专利名称：阻力组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于健身器械的阻力组件。
背景技术：
健身器械使用例如配重、配重板、弹性带、弹簧和类似物来提供使用者可以用来健身的阻力。已经发现在许多这些器械中根据情况作为使用者克服阻力运动其手臂或腿的距离的行程长度必须合理的长，并因此健身器械的尺寸必须很大。
最好是使用者在该行程长度上经受大致恒定的阻力。如果使用弹簧或螺栓部件来提供该阻力，如公知，弹簧的特性是其阻力随弹簧变形或多或少线性地增加。换言之，该阻力装置运动越大，抵抗使用者运动的阻力越大。这当然不是所需的性能。
如果使用一个或多个配重来提供阻力，在行程长度上可以获得大致恒定的阻力。当身体强健的使用者使用健身器械时，必须提供的配重的数量是可观的，并且所伴随的缺点是健身器械不容易运输，并且不可避免的是健身器械非常笨重并输送给消费者的成本很高。
另一个因素是作为当能量通过使用者输入健身器械时通过该阻力装置显示出来的阻力的正阻力应该尽可能与存储在该健身器械中的能量在返回行程上释放时造成的负阻力相同。如果摩擦和类似的损失最小化，这些力只可以至少在某些程度上相互匹配。
特别对于针对家庭使用者的装置，可以相对方便的方式调整由健身器械显示的阻力。如所述，该健身器械应该紧凑并重量轻，使其适合运输和储藏。还希望能够以至少两种模式使用该器械，即通过向下拉动可以是例如手柄、杆、踝套或腕套或类似物的致动装置克服阻力，或者通过向上拉动致动装置克服阻力。这些模式只通过实例给出，使得该健身器械可构造成提供克服例如使用者的推动或转动的任何类型运动的阻力。
发明内容
本发明提供一种用于健身器械的阻力组件，该健身器械包括具有第一截面面积的细长的第一缸，使用时用气体加压的第一缸的内部，带有第一端部和第二端部的细长构件，该细长构件部分延伸到该第一缸内，其中该第一端部位于该第一缸的内部，第二端部位于该第二缸的外部，该细长构件安装成在其纵向相对于该第一缸进行往复运动，其中该细长构件在运动进入该第一缸内部的距离为1时，所移动气体的容积由表达式1×a给出，其中a是小于第一横截面面积的第二横截面面积，在从位于细长构件上的该第一缸外部的位置和该第一缸上位置中所选择的位置处的构造用于连接到致动装置上由此使用者可造成该细长构件相对于该第一缸的运动。
该阻力组件可包括通过气体加压该第一缸内部的设备。
在一个实施例中，该细长构件是带有中空内部的管件，该第一端部开口并与该第一缸的内部连通，并该且第二端部密封。
最好是该中空内部的横截面面积等于该第二横截面面积。
在本发明的第二形式中，该细长构件具有等于该第二横截面面积的横截面面积。
在本发明的该形式中，该细长构件可以是实体的，或者如果是管件，其内端部是密封的。
该组件可包括带有内和外侧的活塞头，该活塞头固定在该细长构件的第一端部上，并与该第一缸的内表面接合，并用来引导该细长构件的往复运动，并且其中在该第一缸的内部，该活塞头的内侧上的气体压力与该活塞头外侧上的气体压力相同。
该活塞头在该第一缸的内部并在该活塞头的内侧和该活塞头的外侧之间包括至少一使得气体自由运动的构造。
该至少一构造可以是位于活塞头内并在活塞头的内侧和外侧之间的通道。
在本发明的另一形式中，该阻力组件包括至少部分位于该第一缸内并包括内端部和外端部的第二缸，该第二缸内部的至少一部分通过该内端部与该第一缸的内部气体连通；部分延伸到该第二缸内的细长构件，其中该细长构件的第一端部位于该第二缸的内部，并且该细长构件的第二端部从该第二缸的外端部延伸，该细长构件的往复运动发生在该第二缸内；以及位于该细长构件的第一端部处的活塞头，该活塞头与该第二缸的相对内表面密封和往复运动地接触。
