsr·aume 24, 25 fluidisch mit der Steuerventileinrichtung 17 in Verbindung. Diese Steuerventileinrichtung 17 kommuniziert ihrerseits ·uber einen ebenfalls in der Geh·ausewandung 26 verlaufenden Fluidkanal 27' mit der Luftspeicherkammer 15.

Auf diese Weise sind die Luftspeicherkammer 15 und die beiden Arbeitskammern 14a, 14b ·uber die ebenfalls im Hauptgeh·ause 2 angeordnete Steuerventileinrichtung 17 pneumatisch verkn·upfbar. Die Art der Verkn·upfung bestimmt den aktuellen Betriebsmodus des pneumatischen Expanders. Bevorzugt ist die Steuerventileinrichtung 17 so ausgebildet, dass sie zur Vorgabe unterschiedlicher Betriebsmodi des Expanders in verschiedene Schaltzust·ande verbracht werden kann. Die Auslegung ist dabei insbesondere so getroffen, dass die Steuerventileinrichtung 17 den jeweils eingestellten Schaltzustand ohne Energiezufuhr stabil beibeh·alt.

Dies gestattet einen ·ausserst energiesparenden Betrieb, was dem bestimmungsgem·assen Einsatz des pneumatischen Expanders als Mobilger·at ·uberaus f·orderlich ist, weil bei kabellosem Betrieb die Kapazit·at an Bord befindlicher Energiespeicher 28 eine lange Betriebsdauer ohne Austausch oder Nachladen zul·asst.

Beim Ausf·uhrungsbeispiel sitzt der lediglich strichpunktiert angedeutete mindestens eine Energiespeicher 28 zweckm·assigerweise zusammen mit der Steuerventileinrichtung 17 in der Steuerkammer 16. Er kann allerdings ohne weiteres auch an anderer Stelle untergebracht werden, beispielsweise in einem durch einen Deckel 32 verschlossenen Fach einer im Bereich des Aussenumfanges des Hauptgeh·auses 2 vorgesehenen Bedieneinheit 33.

Die in Fig. 5 und 6 in einer besonders bevorzugten Ausstattungsvariante gezeigte Steuerventileinrichtung 17 ist zweckm·assigerweise eine selbsttragende Baueinheit, in der ihre Komponenten kompakt zusammengefasst sind. Sie hat eine l·angliche, schlanke Bauweise und kann somit optimal in der Steuerkammer 16 untergebracht werden. Beim Ausf·uhrungsbeispiel ist sie mit ihrer einen Stirnseite an eine Montageschnittstelle 46 an der Innenfl·ache des zugeordneten ersten Geh·ausedeckels 7a angeflanscht.

Im in die zugeordnete Arbeitskammer 14a, 14b eingefahrenen Zustand der Bet·atigungseinheiten 4a, 4b nehmen die Krafteinleitungsabschnitte 23 eine an die zugeordnete Stirnseite des Hauptgeh·auses 2 weitestm·oglich angen·aherte, zusammengeschobene Position ein. Die in den Arbeitskammern 14a, 14b liegenden L·angenabschnitte der Bet·atigungseinheiten 4a, 4b ·uberlappen sich in L·angsrichtung. F·ur beide Bet·atigungseinheiten 4a, 4b steht mithin ein relativ grosser Hub trotz kompakter L·angenabmessungen des Hauptgeh·auses 2 zur Verf·ugung.

F·ur den Betrieb des Expanders 1, also das Zusammenschieben und Auseinanderziehen der Krafteinleitungsabschnitte 23, ist es von Vorteil, wenn die Bet·atigungseinheiten 4a, 4b m·oglichst nahe beieinander liegen. Um dies zu beg·unstigen, haben die beiden Arbeitskammern 14a, 14b beim Ausf·uhrungsbeispiel, wie aus Fig. 3 ersichtlich, jeweils einen l·anglichen, flachen Querschnitt und sind so l·angsseits nebeneinander angeordnet, dass ihre strichpunktiert angedeuteten Hauptausdehnungsebenen 34a, 34b parallel zueinander verlaufen. Die Arbeitskammern haben im Querschnitt bevorzugt geradlinige L·angsseiten und abgerundete Schmalseiten.

Es ist dabei von Vorteil, wenn die beiden Arbeitskammern 14a, 14b im zentralen Bereich des Hauptgeh·auses 2 untergebracht sind, wie dies wiederum aus Fig. 3 exemplarisch ersichtlich ist.

