DE102013111050A1

DE102013111050A1 - Trainingsgerät und Verfahren zum Betrieb eines Trainingsgeräts

Info

Publication number: DE102013111050A1
Application number: DE201310111050
Authority: DE
Inventors: Achim Schmidt
Original assignee: PROXOWELL GmbH
Current assignee: PROXOWELL GmbH
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: DE102013111050B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät (01, 11, 13, 16) zur Applikation von Vibrationen an einem Körperteil des menschlichen Körpers, mit einem motorisch angetriebenem Vibrationsaktuator (02) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen, wobei der Vibrationsaktuator (02) zumindest eine Kontaktfläche (04) aufweist, die an der der zu trainierenden Körperteil mittelbar oder unmittelbar angelegt werden kann, um eine Dehnung zumindest eines Muskels zu bewirken und um mechanische Vibrationen übertragen zu können, und mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Vibrationsfrequenz und/oder Vibrationsamplitude, wobei eine von der Dehnung des Muskels mittelbar oder unmittelbar abhängige Messgröße mit einer Dehnungssensorik gemessen werden kann, wobei die Messgröße in einer Auswertungseinrichtung mit einem Schwellwert verglichen werden kann, und wobei die Steuerungseinrichtung den Vibrationsaktuator (02) bei Überschreiten des Schwellwerts derart ansteuert, dass der Vibrationsaktuator (02) eine Vibration mit einer vorgegebenen Trainingsvibrationsfrequenz und/oder einer vorgegebenen Trainingsvibrationsamplitude erzeugt und auf das zu trainierenden Körperteil überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät zur Applikation von Vibrationen an einem Körperteil des menschlichen Körpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts.
Gattungsgemäße Trainingsgeräte ermöglichen es aufgrund ihrer funktionalen Bauweise bestimmte Muskelschlingen zu dehnen und dabei gleichzeitig lokal an bestimmten Bereichen der betreffenden Muskelschlingen Vibrationen lokal zu applizieren. Die lokal applizierte Vibration ermöglicht dabei eine bessere Dehnfähigkeit, forciert die Durchblutung und wirkt so spürbar gegen Schmerzen, wie sie insbesondere häufig bei haltungsbedingten Dysbalancen auftreten. Insbesondere bei Rückenschmerzen ist die haltungsbedingte Verkürzung der Bauchmuskulatur eine sehr häufige Ursache. Gattungsgemäße Trainingsgeräte können solche Rückenschmerzen erheblich lindern oder gänzlich zum Verschwinden bringen. Die Anwendung von Vibrationen zum Training von Menschen ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die DE 10 2009 029 833 A1 und die DE 600 31 164 T2 beschreiben jeweils Vibrationshanteln. Mit diesen Hanteln kann ein Hanteltraining durchgeführt werden, wobei die Hanteln zugleich einen Vibrationsaktuator enthalten, mit dem Vibrationen aufgebracht werden können.
Nachteilig an den bekannten Trainingsgeräten zur Applikation von Vibrationen an einem Körperteil ist es, dass die Applikation der Vibrationen mit einer bestimmten Vibrationsleistung, d. h. mit einer bestimmten Vibrationsfrequenz oder einer bestimmten Vibrationsamplitude, unabhängig vom Dehnungszustand der Muskeln im zu trainierenden Körperteil erfolgt. Dies kann vielfach zur Folge haben, dass die für das Vibrationstraining aufzubringende Vibrationsleistung bereits appliziert wird, bevor der Trainierende eine optimale Körperhaltung eingenommen hat und dadurch die gewünschte Dehnung der Muskeln im zu trainierenden Körperteil hervorgerufen wurde. Wird aber die Vibration mit der vorgesehenen Trainingsvibrationsleistung bereits aufgebracht, bevor die Muskeln im zu trainierenden Körperteil die gewünschte Dehnung aufweisen, kann dies nachteilige Folgen für den Trainingserfolg haben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Trainingsgerät vorzuschlagen, das die Erzielung verbesserter Trainingserfolge ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Trainingsgerät nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein besonders geeignetes Verfahren zum Einsatz der erfindungsgemäßen Trainingsgeräte vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach der Lehre des Verfahrenshauptanspruchs gelöst.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Trainingsgerät mit einer Dehnungssensorik ausgestattet ist, mit der die Dehnung des Muskels im zu trainierenden Körperteil mittelbar oder unmittelbar durch Messung einer von der Dehnung abhängigen Messgröße bestimmt werden kann. Weiter weist das Trainingsgerät eine Auswertungseinrichtung auf, mit der die Messgröße, die die Dehnung des Muskels repräsentiert, mit einem Schwellwert verglichen werden kann. Bei diesem Schwellwert kann es sich beispielsweise um geeignete Erfahrungswerte handeln. Auch ist es denkbar, dass der Schwellwert durch den Benutzer jeweils verändert und neu eingestellt werden kann. Weiter weist das Trainingsgerät eine Steuerungseinrichtung auf, die den Vibrationsaktuator und insbesondere die Vibrationsleistung des Vibrationsaktuators steuert. Sobald die von der Dehnungssensorik gemessene Messgröße, die die Dehnung des Muskels repräsentiert, den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, steuert die Steuerungseinrichtung den Vibrationsaktuator derart an, dass der Vibrationsaktuator eine Vibration mit einer vorgegebenen Trainingsvibrationsfrequenz und/oder einer vorgegebenen Trainingsvibrationsamplitude erzeugt. Im Ergebnis wird also erst bei Überschreiten des Schwellwerts die Trainingsvibrationsfrequenz bzw. die Trainingsvibrationsamplitude entsprechend dem vorgegebenen Maß auf den zu trainierenden Körperteil übertragen.
