Brevet FR2946542A1 — publié le 20101217

Titre de l'invention Appareil de musculation offrant un différentiel de charge entre les modes concentriques et excentriques d'exercice Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des appareils de musculation, de gymnastique ou de rééducation comprenant un châssis et au moins un élément destiné à être mobilisé par rapport à ce châssis par un utilisateur de l'appareil selon un mouvement d'aller et retour permettant d'exercer, successivement, des muscles ou groupes musculaires, en mode excentrique et en mode concentrique. Plus particulièrement, l'invention concerne les appareils de musculation permettant de travailler avec une charge en mode excentrique supérieure à la charge en mode concentrique. L'entraînement courant en musculation consiste effectivement à pousser et retenir la même charge de poids. Ainsi, la résistance ne varie pas entre le mouvement aller et le mouvement retour. Les variables de l'entraînement avec les machines classiques concernent la quantité de mouvements effectués, séries et répétition, la vitesse d'exécution, l'amplitude du mouvement et le temps de repos. La charge est une variable possible entre chaque série et ne peut généralement pas être modifiée au cours du mouvement. L'intérêt de modifier la charge au cours du mouvement est de pouvoir précisément obtenir une charge supérieure lorsque l'utilisateur travaille en mode excentrique. En effet, dans l'exécution d'un mouvement, les muscles moteurs se contractent dans une phase correspondant au mouvement aller et s'étirent dans une phase correspondant au mouvement retour. Lorsque les muscles se contractent, on parle de mouvement concentrique et lorsque les muscles s'étirent, on parle de mouvement excentrique. Physiologiquement, les muscles ont une force plus importante en phase excentrique qu'en phase concentrique. Ainsi, typiquement, on peut retenir une charge supérieure à celle que l'on peut pousser. Il existe déjà des appareils permettant un travail avec une charge plus importante en mode excentrique qu'en mode concentrique. Parmi ceux-ci, on connaît un appareil dans lequel la charge est modifiée grâce à un changement d'une pression appliquée sous la charge déplacée par l'utilisateur grâce à un vérin. Cet appareil est basé sur un principe d'assistance à l'aller et au retour, cette assistance étant différentielle et compensant toujours une partie de la pile de poids. Cela implique que le vérin fonctionne en circuit pneumatique fermé et que le volume contenant l'air sous pression varie avec la course du vérin. Le circuit d'air étant un circuit fermé, le volume d'air variant avec le mouvement, la pression varie elle aussi avec le mouvement. La pression varie ainsi à l'inverse du volume. Comme la force d'assistance varie avec le mouvement, la charge résiduelle varie aussi avec celui-ci. Comme il s'agit de pouvoir compenser jusqu'à la totalité de la pile de poids sur la totalité de la course, la variation du volume de la pression est alors nécessairement importante. Cette variation de pression est nuisible à la qualité du mouvement car il résulte une variation de la force de compensation. Aussi, une variation non négligeable de la charge résiduelle entre le point bas et le point haut de la pile de poids est observée. Des solutions pour résoudre ce problème ont été proposées. En particulier, l'utilisation d'une réserve tampon en communication avec la chambre du vérin permet de minorer l'impact de la variation de pression au cours du mouvement. Le volume de la réserve peut être beaucoup plus grand que celui de la chambre du vérin. Ainsi, le rapport entre le volume de la chambre du vérin et le volume total est minoré et l'impact de la variation de volume également. Il a été ainsi proposé une intégration directe d'un vérin ne comportant pas de fond au coeur de la réserve tampon. Comme le vérin communique alors directement avec la réserve sans passer par un tuyau, aucun problème de débit ne se pose. Cela a permis de mettre en oeuvre un vérin pour compenser la charge, et d'ajuster la charge générée par des commandes, notamment manuelles, en fonction de la charge désirée au mouvement aller et au mouvement retour. Néanmoins, le changement de pression au cours du mouvement est limité à des variations faibles de l'ordre de 5 à 10 kg. Au-delà