本发明将通过实例参考附图进行说明图1是包括阻力组件的本发明的健身器械在即可使用状态下的侧视图；图2是从该器械的前部的透视图，其中拆卸有些部件以简化说明；图3表示图1的健身器械的运动部件；图4表示采用在图1～3的器械内的不同类型的阻力组件；图5是按照本发明的阻力组件的另一类型；以及图6是示意表示现有技术类型的阻力组件。
具体实施例方式
图1～3表示使用按照本发明第一形式的阻力组件的健身器械10。
该健身器械包括框架12，该框架连接有座椅16，使用者可坐在座椅上，用于使用者后背的靠背18定位在座椅上。为了储藏和运输的目的，通常由一个或多个支杆20支承的座椅16可以向下折叠，使其大致平行于框架，同时以类似的方式由一个或多个支杆22支承的靠背可以向框架枢转以便采取紧凑的位置。特别是如果该靠背运动到框架该框架的紧凑储藏位置时，结构24可使用在框架的上端部上以便用于载有健身顺序的信息的卡片的保持器。
该框架通过向下悬置的U形构件28相对于地面26支承在倾斜位置上，该U形构件在枢转点30处连接在框架12后侧的支架32上。U形构件28可向内朝框架12运动以便于储藏和运输，或如图1所示可运动离开框架以便为框架提供最大程度的稳定支承。
该健身器械在框架底部包括踏板36。该踏板形成壳体，电马达38和由马达驱动并通过柔性管42将空气输送到由框架12支承的缸44的空气泵或压缩机定位在壳体中。
踏板壳体的上表面46是锯齿形的或进行粗糙化，而且提供作用表面，定位在座椅上的使用者的脚作用在该作用表面上。
柔性电线50从马达延伸到主电源上，未示出。踏板36上的开关52可通过使用者的脚致动以便将马达38连接在主电源上或将该电源关闭。以此方式，马达38的操作可以进行控制。压力释放阀60通过柔性线62连接在缸44上。压力释放阀还可通过使用者的脚来操作。由此使用者可以将压缩机开启并由此加压缸44；将压缩机关闭，或通过致动阀60来降低缸内的压力。
按照本发明的第一形式，缸44连接在活塞70上以便组成为使用者提供阻力的的组件72。其实施方法在下面描述。缸44具有密封并安装在带轮的承载件76上的下端部74。活塞70具有安装成在缸内往复运动的活塞头78和从该头延伸的活塞杆80。杆的上端部安装在位于上部的带轮承载件82上。
第一滑轮和缆绳系统84安装成作用在下承载件76上，同时第二滑轮和缆绳系统86安装成作用在上承载件82上。系统84包括一对通过一系列滑轮92A～92E之上的缆绳90相互连接的手柄88A和88B。滑轮92C通过经过该承载件上的滑轮100A和100B之上的缆绳98连接在承载件76上。缆绳98的端部连接在框架12上的锚固点102上。
系统86分别具有位于通过滑轮112A～112E之上的缆绳110的框架的下侧处的手柄108A和108B。滑轮112C通过经过安装在该支承件上的滑轮116A和116B之上的缆绳114连接在承载件82上。
从图2看出活塞头78只作用在缸内引导容积内。活塞头形成多个以缺口或切口120为形式的构造，该构造限定通过该活塞头的通道并因此活塞头一侧上的缸内压力与该头的相对侧上的压力相同。
活塞杆80是带有中空内部122的管件。插塞124密封杆80的上端部。连接在活塞头78上的杆的下端部开口，并形成使得缸44的内部与杆的中空内部连通的开口126。
当使用健身器械时，框架12定位成使其具有图1所示的定向。使用者可在健身时坐、跪或站立。假设使用者通过其后背贴靠靠背18来将自己定位在座椅16上。使用者用他的一只脚致动开关52并且马达38启动并接着驱动压缩机40。一旦缸44的内部已经加压到所需空气压力时，马达关闭。如果缸内压力过高，压力释放阀60致动使得空气从缸内释放。因此使用者可使用脚操作的控制装置52和60相对容易地调整或控制缸内压力。