Im Ergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Trainingsgerät, dass die vorgegebene Trainingssituationsfrequenz vom Vibrationsaktuator erst dann auf das zu trainierende Körperteil übertragen wird, wenn die Dehnung der Muskeln im zu trainierenden Körperteil ein vorgegebenes Maß, das durch den Schwellwert fest frequentiert wird, überschreitet. Ein manueller Eingriff des Trainierenden zur Auslösung der Trainingsvibrationsfrequenz, beispielsweise durch Betätigung eines Schalters, kann dagegen entfallen. Der Trainierende löst die Aufbringung der Trainingsvibrationsfrequenz bzw. der Trainingsvibrationsamplitude vielmehr dadurch aus, dass er die notwendige Haltung am Trainingsgerät einnimmt, dadurch die notwendige Dehnung der Muskeln im zu trainierenden Körperteil aufbringt und das Überschreiten des vorgegebenen Schwellwerts durch die Dehnungssensorik detektiert wird. Die erfindungsgemäße Kombination einer gesicherten Dehnung des Muskels bei gleichzeitiger Aufbringung von Vibrationen sorgt dafür, dass unerwünschte Verklebungen zwischen einzelnen Muskelfasern mit hoher Effektivität gelöst werden. Da die Vibrationen nur gezielt in lokalen Bereichen des Körpers aufgebracht werden, wird eine sehr gezielte Anwendung der Vibrationen erreicht. Unerwünschte Effekte von Körpervibrationen, beispielsweise auf das Gehirn, werden durch die gezielte und lokal begrenzte Applikation der Vibrationen vermieden. Außerdem wird durch die Vibrationen die Durchblutung des entsprechenden Körperteils gefördert und dadurch die beim Lösen der Muskelverklebungen anfallenden Stoffe rasch abtransportiert. Zuletzt wird durch die Vibrationen auch erreicht, dass das subjektive Schmerzempfinden, wie es bei Muskeldehnungen vielfach auftritt, signifikant herabgesetzt wird.
In welche Richtung die vom Vibrationsaktuator erzeugten Schwingbewegungen gerichtet sind, ist grundsätzlich beliebig. Bevorzugt sollten die vom Vibrationsaktuator erzeugten Schwingbewegungen quer zur Körperlängsachse des Trainierenden gerichtet sein. Steht der Trainierende oder kniet er während des Trainings, so sollte die Schwingung des am Rücken anliegenden Vibrationsaktuators beispielsweise quer zur Wirbelsäule schwingen. Dadurch wird eine hocheffektive Lockerung der Wirbelsäulenmuskulatur erreicht.
Mit welcher Trainingsvibrationsfrequenz das erfindungsgemäße Trainingsgerät betrieben wird ist grundsätzlich beliebig. Die Trainingsfrequenz kann je nach Trainingszweck, dass heißt abhängig davon, ob der Muskel gelockert werden soll, aufgebaut werden soll oder eine Schmerzbehandlung erwünscht wird, variiert werden. Als besonders geeignet hat sich eine Trainingsvibrationsfrequenz im Bereich von konstant 20 bis 30 Hz, insbesondere bei konstant circa 25 Hz, erwiesen.