Bevorzugt hat das Hauptgeh·ause 2 einen ovalen oder elliptischen Querschnitt. Die Luftspeicherkammer 15 und die Steuerkammer 16 sind zweckm·assigerweise im Bereich der beiden Hauptscheitel platziert und flankieren die beiden Arbeitskammern 14a, 14b auf einander entgegengesetzten L·angsseiten.

Von Vorteil ist es, wenn die beiden Arbeitskammern 14a, 14b mit Bezug zum genauen Zentrum des ovalen oder elliptischen Querschnittes zu einem der beiden Nebenscheitel hin versetzt sind. Dadurch ergibt sich im Bereich des anderen Nebenscheitels ein innerhalb des ovalen oder elliptischen Umrisses liegender Bereich, de,r in vorteilhafter Weise zur Ausbildung einer zum Aussenumfang des Hauptgeh·auses 2 hin offenen, l·angsverlaufenden Aufnahmevertiefung 36 genutzt wird, in der die schon erw·ahnte Bedieneinheit 33 platziert ist. Zur Befestigung der Bedieneinheit 33 am Hauptgeh·ause 2 sind geeignete Schrauben 37 vorgesehen, wobei allerdings auch eine andere Befestigungsart gew·ahlt werden kann.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Arbeitskammern 14a, 14b zweckm·assigerweise derart winkelm·assig im Innern des Hauptgeh·auses 2 ausgerichtet, dass ihre Hauptausdehnungsebenen 34a rechtwinkelig zur Hauptachse 35 des Hauptgeh·ause-Querschnittes verlaufen. Die L·angsachsen der beiden Bet·atigungseinheiten 4a, 4b liegen in einer zu den beiden Hauptausdehnungsebenen 34a, 34b rechtwinkeligen Ebene 39, die zu der Hauptachse 35 parallel beabstandet verl·auft.

Die geschilderte ovale bzw. elliptische Querschnittsform bezieht sich beim Ausf·uhrungsbeispiel auf sowohl das Zentralteil 6 als auch die beiden Geh·ausedeckel 7a, 7b. Letztere k·onnten unter Umst·anden allerdings auch eine abweichende Formgebung haben.

Bei dem Zentralteil 6 handelt es sich zweckm·assigerweise um ein Hohlprofilelement, das durch Strangpressen hergestellt wird. Es besteht insbesondere aus Aluminiummaterial. Bei der Herstellung k·onnen sowohl die Geh·ausekammern 13 als auch die sich ebenfalls ·uber die gesamte Baul·ange erstreckende Aufnahmevertiefung 36 sowie zumindest teilweise die Fluidkan·ale 27 direkt geformt werden. Dies erm·oglicht eine sehr kosteng·unstige Fertigung.

Die Bedieneinheit 33 besitzt zum Beispiel als Tasten oder Schalter ausgef·uhrte Bedienmittel 38, ·uber die das Ger·at einund ausgeschaltet werden kann und die bei entsprechender Ausstattung eine manuelle Vorwahl bestimmter Betriebsmodi zulassen. Dar·uber hinaus verf·ugt die Bedieneinheit 33 ·uber beim Ausf·uhrungsbeispiel von einem alphanumerischen Display gebildete Anzeigemittel 42, die beispielsweise den aktuellen Betriebsmodus, den Trainingsfortschritt oder sonstige Daten anzeigen k·onnen. Ausserdem ist die Bedieneinheit 33 bevorzugt mit elektronischen Steuermitteln 43 ausgestattet, die den Betriebsablauf ·uberwachen und die insbesondere in der Lage sind, durch ein enthaltenes Steuerprogramm eine bestimmte Trainingsabfolge in Verbindung mit einer geeigneten Ansteuerung der Steuerventileinrichtung 17 vorzugeben.

W·ahrend es prinzipiell m·oglich w·are, den pneumatischen Expander so auszulegen, dass er ·uber nur einen Betriebsmodus verf·ugt, ist es zu Gunsten eines optimalen Trainingsergebnisses sehr von Vorteil, wenn unterschiedliche Betriebsmodi vorgegeben werden k·onnen, wobei diese Vorgabe in Verbindung mit einer variablen pneumatischen Verkn·upfung zwischen der mindestens einen Luftspeicherkammer 15 und den beiden Antriebskammern 14a, 14b realisiert wird.