et, compte-tenu du volume de la réserve, le temps pour changer la pression est trop long pour permettre un usage correct. Le dispositif n'est en particulier pas assez rapide pour assurer des variations de l'ordre de 30 à 40 kg. Or, de telles variations rapides et importantes sont nécessaires à l'utilisation d'un différentiel de charge en mode concentrique et excentrique. D'autres systèmes ont été développés. Il est en particulier connu d'exercer une force additionnelle à la pile de poids à l'aide d'un moteur électrique relié à cette pile par une sangle. La force de traction du moteur s'ajoute alors à la charge de la pile de poids. Une telle solution présente l'inconvénient d'être très coûteuse et de proposer une charge en mode excentrique formée de la combinaison d'une traction et de la force de gravité. Cela peut gêner des utilisateurs car ceux-ci recherchent des sensations liées à la seule force de gravité. En outre, l'utilisation du moteur électrique génère des à coups dans le fonctionnement de l'appareil lors de l'ajout de la charge en traction. Il existe également un système basé sur l'utilisation d'une inclination de la pile de poids en phase concentrique, celle-ci étant ensuite replacée verticalement en phase excentrique. Ainsi, en phase concentrique, la force de gravité est minorée grâce à l'inclinaison. Une telle solution est coûteuse et complexe à mettre en oeuvre techniquement. Elle pose en outre des problèmes de sécurité et de fiabilité. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de palier les inconvénients des appareils connus pour permettre un travail différentiel en mode excentrique et en mode concentrique en proposant un appareil de musculation, de gymnastique ou de rééducation comprenant un châssis et au moins un élément destiné à être mobilisé par rapport au châssis par un utilisateur de l'appareil selon un mouvement d'aller et retour permettant d'exercer successivement des muscles ou groupes musculaires en mode excentrique et en mode concentrique, l'appareil étant tel qu'il permet de travailler avec une charge en mode excentrique supérieure à la charge en mode concentrique, caractérisé en ce que, la charge dans un des deux modes étant assurée par des poids sélectionnés par l'utilisateur dans une pile de poids et portés par un support solidaire de l'élément mobilisé par l'utilisateur afin d'être mobilisés verticalement, au moins un vérin pneumatique à fonctionnement tout ou rien réalise la différence de charge entre les modes concentrique et excentrique, le vérin étant destiné à être actionné grâce à un actionneur à main ou à pied accessible à l'utilisateur à chaque fois que celui-ci répète le mouvement. L'invention propose donc de travailler en soulevant la totalité de la charge de la pile de poids tout en ayant la possibilité de soulager toute ou partie de cette charge en actionnant les vérins lorsque l'utilisateur soulève la charge ou tout en ayant la possibilité d'augmenter cette charge lorsque l'utilisateur la retient. L'invention met donc en oeuvre pour cela un ou plusieurs vérins pneumatiques de compensation ou de renforcement du contrepoids constitué par la pile de poids. L'invention met en oeuvre, en parallèle de l'appareil, un système pneumatique annexe, comprenant au moins un compresseur, des vannes et des boutons de commande. Ainsi, l'invention consiste dans la mise en oeuvre d'un ou plusieurs vérins pneumatiques placé(s) de façon à pouvoir, soit aider au mouvement de la pile de poids mobile verticalement, soit accentuer sa charge. Une telle utilisation d'un vérin pneumatique est nouvelle par rapport à l'utilisation généralement observée dans les appareils de musculation. En général, dans les machines utilisant un vérin, l'utilisateur réalise un exercice en luttant contre la poussée du vérin ou contre sa traction. De tels appareils sont précisément dépourvus de piles de poids puisque la charge est réalisée à l'aide du vérin. En outre, même s'il existe des vérins doubles effet pouvant fonctionner dans les deux sens par inversion de l'arrivée d'air à l'aller et au retour, les appareils connus fonctionnant avec un vérin ne permettent généralement pas un effort dans un mouvement d'aller/retour puisque le vérin n'autorise une résistance que dans un sens de mouvement. L'invention permet de conserver la sensation