Welche Messgröße von der Dehnungssensorik zur Charakterisierung der jeweils vorliegenden Dehnung der Muskeln im zu trainierenden Körperteil gemessen wird, ist grundsätzlich beliebig. Es gibt dazu eine Vielzahl von geeigneten Messgrößen. Um den Aufwand für den Aufbau der Dehnungssensorik einerseits zu minimieren und zugleich eine die Dehnung der Muskeln im zu trainierenden Körperteil tatsächlich signifikant repräsentierende Messgröße zu haben, ist es besonders vorteilhaft, wenn mit der Dehnungssensorik der Andruck zwischen dem Vibrationsaktuator einerseits und dem zu trainierenden Körperteil andererseits gemessen werden kann. Denn der Andruck zwischen Vibrationsaktuator und Körperteil repräsentiert die Dehnung der Muskeln mit hoher Signifikanz und kann zugleich mit relativ einfachen Messmitteln gemessen werden.
Alternativ zur Messung des Andrucks zwischen Vibrationsaktuator und dem zu trainierenden Körperteil ist es auch möglich, die Leistungsaufnahme des motorischen Antriebs des Vibrationsaktuators als Messgröße, die die Dehnung des Muskels repräsentiert, durch die Dehnungssensorik messen und auswerten zu lassen. Dazu wird der Vibrationsaktuator von der Steuerungseinrichtung derart angesteuert, dass der Vibrationsaktuator mit einer vorgegebenen Ruhevibrationsfrequenz bzw. mit einer vorgegebenen Ruhevibrationsamplitude vibriert. Die konstante Aufrechterhaltung dieser Ruhevibrationsfrequenz bzw. Ruhevibrationsamplitude wird durch eine Steuerung bzw. Regelung gewährleistet. Wird nun der zu trainierende Körperteil gegen den Vibrationsaktuator gedrückt und dadurch die Dehnung der Muskeln induziert, so muss zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Ruhevibrationsfrequenz bzw. der vorgegebenen Ruhevibrationsamplitude vom Antrieb des Vibrationsaktuators eine höhere Leistung erbracht werden, da der Andruck des zu trainierenden Körperteils an dem Vibrationsaktuator die Vibrationen dämpft. Die entsprechend notwendige Leistungsaufnahme des Antriebs des Vibrationsaktuators repräsentiert also in geeigneter Weise die Dehnung des Muskels im zu trainierenden Körperteil und kann dementsprechend als geeignete Messgröße zur Auslösung der Trainingsvibrationsfrequenz gemessen und ausgewertet werden.
In welcher Weise die Dehnungssensorik zur Messung der Leistungsaufnahme am motorischen Antrieb des Vibrationsaktuators aufgebaut ist, ist grundsätzlich beliebig. Besonders einfach und kostengünstig ist es, wenn die Dehnungssensorik einen niederohmigen Shunt-Widerstand aufweist, über den der vom Antrieb des Vibrationsaktuators aufgenommene Strom fließt. Der vom Shunt-Widerstand erzeugte Spannungsabfall kann dann mit einem Messverstärker erfasst und zu einem analogen Messsignal verstärkt werden. Dieses analoge Messsignal wird dann in einem Tiefpassfilter erster Ordnung geglättet und anschließend das geglättete Messsignal in einem AD-Wandler in ein digitales Messsignal umgewandelt. Dieses digitale Messsignal repräsentiert dann in geeigneter Weise die Dehnung des Muskels an dem Körperteil, der am Vibrationsaktuator zur Anlage gebracht ist und dadurch die Dehnung der Muskeln im zu trainierenden Körperteil bewirkt.
Wie hoch die Ruhevibrationsfrequenz ist, mit der der Vibrationsaktuator zur Beurteilung der Dehnung des Muskels im zu trainierenden Körperteil vibriert, ist grundsätzlich beliebig. Bevorzugt liegt die vorgegebene Ruhevibrationsfrequenz im Bereich von konstant 2 bis 9 Hz, insbesondere bei konstant circa 5 Hz. In diesem Frequenzbereich werden die Vibrationen des Vibrationsaktuators vom Trainierenden im Wesentlichen noch gar nicht wahrgenommen, so dass für den Trainierenden das Training spürbar erst beginnt, wenn durch die Dehnungssensorik die Überschreitung des vorgegebenen Schwellwerts detektiert wurde und daraufhin der Vibrationsaktuator auf die Trainingsvibrationsfrequenz bzw. auf die Trainingsvibrationsamplitude umgeschaltet wird.