Wie schon erw·ahnt wurde, erfolgt die pneumatische Verkn·upfung der Steuerventileinrichtung 17 mit den beiden Arbeitskammern 14a, 14b und der Luftspeicherkammer 15 ·uber in die Geh·ausewandung des Hauptgeh·auses 2 integrierte Fluidkan·ale 27, 27', sodass keine aussen liegenden Fluidleitungen erforderlich sind. Eine besonders zweckm·assige Verkn·upfungsart ist beim Ausf·uhrungsbeispiel gegeben und wird auch aus dem schematischen Funktionsschaubild der Fig. 4 deutlich, in dem die Steuerventileinrichtung 17 durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet ist.

Der die Luftspeicherkammer 15 mit der Steuerventileinrichtung 17 verbindende Fluidkanal 27' verl·auft ausschliesslich im ersten Geh·ausedeckel 7a.

Die Verbindung der beiden Arbeitskammern 14a, 14b mit der Steuerventileinrichtung 17 erfolgt ·uber Fluidkan·ale 27, die teilweise im Zentralteil 6 und teilweise in den Geh·ausedekkeln 7a, 7b verlaufen. Dabei ist die Verkn·upfung insbesondere so gew·ahlt, dass die beiden vorderen Kompressionsr·aume 24 ·uber ein erstes Kanalsystem 44 fluidisch miteinander verbunden und gemeinsam an die Steuerventileinrichtung 17 angeschlossen sind, w·ahrend gleichzeitig die beiden hinteren Kompressionsr·aume 25 ·uber ein zweites Kanalsystem 45 ihrerseits fluidisch miteinander verbunden und ebenfalls gemeinsam an die Steuerventileinrichtung 17 angeschlossen sind.

Da die Bet·atigungseinheiten 4a, 4b von entgegengesetzten Stirnseiten her in das Hauptgeh·ause 2 eintauchen, sind sowohl die vorderen als auch die hinteren Kompressionsr·aume 24, 25 einander entgegengesetzten Stirnseiten des Hauptgeh·auses 2 zugeordnet. Die gemeinsame Verbindung s·amtlicher Fluidkan·ale mit der Steuerventileinrichtung 17 erfolgt ·uber die eine Montageschnittstelle 46, die ausschliesslich an der die Steuerkammer 16 ·uberdeckenden Innenfl·ache des ersten Geh·ausedeckels 7a vorgesehen ist, sodass auch die durch den entgegengesetzten zweiten Geh·ausedeckel 7b verschlossenen Kompressionsr·aume ·uber geeignete Fluidkan·ale 27 an die Montageschnittstelle 46 gef·uhrt werden m·ussen.

Zu diesem Zweck erstrecken sich l·angs der beiden Arbeitskammern 14a, 14b in der Geh·ausewandung des Zentralteils 6 verlaufende Kanalabschnitte des ersten und zweiten Kanalsystems 44, 45, die mittels ·Uberbr·uckungskan·alen 47 im zweiten Geh·ausedeckel 7b an den betreffenden Kompressionsraum angeschlossen sind. Die l·angs der Arbeitskammern 14a, 14b verlaufenden Kanalabschnitte sind bevorzugt im ·Ubergangsbereich zwischen den beiden Arbeitskammern 14a, 14b ausgebildet und verlaufen gemeinsam in einer Kanalebene 48, die parallel zu den Hauptausdehnungsebenen 34a, 34b ausgerichtet ist. Aus Gr·unden der ·Ubersichtlichkeit sind diese Kanalabschnitte in der Fig. 2 jedoch auf einander entgegengesetzten Seiten der beiden Arbeitskammern 14a, 14b eingezeichnet. Ein solcher Kanalverlauf w·are allerdings in der Praxis durchaus ebenfalls m·oglich.

Der pneumatische Expander ist so ausgelegt, dass durch eine hin- und hergehende gegensinnige Verlagerung der Bet·atigungseinheiten 4a, 4b in der an die Arbeitskammern 14a, 14b angeschlossenen Luftspeicherkammer 15 aus der Atmosph·are zugef·uhrte Luft komprimiert werden kann. Die hierzu erforderliche Kraft wird vom Anwender des Expanders aufgebracht, sodass sich ein Trainingseffekt einstellt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen in Einzeldarstellung eine bevorzugte Ausf·uhrungsform der Steuerventileinrichtung 17, die unterschiedliche Schaltzust·ande einnehmen kann, um verschiedene Betriebsmodi des pneumatischen Expanders 1 vorzugeben. In der schematischen Darstellung der Fig. 4 ist diese Steuerventileinrichtung 17 gestrichelt umrandet dargestellt.