假设使用者抓握上手柄88A和88B并将手柄向下拉，如图3箭头130所示。由于滑轮和缆绳系统84，下承载件76升高并且缸随着通过往复运动进入缸内的活塞升高。当杆80被迫进入缸时，产生趋于反作用所示运动的阻力。由缸和中空活塞杆80内的加压空气占据的有效容积根据杆延伸到缸44内的程度来减少。
如果缸44内部的压力相对较高，那么需要相当大的力运动杆80进入缸。但是由于与缸44的容积相比，杆80的内部容积相对较小，当杆以更大程度运动到缸内时，需要将杆运动到缸内的力只略微增加。换言之，在由手柄88A和88B的向下运动表示的行程长度上，由活塞和缸组件72表示的阻力只略微增加。
由于系统84的机械增益，手柄88A和88B的行程长度是活塞进入缸的行程长度的四倍。因此与健身器械的行程长度相比，活塞和缸组件可相对紧凑。所伴随的优点在于当组件伸缩时，由于活塞相对于缸的运动程度受到限制，缸内压力的变化受到限制。
在组件72的所述伸缩运动期间，活塞杆的上端部由承载件82支承，该承载件继而通过框架12上的支承构件或结构140支承。另一方面，当抓握手柄108A和108B并以箭头142的方向向上拉时，上承载件82向下运动并且通过框架上的与支承构件140相对的支承或支承构件146防止安装在下承载件76上的缸44的下端部74运动。
与活塞进入缸的行程长度相比，手柄108A和108B显示出与手柄88A和88B相同的相对长的行程长度。
健身器械10具有多个显著的优点。首先，使用者可以调整缸44内的压力，并且这意味着使用者按照其身体条件即使在健身时也可调整阻力。根据情况不同，使用者不需要从手柄88或108上脱开手即可进行调整。其次，如所述，当使用手柄88或108时造成的行程长度是活塞进入缸的行程长度的四倍。这使得健身器械具有紧凑的结构。
第三，每个系统84和86内的滑轮的数量相对少，并且这意味着摩擦损失保持很低。因此由活塞和缸组件72显示的正阻力(即当手柄88在箭头130的方向上运动时或手柄108在箭头142的方向上运动时所产生的力)只略微大于作为当缸44内的空气彭胀以便将活塞和缸组件恢复到其延伸位置时产生的力的负阻力。
已经提到的另一优点在于当杆运动到缸内时需要驱动活塞杆进一步进入缸的力只略微增加。该力是缸内压力的函数，并且如果该压力足够高，当活塞运动到缸内时力的相对增加是比较低的。力增加的程度是缸44和中空杆80内部的相对容积的函数。
该健身器械重量轻。该阻力通过使用缸和活塞组件产生的，该组件通过使用者将空气加压到可以调整的选择和受控的水平上。该健身器械可紧凑地折叠成相对平的配置，在不使用时可例如储藏在床下或门后。在这种情况下，应该看到压缩机和马达安装在壳体36内并因此与该健身器械整体相关。如图1弯曲箭头158所示，需要时壳体可向上折叠到靠近框架的紧凑的储藏位置。该健身器械因此是弯曲整装的单元并只需要连接到电源上以便操作。然而，可采用相同原理来设置健身器械，该器械可以是多个类似器械之一并通过远程安装的压缩机加压。如果需要每个器械中的压力可通过每个各自使用者控制。
在每种情况下，该控制是脚操作的。但是还可采用手操作、远程驱动或声音驱动控制装置来调整缸内压力。
按照本发明的第二形式，图4示意表示用来代替图2和3所示阻力组件72的阻力组件160。阻力组件160具有多个与组件72的类似处，其中相同的参考标号用来表示相同的部件。组件160未表示安装在健身器械中。它可以与组件72相同的方式使用，如图1～3所示，或使用在适当设计的任何其他健身器械中。类似说明适于组件72。