Im welcher Weise der Antrieb des Vibrationsaktuators zur Erzeugung der Vibrationen ausgebildet ist, ist grundsätzlich beliebig. Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Vibrationsaktuator ein drehzahlregelbarer Elektromotor vorgesehen ist. Ein solcher drehzahlregelbarer Elektromotor kann in einfacher Weise so angesteuert werden, dass er konstant die vorgegebene Ruhevibrationsfrequenz einhält. Die vom drehzahlregelbaren Elektromotor dabei aufgenommene Antriebsleistung kann dabei dann in einfacher Weise mit der Dehnungssensorik zur Beurteilung der Dehnung der Muskeln im zu trainierenden Körperteil gemessen werden.
Besonders einfach und effizient können diese Vibrationen auf das zu trainierende Körperteil appliziert werden, wenn der Vibrationsaktuator eine Exzenterwelle aufweist, die vom Elektromotor angetrieben wird.
Am Exzenter der Exzenterwelle ist dabei eine Pleuelstange gelagert, die ihrerseits mit einem Vibrationselement des Vibrationsaktuators mechanisch verbunden ist. Treibt nun der Elektromotor die Exzenterwelle an und wird dadurch die Pleuelstange hin- und herbewegt, so werden Vibrationen am Vibrationselement des Vibrationsaktuators induziert. Diese Vibrationen können dann durch Kontakt zwischen dem zu trainierenden Körperteil mit der Kontaktfläche des Vibrationselements auf den Körper des Trainierenden appliziert werden. Der Kontakt kann dabei entweder mittelbar oder unmittelbar sein.
Um möglichst viele und auch unterschiedliche Körperteile mit dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät trainieren zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Vibrationsaktuator an einem Gestell gelagert ist.
Der Vibrationsaktuator sollte dabei bevorzugt verschwenkbar und/oder in einer oder mehreren Achsen axial verstellbar am Gestell gelagert sein, um die Relativposition des Vibrationsaktuators am Gestell jeweils nach den Erfordernissen des Trainierenden, beispielsweise abhängig von dessen Körpergröße oder dessen Körperhaltung, verstellen zu können.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Gestell ein Anlageelement aufweist, an dem die Knie im Kniestand und/oder die Füße im Stand zur Anlage kommen können. Durch ein solches Anlageelement kann eine bestimmt Körperhaltung des Trainierenden vorgegeben werden und damit die Einhaltung einer gewünschten Körperposition während der Applikation der Vibrationen unterstützt werden.
Wiederum ist es besonders vorteilhaft, wenn auch das Anlageelement axial verstellbar am Gestell gelagert ist, um es auf die jeweiligen Erfordernisse des Trainierenden individuell einstellen zu können.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn am Gestell ein Auflageelement vorgesehen ist, an dem die Knie im Kniestand zur Auflage kommen können.
Durch ein solches Auflageelement wird der Komfort während des Trainings verbessert.
Auch das Auflageelement sollte axial verstellbar am Gestell gelagert sein, um es individuell auf die Erfordernisse des Trainierenden einstellen zu können.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn am Gestell ein Stützelement vorgesehen ist, an dem der Rücken im Kniestand zur Anlage kommen kann. Durch ein solches Stützelement kann wiederum die Haltung des Trainierenden in bestimmten Trainingspositionen vordefiniert bzw. unterstützt werden.
Auch das Stützelement zur Stützung des Rückens sollte bevorzugt verschwenkbar und/oder axial verstellbar am Gestell gelagert sein, um individuell auf die Erfordernisse des Trainierenden eingestellt werden zu können.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn am Gestell ein Handgriffelement vorgesehen ist, an dem die Hände des Trainierenden zur Anlage kommen können. Durch ein solches Handgriffelement kann sich der Trainierende in bestimmten Trainingshaltungen, beispielsweise bei gebeugtem Oberkörper abstützen, um beispielsweise den notwendigen Druck auf den Vibrationsaktuator in der jeweiligen Trainingshaltung aufbringen zu können.
Auch das Handgriffelement sollte bevorzugt axial verstellbar am Gestell gelagert sein, um es auf die jeweiligen Erfordernisse des Trainierenden einstellen zu können.
Weiterhin kann am Gestell eine Plattform vorgesehen sein, auf der der Trainierende stehen, knien oder liegen kann. Im Ergebnis wird durch die Plattform erreicht, dass das gesamte Trainingsgerät mit dem Trainierenden vom Hallenboden entkoppelt wird und im Wesentlichen keine störenden Schwingungen übertragen werden.