Die Steuerventileinrichtung 17 enth·alt mehrere Steuerventile 52, die bevorzugt zu einer Baueinheit zusammengefasst sind und die zur Vorgabe der gew·unschten Schaltzust·ande mit unterschiedlichen Schaltmustern bet·atigt werden k·onnen. Die Steuerventile 52 sind bevorzugt als 2/2-Wege-Sitzventile ausgebildet und sind beim Ausf·uhrungsbeispiel vom Typ "Normalerweise Geschlossen".

Die Anzahl der Steuerventile 52 variiert in Abh·angigkeit von der gew·unschten Funktionalit·at des Expanders 1. Beim Ausf·uhrungsbeispiel sind insgesamt sechs Steuerventile 52 vorgesehen. Daneben enth·alt die Steuerventileinrichtung 17 noch vier R·uckschlagventile 53 und eine Drosseleinrichtung 54, die aber lediglich in Fig. 4 angedeutet sind.

Bei der in der Zeichnung abgebildeten bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung sind die Steuerventile 52 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei zwei Gruppen zu je drei in der L·angsrichtung 55 der Steuerventileinrichtung 17 hintereinander angeordneter Steuerventile vorhanden sind, wobei diese beiden Dreiergruppen nebeneinander liegen. Der Schnitt der Figur 5 verl·auft durch eine der Dreiergruppen. Die sechs Steuerventile 52 besitzen ein gemeinsames Steuerventilgeh·ause 56, in dem die Ventilglieder 57 der einzelnen Steuerventile 52 verstellbar untergebracht sind.

Jedes Ventilglied 57 kann eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Umschaltbewegung 58 ausf·uhren, um wahlweise in einer in Fig. 6 links abgebildeten Grundstellung oder einer in Fig. 6 rechts abgebildeten, bez·uglich der Grundstellung ausgelenkten Schaltstellung positioniert zu werden.

Die Grundstellung entspricht beim Ausf·uhrungsbeispiel einer Schliessstellung, w·ahrend die ausgelenkte Schaltstellung eine Offenstellung bildet. Durch eine Federeinrichtung 62 ist jedes Ventilglied in die Grundstellung vorgespannt.

Die Umschaltkraft wird einem jeweiligen Ventilglied 57 unter Vermittlung eines mit dem Ventilglied 57 bewegungsgekoppelten Antriebsst·ossels 63 auferlegt. Dieser Antriebsst·ossel 63 ist beim Ausf·uhrungsbeispiel einst·uckig mit dem jeweils zugeordneten Ventilglied 57 ausgebildet, wobei er eine L·angserstrekkung hat, die mit der Verstellrichtung 58 des Ventilgliedes 57 zusammenf·allt.

Alle Antriebsst·ossel 63 der sich aus den sechs Steuerventilen 52 zusammensetzenden Ventilmatrix weisen in die gleiche Richtung und enden mit in einer gemeinsamen Ebene liegenden Beaufschlagungsk·opfen 64. In der Grundstellung ragen die Antriebsst·ossel 63 mit ihren Beaufschlagungsk·opfen 64 ein St·uck weit aus dem Steuerventilgeh·ause 56 heraus.

Zur Bet·atigung der Steuerventile 52 ist die Steuerventileinrichtung 17 mit einer Antriebseinrichtung 65 ausgestattet. Diese ist ausgebildet, um ein elektrisch aktiviertes Umschalten zwischen den einzelnen Schaltzust·anden zu erm·oglichen. Die Steuerbefehle f·ur die entsprechende Aktivierung erh·alt die Antriebseinrichtung 65 von den elektronischen Steuermitteln 43 der Bedieneinheit 33.

Die Antriebseinrichtung 65 verf·ugt ·uber ein Bet·atigungsglied 66, das mit den Antriebsst·osseln 63 kooperieren kann und das entsprechend den gew·unschten Schaltmustern 68 codiert ist. Durch einen Elektromotor 67 oder ein anderes elektrisch bet·atigbares Stellglied kann das Bet·atigungsglied in unterschiedlichen Steuerstellungen mit Bezug zu den Beaufschlagungsk·opfen 64 positioniert werden, in denen es mit jeweils einem der von ihm vorgegebenen Schaltmuster 68 mit den Beaufschlagungsk·opfen 64 zusammenarbeitet und dementsprechend die zugeordneten Ventilglieder 57 entweder in der Grundstellung bel·asst oder in die ausgelenkte Schaltstellung umschaltet.