de travail avec une pile de poids tout en optimisant le travail en mode excentrique et en mode concentrique. On obtient donc des effets physiologiques optimaux. Ainsi, l'invention propose d'utiliser un vérin pneumatique en mode tout ou rien en combinaison avec une charge choisie dans une pile de poids, cette charge pouvant être modifiée, classiquement, à l'aide d'une clavette mécanique. Selon l'invention, la modification de la charge globale entre les modes concentrique et excentrique étant réalisée par simple actionnement d'un ou de plusieurs vérins, cela permet d'utiliser de simples boutons de commande du ou des vérins accessibles à l'utilisateur pour modifier, lui-même et au moment où il le souhaite, la charge qu'il soulève et qu'il retient en mode concentrique et excentrique. On remarque que, selon l'invention, il n'est pas nécessaire de compenser jusqu'à la totalité de la pile de poids mais seulement une partie. Des vérins de plus petit diamètre que dans le cas des appareils de l'art antérieur peuvent donc être utilisés. Cela diminue le volume d'air utilisé et améliore la rapidité de réaction des vérins qui n'ont alors pas besoin de présenter des réserves d'air tampon. Ainsi, des vérins de faible encombrement peuvent être montés sans modification importante sur des machines classiques fabriquées en série. Cela diminue normalement le coût de fabrication des appareils selon l'invention et permet donc d'équiper des appareils existants avec l'option de charge différentielle en mode excentrique et en mode concentrique. On remarque en outre que, dans la mesure où le vérin fonctionne en mode tout ou rien, les temps de réaction, remplissage et évacuation d'air, sont très courts et permettent donc une utilisation dans un appareil permettant de travailler de manière différentielle en mode excentrique et concentrique avec des modifications de charge tout à fait conséquentes et efficaces. Avantageusement, le vérin permet de compenser jusqu'à 40 % de la charge totale de la pile de poids. En effet, il n'y a pas de problème d'inertie ou de temps de réaction même pour des charges importantes de l'ordre de 40 kg. Ainsi, l'invention permet de faire des variations de charge entre le mouvement aller et le mouvement retour pouvant aller jusqu'à 40-50 kg et, en particulier, il est possible de passer par exemple, de 40 à 80 kg de manière très rapide et sans sensations gênantes pour l'utilisateur. En effet, la charge dans un des deux modes dépendant de la charge sélectionnée par l'utilisateur dans une pile de poids avec un système de sélection par clavette, le dispositif d'assistance utilisant le vérin pneumatique sert uniquement à réaliser la différence de charge entre les phases concentriques et excentriques. Ainsi, il s'agit seulement d'annuler le fonctionnement du dispositif d'assistance par évacuation de l'air, il n'y a pas de temps de réaction significatif lors du basculement du mode � tout � vers le mode � rien � et inversement. Comme, selon l'invention, le vérin fonctionne en circuit ouvert, il n'est pas observé de problèmes de variation de pression nécessitant de réserve tampon, contrairement à ce qui était nécessaire dans les dispositifs de l'art antérieur. Aussi, si le vérin n'est pas alimenté en air comprimé, par exemple à cause d'une panne du compresseur pour une utilisation grand public, la machine reste opérationnelle car elle fonctionne dans ce cas comme une machine classique avec une charge sélectionnée dans une pile de poids. Cela n'est pas envisageable dans les appareils de l'art antérieur qui sont spécifiquement différentiels entre mode concentrique et mode excentrique. Dans un premier mode de réalisation, le vérin réalise une assistance au mouvement en mode concentrique, la charge sélectionnée dans la pile de poids définissant alors la charge en mode excentrique. Cette réalisation permet de monter artificiellement la charge du contrepoids par l'intermédiaire d'un ou plusieurs vérins. Dans cette réalisation, le soulagement de toute ou partie du contrepoids mobile peut être supprimé par la purge des vérins lors du retour de la charge à sa position initiale. Dans une première mise en oeuvre de ce mode de réalisation, le ou les vérins, comprenant une tige et un corps, fonctionnent en poussée et sont positionnés verticalement d'un coté de la pile ou