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Vibrationsaktuator zunächst mit einer konstanten Ruhevibrationsfrequenz angetrieben. Die dabei aufgebrachte Leistungsaufnahme des motorischen Antriebs des Vibrationsaktuators wird mit der Dehnungssensorik fortlaufend gemessen. Solange der Vibrationsaktuator nicht belastet wird, bleibt die zur Aufrechterhaltung der Ruhevibrationsfrequenz notwendige Leistungsaufnahme im Wesentlichen konstant. Nimmt nun ein Trainierender das Trainingsgerät dadurch in Benutzung, dass er den jeweils zu trainierende Körperteil, beispielsweise seinen Oberschenkel, gegen den Vibrationsaktuator drückt, so steigt die Leistungsaufnahme des Antriebs des Vibrationsaktuators an, da ansonsten die Ruhevibrationsfrequenz nicht mehr gehalten werden könnte. Das bedeutet also mit anderen Worten, dass die Ruhevibrationsfrequenz trotz der Belastung durch den Trainierenden konstant aufrechterhalten wird, wozu jeweils die Leistungsaufnahme des motorischen Antriebs erhöht werden muss.
Überschreitet nun die gemessene Leistungsaufnahme einen vorgegebenen Schwellwert, bei dem es sich um einen bestimmten Erfahrungswert für eine bestimmte Übung handelt, so wird der Antrieb des Vibrationsaktuators in einer Weise angesteuert, dass der Vibrationsaktuator nach Überschreiten des Schwellwerts mit einer Trainingsvibrationsfrequenz, die höher ist als die Ruhevibrationsfrequenz, vibriert. Dies bedeutet also mit anderen Worten, dass das Vibrieren des Vibrationsaktuators mit der Trainingsvibrationsfrequenz dadurch ausgelöst wird, dass der Trainierende sich so stark gegen den Vibrationsaktuator lehnt oder drückt, dass die zur Aufrechterhaltung der Ruhevibrationsfrequenz notwendige Leistungsaufnahme den vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Ein direkter Eingriff des Trainierenden zur Umschaltung des Trainingsgeräts von der Ruhevibrationsfrequenz auf die Trainingsvibrationsfrequenz ist also nicht möglich. Vielmehr erfolgt diese Umschaltung von Ruhevibrationsfrequenz auf die Trainingsvibrationsfrequenz erst bei Überschreiten des Schwellwerts, der ein notwendiges Maß der Dehnung der Muskeln im zu trainierenden Körperteil repräsentiert.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trainingsgeräts in perspektivischer Ansicht;
2 das Trainingsgerät gemäß 1 in seitlicher Ansicht;
3 das Trainingsgerät gemäß 1 in Ansicht von oben;
4 das Trainingsgerät gemäß 1 bei Nutzung durch einen Trainierenden in einer beispielhaften Körperhaltung;
5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts in perspektivischer Ansicht;
6 das Trainingsgerät gemäß 5 in seitlicher Ansicht;
7 das Trainingsgerät gemäß 5 in Ansicht von oben;
8 das Trainingsgerät gemäß 5 bei Nutzung durch einen Trainierenden in einer beispielhaften Körperhaltung;
9 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts in perspektivischer Ansicht;
10 das Trainingsgerät gemäß 9 in seitlicher Ansicht;
11 das Trainingsgerät gemäß 9 in Ansicht von oben;
12 das Trainingsgerät gemäß 9 bei Nutzung durch einen Trainierenden in einer beispielhaften Körperhaltung;
13 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts in perspektivischer Ansicht;
14 das Trainingsgerät gemäß 13 in seitlicher Ansicht;
15 das Trainingsgerät gemäß 13 in Ansicht von oben;
16 das Trainingsgerät gemäß 13 bei Nutzung durch einen Trainierenden in einer beispielhaften Körperhaltung;
17 ein Drehzahl- und Leistungsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine erste Ausführungsform 01 eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts in perspektivischer Ansicht. Das Trainingsgerät ist mit einem Vibrationsaktuator 02 ausgestattet, der in einem feststehenden Gehäuse 03 untergebracht ist. Während des Trainings kann ein Trainierender den zu trainierenden Körperteil an der Kontaktfläche 04 eines zum Vibrationsaktuator 02 gehörigen Vibrationselements 18 zur Anlage bringen. Im Gehäuse 03 befindet sich der Antrieb des Vibrationsaktuators 02, zu dem ein nicht dargestellter drehzahlregelbarer Elektromotor gehört, der eine Exzenterwelle antreibt. Auf der Exzenterwelle ist dabei eine Pleuelstange gelagert, deren zweites Ende mit der Innenseite des Vibrationselements 18 verbunden ist. Durch Rotationsbewegung des Elektromotors wird die Exzenterwelle in Rotation und die Pleuelstange in Axialbewegung versetzt, wobei diese Axialbewegungen der Pleuelstange Vibrationen des Vibrationselements 18 verursachen. Die Schwingungen des Vibrationselements 18 verlaufen dabei wie durch den Bewegungspfeil 19 angedeutet, parallel zum Boden, so dass die induzierten Vibrationen am Körper des Trainierenden quer zur Körperachse und damit insbesondere quer zur Wirbelsäule gerichtet sind. Das Gehäuse 03 und das Gestell 05 sind vom Antrieb des Vibrationsaktuators 02 entkoppelt, so dass am Gehäuse 03 und am Gestell 05 weitgehend keine unerwünschten Schwingungen auftreten.