组件72和组件160之间的主要区别在于组件160中标号为80A的活塞杆是实体的。作为选择，如果该杆是中空的，杆的标号为126A的下端部通过板或插塞密封，使其气密。
缸44的内部如所述通过压缩机或气缸加压。
活塞头78还具有缺口或切口120，该切口确保活塞头上侧的缸内用来与活塞头的下侧上的压力相同。
当活塞杆相对于缸(其中缸不动)运动或如果使得缸相对于该活塞杆(其中活塞杆不动)往复运动，当杆80A以更大程度进入到该缸时缸内空气进一步加压，而当杆从缸中缩回时压力略微降低。除了组件72中加压空气占据的最大容积等于缸的容积和活塞杆内部容积的总和以及最小容积等于缸的容积减去活塞杆的壁容积之外，该操作与阻力组件72大致相同。对于组件160，由加压空气占据的最大容积略微小于组件72并等于缸的容积。最小容积同样略微减少，其中该容积等于缸容积减去实体和密封活塞杆的容积。但是基本上阻力组件160提供与阻力组件72相同的优点。
图5表示同样等同于组件72的第三阻力组件166。组件166包括第一或外缸168和定位在缸168内侧的第二缸170。缸170的下端部172开口并由其中形成多个孔176的板174支承。缸170的上端部由与缸168和170密封接合并包括活塞杆184延伸通过其中的孔或插塞182的板180支承。活塞杆的前端186载有活塞头188，该活塞头与第二缸170的内表面190滑动和密封接合。杆184的外或上端部192与健身器械(未示出)上的载体结构82接合。类似地，缸168的下端部连接在健身器械的载体结构76上。阻力组件166可例如以图2所示的方式使用，但绝不是要作出限制，该阻力组件可使用在任何适当设计的健身器械中。
缸168和缸170通过来自适当压缩机或气缸(未示出)内的加压空气同时加压。
活塞头188进行与图2所示中空杆80或图7所示实体缸80A相同的功能，以便当活塞头188进入缸170时，两个缸中的空气根据通过前进的活塞头移位的空气总量加压。
使用本发明健身器械时，升高的位置应该与图6示意表示的现有技术的位置相比较，图6表示用来自例如压缩机的空气源202的空气加压的储槽或蓄能器200。结构相对小的单独的阻力缸204通过管205连接在该储槽上。缸204包括带有活塞头208的活塞杆206，该活塞头安装成在缸204内往复和密封运动。从现有技术文件中看出，由于需要至少两个单独的缸，使用图6所示的现有技术配置的健身器械很笨重。如果现有技术的配置采用在健身器械中，那么将难以提供在不操作的储藏模式下适于方便运输或储藏的紧凑健身器械。但是此特定的目的通过使用按照本发明阻力组件的健身器械来实现。
采用阻力组件72和160，该活塞杆的有效截面面积确定该活塞杆运动到该缸内时移动的空气容积。参考图2，假设该活塞杆在其中空内部具有截面面积a，缸44具有截面面积A。当该杆运动到缸内距离1时，移动的空气容积由表达式1×a给出。由于该截面面积显著小于缸44的截面面积A，缸内压力的变化相对小，并且最大程度上该活塞克服不随着活塞杆的运动显著增加的力进行运动。
在图4实施例中，实体活塞杆80A的截面面积是a，并且当活塞杆进入缸44的距离为1时，移动空气的容积是a×1，该容积显著小于如果活塞头78很大并且密封地与缸44接合的情况。
在图5实施例中，活塞288的截面面积是a，并且当活塞进入缸270的距离为1时，移动空气的容积由表达式a×1给出。
在所有三个实施例中，根据情况，如果a显著小于缸44的截面面积A或缸168的有效截面面积，那么当活塞从其完全从缸缩回的位置运动到其完全插入缸的位置，阻力只是边际增加。尽管可以采用图6所示的现有技术配置来实现空气压力的相对小的变化，这需要以至少一占有另外空间的部件为代价。