de part et d'autre de la pile de poids et au niveau du support de la pile de poids, la tige du ou des vérins étant positionnée vers le haut en appui sur une patte solidaire du support de la pile de poids et le corps du ou des vérins étant, sur le bas, en appui sur le châssis de l'appareil. Avantageusement, deux vérins sont ici positionnés verticalement de part et d'autre du contrepoids mobile guidé. La mise en oeuvre du vérin pneumatique permet de soulager la charge guidée. Ce positionnement des vérins sous des pattes du support de la pile de poids permet d'utiliser des vérins classiques puisque la taille du support de la pile de poids autorise à utiliser une tige de vérin de taille raisonnable. Selon une autre mise en oeuvre du premier mode de réalisation, le ou les vérins comprenant une tige et un corps, fonctionnent en traction et sont positionnés verticalement, au dessus du support de la pile de poids, la tige du ou des vérins étant positionnée vers le bas en appui sur une patte du support de la pile de poids et le corps étant, sur le haut, en appui sur le châssis de l'appareil. Avec cette mise en oeuvre, le vérin pneumatique est positionné verticalement avec sa tige dirigée vers le bas pour soulager la charge lors du mouvement concentrique en la soulevant. Cette mise en oeuvre peut cependant requérir l'utilisation de vérins ayant des tiges particulières, en particulier d'une taille inhabituelle. Dans un second mode de réalisation, le vérin réalise une force supplémentaire à retenir lors du mouvement en mode excentrique, la pile de poids définissant alors la charge en mode concentrique. Ici, le vérin ajoute de la charge lors du mouvement en mode excentrique. Il ne s'agit donc pas d'une � assistance � à l'effort de l'utilisateur à proprement parler mais d'une assistance à l'efficacité de l'exercice qui consiste précisément à ajouter de la charge en mode excentrique. Dans une première mise en oeuvre de ce mode de réalisation, le ou les vérins, comprenant une tige et un corps, fonctionnent en traction et sont positionnés verticalement d'un coté de la pile ou de part et d'autre de la pile de poids et au niveau du support de la pile de poids, la tige du ou des vérins étant positionnée vers le haut en appui sur une patte solidaire du support de la pile de poids et le corps du ou des vérins étant, sur le bas, en appui sur le châssis de l'appareil. Dans une seconde mise en oeuvre, le ou les vérins, comprenant une tige et un corps, fonctionnent en poussée et sont positionnés verticalement, au dessus du support de la pile de poids, la tige du ou des vérins étant positionnée vers le bas en appui sur une patte du support de la pile de poids et le corps étant, sur le haut, en appui sur le châssis de l'appareil. Ainsi, en fonction du mode de réalisation, les vérins peuvent servir à soulager la charge en mouvement aller ou servir et accentuer la charge au retour. On remarque ici que l'utilisation de deux vérins en poussée sous la charge et d'au moins un vérin en poussée au dessus de celle-ci, peut permettre, en implémentant deux fois l'invention, d'obtenir un appareil dans lequel la charge est soulevée à l'aller du mouvement et la masse de la pile de poids est accentuée dans le mouvement de retour. Enfin, selon une caractéristique particulière de l'invention, l'appareil comprend en outre des moyens de détection de fin du mouvement permettant de commander automatiquement le changement de fonctionnement du vérin. Cette caractéristique revêt un certain risque pour l'utilisateur qui peut être surpris par la modification de charge automatique. Néanmoins un tel fonctionnement automatique en complément du fonctionnement peut s'avérer utile en particulier pour les personnes ayant pris l'habitude du travail sur ce type de machine. Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, l'appareil comprend une commande additionnelle permettant de supprimer à volonté l'alimentation en air des vérins permettant l'utilisation de la machine comme une machine traditionnelle. Cette caractéristique peut être très avantageuse dans les centres de musculation ou de remise en forme pour rendre la machine polyvalente en fonction des publics fréquentant l'établissement. Soit la machine a un fonctionnement classique, rassurant pour la clientèle habituée, soit la machine a un fonctionnement différentiel, plus spécifiquement dédié à une clientèle particulière. L'invention évite donc de devoir équipée l'établissement avec deux machines, le même équipement permettant de satisfaire les deux types de clientèle. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - les figures 1A et 1B représentent une tour d'un appareil de musculation selon l'invention, respectivement en vue de face et en perspective ; - la figure 2 montre un exemple d'appareil de musculation utilisant une tour telle que représentée sur la figure 1. Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 montre une tour dans laquelle est implémentée l'invention. La tour comprend un châssis 1 supportant au moins deux coulisseaux, ici quatre coulisseaux référencés 10, 11, 12 et 13 sur lesquels coulisse des poids sélectionnés parmi une pile de poids 2, constituée classiquement de plusieurs plaques d'acier, ici 12 plaques, associées à un sélecteur 3 présentant une clavette mécanique 4 de sélection des poids. Grâce à cette clavette 4, il est possible de sélectionner tout ou partie des plaques au départ de l'exercice. Sur la figure 1A, seules quatre plaques ont été sélectionnées. Les coulisseaux 10, 11, 12 et 13 permettent de guider les poids directement dans la tour de l'appareil de musculation. Conformément à ce qui est généralement pratiqué, l'utilisateur exerce une traction sur les poids sélectionnés dans la pile de poids 2 au moyen d'une sangle ou d'un câble fixé sur la charge guidée 2 au niveau d'un point 33 lié au sélecteur 3. L'élément de mobilisation, classique et bien connu dans le domaine des machines de sport a généralement la forme d'un guidon large qui pend au dessus de la tête de l'utilisateur et que celui-ci attrape avant de tire dessus vers le bas. Cet élément non représenté sur les figures présentées est très classique. De part et d'autre de la pile de poids 2, sont placés des vérins 5 et 6 mettant en oeuvre l'invention. Selon l'invention, les corps 51 et 61 des vérins sont fixés verticalement sur le châssis de la tour de l'appareil de musculation. Les tiges 52 et 62 des deux vérins sont, elles, en appui sur des pattes 31 et 32 elles- mêmes fixées, par exemple par soudure, sur le sélecteur 3. Ainsi, lorsque les vérins qui fonctionnent ici en poussée sont actionnés, les tiges 52 et 62 poussent le sélecteur 3 et donc, la charge 2 vers le haut. La poussée des vérins est fonction de la pression envoyée dans les vérins. Elle peut être sélectionnée plus ou moins forte, ce qui permet de régler l'aide au soulèvement de la charge. Puisque les vérins poussent la charge vers le haut suivant la pression des vérins, la traction produite par l'utilisateur nécessaire pour soulever la charge, sera réduite. Ainsi, le travail en mode concentrique sera réalisé sur une charge moins importante que celui en mode excentrique, dans lequel le vérin est inactif. L'actionnement et l'arrêt du fonctionnement du vérin en début et en fin du mouvement en mode excentrique est avantageusement prévu à l'aide d'une commande qui peut être à main ou à pied. Le positionnement de la commande sera avantageusement prévu au niveau des membres non concernés par l'exercice. Par exemple, si l'exercice concerne les bras, la commande sera située au niveau des pieds et inversement. Cela permet un confort d'utilisation de l'appareil. Ainsi, avec ce moyen de commande, l'utilisateur pourra choisir de soulever une certaine charge puis de supprimer la pression dans les vérins pour retenir la charge sélectionnée dans de la pile de poids sans assistance lors du retour à la position initiale. L'appareil comprend avantageusement en outre des moyens pour régler la pression dans les vérins en cours d'exercice, ce qui peut faire varier d'autant l'effort de l'utilisateur en augmentation ou en diminution mais toujours dans un principe de tout ou rien des vérins. La figure 2 représente un appareil de musculation avec une tour telle que représentée sur la figure 1. Sur le châssis 1 de cette tour, sont montés une potence 14 et un support utilisateur 15 permettant à l'utilisateur, installé sur le support 15, de monter et de descendre la charge 2 par l'intermédiaire d'une sangle ou d'un câble fixé sur la charge au niveau du point 33. Cette sangle ou câble passe ensuite par un certain nombre de poulies, ici 15 et 16, portées