Die Drehzahl des Elektromotors kann dabei durch eine Steuerungseinrichtung auf einen vorbestimmten Wert gesteuert bzw. geregelt werden. Wird nun der zu trainierende Körperteil an eine Kontaktfläche 04 des Vibrationsaktuators 02 angelegt, so können auf diese Weise durch Antrieb des nicht dargestellten Elektromotors im Inneren des Gehäuses 03 Vibrationen auf den Körperteil appliziert werden.
Die Antriebseinrichtung des Vibrationsaktuators 02 weist dabei eine Dehnungssensorik auf, mit der die Dehnung der Muskeln im am Vibrationsaktuator 02 anliegenden Körperteil durch mittelbare Messung beurteilt werden kann. Die Dehnungssensorik weist dazu einen niederohmigen Shunt-Widerstand auf, über den der vom Antrieb des Vibrationsaktuators aufgenommene Strom fließt. Der Spannungsabfall des Shunt-Widerstands wird dabei von einem Messverstärker erfasst und zu einem analogen Messsignal verstärkt. Nach Passieren dieses Messsignals durch einen Tiefpassfilter erster Ordnung und die dadurch erzeugte Glättung wird das geglättete Messsignal in einem AD-Wandler in ein digitales Messsignal umgewandelt. Dieses digitale Messsignal repräsentiert dabei die Leistungsaufnahme des regelbaren Elektromotors, mit dem die Exzenterwelle im Vibrationsaktuator 02 angetrieben wird. Nach Einschalten des Geräts wird der Elektromotor zunächst auf eine Ruhevibrationsfrequenz von beispielsweise 5 Hz geregelt und die dabei erforderliche Leistungsaufnahme gemessen. Beginnt nun ein Trainierender sein eigentliches Training durch Anlage des zu trainierenden Körperteils am Vibrationselement 18 des Vibrationsaktuators 02, so steigt durch den entsprechenden Andruck des Körperteils die notwendige Leistungsaufnahme zur Aufrechterhaltung der Ruhevibrationsfrequenz an. Überschreitet die Leistungsaufnahme dann einen vorgegebenen Schwellwert, so schaltet die Steuerungseinrichtung des Antriebs des Vibrationsaktuators 02 auf eine Trainingsvibrationsfrequenz von beispielsweise 25 Hz um. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Trainingsvibrationsfrequenz von 25 Hz erst dann vom Vibrationsaktuator 02 auf den zu trainierenden Körperteil aufgebracht wird, wenn der Andruck des Körperteils am Vibrationsaktuator ein bestimmtes Maß überschritten hat, wobei dieses zu überschreitende Maß durch den Schwellwert repräsentiert wird, der von der gemessenen Messgröße der Leistungsaufnahme überschritten werden muss.
Um dem Trainierenden eine individuelle Einstellung des Vibrationsaktuators auf die jeweils zu trainierende Körperpartie zu ermöglichen, ist der Vibrationsaktuator 02 an einem Gestell 05 verstellbar gelagert. Das Gestell 05 umfasst dabei eine Plattform 06, auf der der Trainierende stehen oder knien kann. Der Vibrationsaktuator 02 kann nun relativ zu dieser Plattform 06 des Gestells 05 in zwei Gelenken 07 und 08 verschwenkt und in einer Schiene 09 axial verschoben werden. Die Verstellung im Gelenk 07 kann werksseitig oder durch den Benutzer erfolgen. Die Verstellung im Gelenk 08 erfolgt durch den Benutzer zur Größenanpassung.