A与a的比例应该至少是6，但最好更高。在此方面，在活塞行程期间所产生的阻力(这是a和缸内空气压力乘积的函数)和阻力变化之间必须形成折中。
权利要求
1.一种用于健身器械的阻力组件，该健身器械包括具有第一截面面积的细长的第一缸，使用时用气体加压的第一缸的内部，带有第一端部和第二端部的细长构件，该细长构件部分延伸到该第一缸内，其中该第一端部位于该第一缸的内部，第二端部位于该第二缸的外部，该细长构件安装成在其纵向相对于该第一缸进行往复运动，其中该细长构件在运动进入该第一缸内部的距离为1时，所移动气体的容积由表达式1×a给出，其中a是小于第一横截面面积的第二横截面面积，在从位于细长构件上的该第一缸外部的位置和该第一缸上位置中所选择的位置处的构造用于连接到致动装置上由此使用者可造成该细长构件相对于该第一缸的运动。
2.如权利要求1所述的阻力组件，其特征在于，其包括通过气体加压该第一缸内部的设备
3.如权利要求1所述的阻力组件，其特征在于，该细长构件是带有中空内部的管件，该第一端部开口并与该第一缸的内部连通，并该第二端部密封。
4.如权利要求3所述的阻力组件，其特征在于，该中空内部的横截面面积等于该第二横截面面积。
5.如权利要求1所述的阻力组件，其特征在于，该细长构件具有等于该第二横截面面积的横截面面积。
6.如权利要求5所述的阻力组件，其特征在于，该细长构件是实体的。
7.如权利要求1所述的阻力组件，其特征在于，该组件包括带有内和外侧的活塞头，该活塞头固定在该细长构件的第一端部上，并与该第一缸的内表面接合，并用来引导该细长构件的往复运动，并且其中在该第一缸的内部，该活塞头的内侧上的气体压力与该活塞头外侧上的气体压力相同。
8.如权利要求7所述的阻力组件，其特征在于，该活塞头在该第一缸的内部并在该活塞头的内侧和该活塞头的外侧之间包括至少一使得气体自由运动的构造。
9.如权利要求8所述的阻力组件，其特征在于，该至少一构造是位于该活塞头内并在该活塞头的内侧和外侧之间的通道。
10.如权利要求1所述的阻力组件，其特征在于，该阻力组件包括至少部分位于该第一缸内并包括内端部和外端部的第二缸，该第二缸内部的至少一部分通过该内端部与该第一缸的内部气体连通；部分延伸到该第二缸内的细长构件，其中该细长构件的第一端部位于该第二缸的内部，并且该细长构件的第二端部从该第二缸的外端部延伸，该细长构件的往复运动发生在该第二缸内；以及位于该细长构件的第一端部处的活塞头，该活塞头与该第二缸的相对内表面密封和往复运动地接触。
11.如权利要求1所述的阻力组件，其特征在于，该第一横截面截面的尺寸至少是该第二横截面面积的尺寸的六倍。
全文摘要
一种用于健身器械的阻力组件，该健身器械包括具有第一截面面积的细长的第一缸，使用时用气体加压的第一缸的内部，带有第一端部和第二端部的细长构件，该细长构件部分延伸到该第一缸内，其中该第一端部位于该第一缸的内部，第二端部位于该第二缸的外部，该细长构件安装成在其纵向相对于该第一缸进行往复运动，其中该细长构件在运动进入该第一缸内部的距离为1时，所移动气体的容积由表达式1×a给出，其中a是小于第一横截面面积的第二横截面面积，在从位于细长构件上的该第一缸外部的位置和该第一缸上位置中所选择的位置处的构造用于连接到致动装置上由此使用者可造成该细长构件相对于该第一缸的运动。
文档编号A63B21/008GK1602219SQ03800677
公开日2005年3月30日 申请日期2003年10月20日 优先权日2003年1月15日
发明者威廉·约翰尼斯·范·斯特拉坦, 迈克尔·罗伊登·普齐 申请人:格林豪塞国际有限公司