Beim Ausf·uhrungsbeispiel ist das Bet·atigungsglied 66 schieberartig ausgebildet und gem·ass Doppelpfeil 72 in einer zur Verstellrichtung 58 der Ventilglieder 57 rechtwinkeligen Richtung verfahrbar. Auf diese Weise kann es ·uber die mit den Ventilgliedern 57 bewegungsgekoppelten Antriebsst·ossel 63 hinweg bewegt werden. Die Schaltmuster 68 sind durch eine gewisse Verteilung an Vertiefungen 73 und Erhebungen 74 gebildet, wobei ein Ventilglied 57 in der Grundstellung verbleibt, wenn es einer Vertiefung 73 gegen·uberliegt, und in die ausgelenkte Schaltstellung verlagert wird, wenn ihm eine Erhebung 74 vorgelagert ist. Nimmt das Bet·atigungsglied 66 eine Position ein, in der es einen Antriebsst·ossel 63 nicht ·ubergreift, ergibt sich ein Zustand vergleichbar einer dem Antriebsst·ossel 63 zugeordneten Vertiefung 73, sodass das Ventilglied 57 die Grundstellung einnimmt.

Durch das Bet·atigungsglied 66 wird somit quasi eine Nockensteuerung f·ur die Ventilglieder 57 geschaffen.

Beim Ausf·uhrungsbeispiel steht das Bet·atigungsglied 66 mit einer sich l·angs des Verstellweges 72 erstreckenden Gewindespindel 75 in Schraubeingriff, die mit dem Elektromotor 67 antriebsm·assig gekoppelt ist, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Getriebes 76.

In Fig. 5 lediglich strichpunktiert angedeutete Positionserfassungsmittel 77 dienen dazu, die einzelnen Steuerstellungen des Bet·atigungsgliedes 66 zu erfassen und an die elektronischen Steuermittel 43 zur·uckzumelden. Dadurch ist ein koordinierter Betrieb m·oglich.

Da lediglich f·ur die Positions·anderung des Bet·atigungsgliedes elektrische Energie ben·otigt wird, nicht jedoch f·ur das Halten der Ventilglieder 57 in der jeweiligen Stellung, arbeitet der pneumatische Expander ·ausserst energiesparend. Die Grundstellung der Ventilglieder 57 wird durch die Federeinrichtungen 62 fixiert. Die ausgelenkte Schaltstellung wird durch das den jeweiligen Antriebsst·ossel 63 ·ubergreifende Bet·atigungsglied 66 gehalten, wobei ein unbeabsichtigtes Verstellen ausgeschlossen ist, weil die Verstellrichtung 58 der Ventilglieder 57 nicht mit der Verstellrichtung 72 des Bet·atigungsgliedes 66 zusammenf·allt.

Bei einer kosteng·unstigeren Variante des pneumatischen Expanders 1 verf·ugt die Antriebseinrichtung 65 nicht ·uber elektrisch aktivierbare Antriebsmittel. Die Vorgabe der Steuerstellungen des Bet·atigungsgliedes 66 erfolgt in diesem Falle rein manuell. An dem Bet·atigungsglied 66 ist dann zweckm·assigerweise ein Handhabungselement 78 vorgesehen, auf das manuell eingewirkt werden kann, um die f·ur das Umpositionieren erforderliche Stellkraft aufzubringen.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 4 eine bevorzugte Betriebsweise des pneumatischen Expanders erl·autert.

Anf·anglich wird durch entsprechende Positionierung des Bet·atigungsgliedes 66 ein Schaltzustand der Steuerventileinrichtung 17 vorgegeben, die einen ersten Betriebsmodus zur Folge hat. In diesem ersten Betriebsmodus (Einstellmodus) wird durch das Einschieben der Bet·atigungseinheiten 4a, 4b Luft aus den vorderen Kompressionsr·aumen 24 verdr·angt und ·uber ein in die Offenstellung verbrachtes erstes Steuerventil 52a sowie ein mit diesem in Reihe geschaltetes erstes R·uckschlagventil 53a in die Luftspeicherkammer 15 gedr·uckt. Das erste R·uckschlagventil 53a verhindert, dass die komprimierte Luft in der Gegenrichtung zur·uckstr·omt.