2 zeigt das Trainingsgerät 01 mit dem Vibrationsaktuator 02 und dem Gestell 05 in seitlicher Ansicht, wobei die verschiedenen Verstellmöglichkeiten durch Bewegungspfeile angedeutet sind.
3 zeigt das Trainingsgerät 01 in Ansicht von oben.
In 4 ist das Trainingsgerät 01 beim Training eines Trainierenden 10 in einer beispielhaften Körperhaltung dargestellt. Der Trainierende 10 steht auf der Plattform 06 und drückt mit seinem Po gegen die Kontaktfläche 04 des Vibrationsaktuators 02. Der Vibrationsaktuator 02 vibriert dabei zunächst mit seiner Ruhevibrationsfrequenz von lediglich 5 Hz, die vom Trainierenden 10 in der Regel unterhalb der Wahrnehmungsschwelle liegt. Sobald der Andruck des Trainierenden 10 am Vibrationsaktuator 02 ein bestimmtes Maß überschreitet, das durch Überschreitung der Leistungsaufnahme des Vibrationsantriebs relativ zu einem Schwellwert repräsentiert wird, wird der Vibrationsantrieb auf die Trainingssituationsfrequenz von 25 Hz hoch geschaltet und dadurch automatisch das Training mit der gewünschten Vibrationsfrequenz bei der notwendigen Muskeldehnung im Po des Trainierenden 10 begonnen.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform 11 eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts, das mit dem Trainingsgerät 01 in wesentlichen Bestandteilen übereinstimmt. Das Trainingsgerät 11 unterscheidet sich vom Trainingsgerät 01 durch ein zusätzliches Anlageelement 12, das am Gestell 05 axial verstellbar gelagert ist. Das Anlageelement 12 dient der Definition bestimmter Trainingshaltungen, wobei am Anlageelement 12 die Knie im Kniestand und/oder die Füße im Stand des Trainierenden 10 zur Anlage kommen.
6 zeigt das Trainingsgerät 11 in seitlicher Ansicht, wobei die möglichen Verstellungen des Anlageelements 12 durch einen Bewegungspfeil angedeutet sind. Das Anlageelement 12 kann dabei wiederum in der Schiene 09 axial verschoben und geeignet arretiert werden.
7 zeigt das Trainingsgerät 11 in Ansicht von oben.
8 zeigt das Trainingsgerät 11 bei Nutzung durch den Trainierenden 10 in einer beispielhaften Körperhaltung. Die Knie des Trainierenden 10 kommen an dem Anlageelement 12 im Kniestand zur Anlage und ermöglichen es dem Trainierenden 10 in bequemer Weise den Po während des Trainings mit dieser Körperhaltung am Vibrationsaktuator 02 zur Anlage zu bringen.
9 zeigt eine dritte Ausführungsform 13 eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts, dessen grundsätzlicher Aufbau wiederum dem Trainingsgerät 01 entspricht. Das Trainingsgerät 13 unterscheidet sich vom Trainingsgerät 01 durch ein zusätzlich vorgesehenes Auflageelement 14, auf dem die Knie des Trainierenden 10 zur Auflage kommen können. Außerdem weist das Trainingsgerät 13 ein Stützelement 15 auf, an dem der Rücken des Trainierenden 10 in bestimmten Körperhaltungen zur Anlage kommen kann. Das Auflageelement 14 und das Stützelement 15 sind wiederum in der Schiene 09 axial verschiebbar und arretierbar gelagert. Außerdem kann das Stützelement 15 in einer Gelenkachse verschwenkt und wiederum arretiert werden.
10 zeigt das Trainingsgerät 13 mit dem Auflageelement 14 und dem Stützelement 15 in seitlicher Ansicht, wobei die verschiedenen Verstellmöglichkeiten durch Bewegungspfeile angedeutet sind.
11 zeigt das Trainingsgerät 13 in Ansicht von oben.
12 zeigt die Nutzung des Trainingsgeräts 13 durch den Trainierenden 10 in einer beispielhaften Körperhaltung. Dabei gelangen die Oberschenkel des Trainierenden 10 im Kniestand an den Vibrationsaktuator 02 zur Anlage und können bei Aufbringung des erforderlichen Andrucks mit der voreingestellten Trainingsvibrationsfrequenz beaufschlagt werden.
13 zeigt eine vierte Ausführungsform 16 eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts. Das Trainingsgerät 16 entspricht in seinem grundsätzlichen Aufbau dem Trainingsgerät 11, wobei zusätzlich zu dem Anlageelement 12 noch ein Handgriffelement 17 verstellbar an der Plattform 06 angebracht ist. Das Handgriffelement kann beispielsweise horizontal und vertikal verstellbar sein, um eine individuelle Anpassung an die jeweilige Körpergröße zu gewährleisten.