notamment par la potence 14. On remarque ici que l'exercice prévu concerne les bras et le haut du corps. Avantageusement la commande permettant de mettre en fonctionnement et d'arrêter les vérins sera une commande à pied positionnée au niveau du portant 17 ou à proximité de celui-ci. On remarque enfin que diverses mises en oeuvre peuvent être réalisées selon les principes de l'invention ainsi que défini dans les revendications qui suivent. REVENDICATIONS1. Appareil de musculation, de gymnastique ou de rééducation comprenant un châssis (1) et au moins un élément destiné à être mobilisé par rapport au châssis (1) par un utilisateur de l'appareil selon un mouvement d'aller et retour permettant d'exercer successivement des muscles ou groupes musculaires en mode excentrique et en mode concentrique, l'appareil étant tel qu'il permet de travailler avec une charge en mode excentrique supérieure à la charge en mode concentrique, caractérisé en ce que, la charge dans un des deux modes étant assurée par des poids sélectionnés par l'utilisateur dans une pile de poids (2) et portés par un support (3) solidaire de l'élément mobilisé par l'utilisateur afin d'être mobilisés verticalement, au moins un vérin pneumatique (5,6) à fonctionnement tout ou rien réalise la différence de charge entre les modes concentrique et excentrique, le vérin (5,6) étant destiné à être actionné grâce à un actionneur à main ou à pied accessible à l'utilisateur à chaque fois que celui-ci répète le mouvement. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin (5,6) est adapté pour assister le mouvement en mode concentrique, les poids sélectionnés dans la pile de poids (2) définissant alors la charge en mode excentrique. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou les vérins (5,6), comprenant une tige (52,62) et un corps (51,61), fonctionnent en poussée et sont positionnés verticalement d'un coté de la pile de poids (2) ou de part et d'autre de la pile de poids (2) et sensiblement au niveau du support (3) de la pile de poids (2), la tige (52,62) du ou des vérins (5,6) étant positionnée vers le haut en appui sur une patte (31,32) solidaire du support (3) de la pile de poids (2) et le corps (51,61) du ou des vérins (5,6) étant, sur le bas, en appui sur le châssis (1) de l'appareil. 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou les vérins (5,6) comprenant une tige et un corps, fonctionnent en traction et sont positionnés verticalement, au dessus du support (3) de la pile de poids (2), la tige du ou des vérins (5,6) étant positionnée vers le bas en appui sur une patte(31,32) du support (3) de la pile de poids (2) et le corps étant, sur le haut, en appui sur le châssis (1) de l'appareil. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin (5,6) est adapté pour appliquer une force supplémentaire à retenir lors du mouvement en mode excentrique, les poids sélectionnés dans la pile de poids (2) définissant alors la charge en mode concentrique. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ou les vérins (5,6), comprenant une tige et un corps, fonctionnent en traction et sont positionnés verticalement d'un coté de la pile de poids (2) ou de part et d'autre de la pile de poids (2) et sensiblement au niveau du support (3) de la pile de poids (2), la tige du ou des vérins étant positionnée vers le haut en appui sur une patte (31,32) solidaire du support (3) de la pile de poids (2) et le corps du ou des vérins (5,6) étant, sur le bas, en appui sur le châssis (1) de l'appareil. 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ou les vérins (5,6), comprenant une tige et un corps, fonctionnent en poussée et sont positionnés verticalement, au dessus du support (3) de la pile de poids (2), la tige du ou des vérins (5,6) étant positionnée vers le bas en appui sur une patte (31,32) du support de la pile de poids (2) et le corps étant, sur le haut, en appui sur le châssis (1) de l'appareil. 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de détection de fin du mouvement permettant de commander automatiquement le changement de fonctionnement du vérin. 9. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une commande additionnelle permettant de supprimer à volonté l'alimentation en air des vérins permettant l'utilisation de la machine comme une machine traditionnelle.