Werden die Bet·atigungseinheiten 4a, 4b aus dem Hauptgeh·ause 2 herausgezogen, str·omt Luft aus der Umgebung ·uber ein zweites R·uckschlagventil 53b in die vorderen Kompressionsr·aume 24 nach, die beim anschliessenden neuerlichen Einfahren der Bet·atigungseinheiten 4a, 4b durch die Kompressionskolben 18 wiederum in die Luftspeicherkammer 15 verdr·angt wird.

Da die hinteren Kompressionsr·aume 25 gleichzeitig ·uber ein in der Offenstellung befindliches zweites Steuerventil 52b mit der Atmosph·are verbunden sind, kann die Luft bez·uglich der hinteren Kompressionsr·aume 25 ungehindert ein- und ausstr·omen.

Hat sich in der Luftspeicherkammer 15 der gew·unschte Druckaufbau eingestellt - dieser kann durch einen Drucksensor 71 ·uberwacht werden -, erfolgt ein Umschalten in einen zweiten Betriebsmodus. Dieser erm·oglicht einen dr·uckenden Trainingsbetrieb des Expanders. Dabei wird die in der Luftspeicherkammer 15 komprimierte Luft ·uber ein ge·offnetes drittes Steuerventil 52c und das ebenfalls offene erste Steuerventil 52a teilweise in die vorderen Kompressionsr·aume 24 entspannt. Durch erneutes Einfahren der Kompressionskolben 18 wird das im System befindliche Gesamtvolumen, also dasjenige der beiden vorderen Kompressionsr·aume 24 und das der Luftspeicherkammer 15, um das Volumen der vorderen Kompressionsr·aume 24 reduziert, sodass der Druck ansteigt und der Anwender des Expanders eine entsprechende Stellkraft aus·uben muss.

Ein weiterer dritter Betriebsmodus ist mit dem ersten Betriebsmodus vergleichbar, allerdings mit dem Unterschied, dass dann beim Herausziehen der Bet·atigungseinheiten 4a, 4b die Luft aus den hinteren Zylinderkammern 25 ·uber ein dann offenes viertes Steuerventil 52d und das erste R·uckschlagventil 53a in die Luftkammer 15 gef·ordert wird. Beim Hineindr·ukken der Bet·atigungseinheiten 4a, 4b wird'neue Luft aus der Umgebung ·uber ein drittes R·uckschlagventil 53c angesaugt. Die vorderen Kompressionsr·aume 24 stehen dabei ·uber ein f·unftes Steuerventil 52e st·andig mit der Atmosph·are in Verbindung.

An den dritten Betriebsmodus kann sich ein vierter Betriebsmodus anschliessen, der einen ziehenden Trainingsbetrieb darstellt. Die Funktion ist analog derjenigen des zweiten Betriebsmodus, wobei nun allerdings vom Anwender des Expanders gegen den Druck in den hinteren Kompressionsr·aumen 25 gearbeitet werden muss. Hierbei nehmen das dritte und vierte Steuerventil 52c, 52d die Offenstellung ein.

Um das gesamte System zu entl·uften, kann ein f·unfter Betriebsmodus eingestellt werden, bei dem ein an die Luftspeicherkammer 15 angeschlossenes sechstes Steuerventil 52f ·uber die Drosseleinrichtung 54 eine Verbindung zur Atmosph·are herstellt.

Ein viertes R·uckschlagventil 53d kann die Funktion eines Sicherheits-·Uberdruckventils ·ubernehmen.

Innerhalb des pneumatischen Expanders bilden die beiden Arbeitskammern 14a, 14b zusammen mit den ihnen zugeordneten ersten und zweiten Bet·atigungseinheiten 4a, 4b jeweils praktisch eine manuell bet·atigbare, doppeltwirkende Pumpe, durch die Luft verdr·angt wird, wobei die gegen den anstehenden Druck auszu·ubende Arbeit f·ur den gew·unschten k·orperlichen Ert·uchtigungseffekt sorgt. Beide Pumpeneinheiten 14a, 4a; 14b, 4b sind ·uber die Steuerventileinrichtung 17 an die Luftspeicherkammer 15 angeschlossen, wobei die Steuerventileinrichtung 17 aufgrund ihrer ventiltechnischen Ausstattung in der Lage ist, entsprechend dem eingestellten Schaltzustand eine bestimmte Art der Verkn·upfung, auch unter Einbeziehung der Atmosph·are, vorzugeben.