14 zeigt das Trainingsgerät 16 mit dem Anlageelement 12 und dem Handgriffelement 17 in seitlicher Ansicht, wobei die Verstellmöglichkeiten durch Bewegungspfeile angedeutet sind.
15 zeigt das Trainingsgerät 16 in Ansicht von oben.
16 zeigt das Trainingsgerät 16 bei Nutzung durch den Trainierenden 10 in einer beispielhaften Körperhaltung. In dieser Körperhaltung werden die Arme des Trainierenden 10 bei gebeugtem Oberkörper am Handgriffelement 17 abgestützt. Zugleich steht der Trainierende 10 mit seinen Füßen auf dem Anlageelement 12 und die Rückseiten der Oberschenkel des Trainierenden 10 gelangen am Vibrationsaktuator 02 zur Anlage und werden mit Vibrationen beaufschlagt.
17 zeigt ein Drehzahl- und Leistungsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei sind zum einen die Drehzahl des Vibrationsaktuators und zum anderen die Leistungsaufnahme zum Antrieb des Vibrationsaktuators während eines Trainings angetragen. Die Drehzahl ist dabei mit einem strichpunktierten Funktionsgraf angezeichnet, wohingegen die Leistungsaufnahme von dem durchgehend gezeichneten Funktionsgraf dargestellt wird.
Zu Beginn, beispielsweise nach Einschalten des Trainingsgeräts, schwingt der Vibrationsaktuator 02 zunächst mit seiner Ruhevibrationsfrequenz von ca. 5 Hz. Tritt nun der Trainierende 10 an das Trainingsgerät heran und bringt zum Zeitpunkt t₀ das zu trainierende Körperteil an die Kontaktfläche 04 des Vibrationsaktuators an, so steigt die Leistungsaufnahme des Antriebs des Vibrationsaktuators 02, die im unbelasteten Zustand der Leistung l₀ entspricht, mit zunehmendem Andruck des Körperteils an. Diese Leistungszunahme ist notwendig, um den Vibrationsaktuator weiterhin konstant mit der Ruhevibrationsfrequenz von 5 Hz schwingen zu lassen. Wird ein bestimmter Andruck des Körperteils an der Kontaktfläche erreicht, was einem bestimmten Maß der Dehnung der zu trainierenden Muskeln des Körperteils entspricht, was durch Überschreiten eines Schwellwertes L_S durch die Leistungsabnahme charakterisiert ist, so wird dieses Überschreiten des Schwellwertes L_S durch die Dehnungssensorik detektiert und an die Steuerung des Vibrationsaktuators weitergemeldet. Sobald die Steuerung des Vibrationsaktuators 02 diese Signal bekommt, wird die Schwingungsfrequenz des Vibrationsaktuators von der 0-Vibrationsfrequenz bei 5 Hz auf die Trainingsvibrationsfrequenz von 25 Hz hochgesetzt und der Antrieb in einer Weise geregelt, dass die Trainingsvibrationsfrequenz von 25 Hz konstant aufrecht erhalten wird. Damit ist wiederum ein Anstieg der Leistungsaufnahme des Antriebs des Vibrationsaktuators verbunden.
Nach einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise nach 30 Sekunden, kann dann wieder auf die Ruhevibrationsfrequenz automatisch zurückgeschaltet werden, soweit dies erwünscht ist. Durch dieses Zurückschalten wird eine bestimmte Übungszeit bei vorgegebenem Maß der Muskeldehnung und vorgegebener Trainingsvibrationsfrequenz realisiert. Anschließend kann die Übung dann wiederholt werden oder das Training beendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009029833 A1 [0002]
DE 60031164 T2 [0002]

Claims

Trainingsgerät (01, 11, 13, 16) zur Applikation von Vibrationen an einem Körperteil des menschlichen Körpers, mit einem motorisch angetriebenem Vibrationsaktuator (02) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen, wobei der Vibrationsaktuator (02) zumindest eine Kontaktfläche (04) aufweist, die an der der zu trainierenden Körperteil mittelbar oder unmittelbar angelegt werden kann, um eine Dehnung zumindest eines Muskels zu bewirken und um mechanische Vibrationen übertragen zu können, und mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Vibrationsfrequenz und/oder Vibrationsamplitude, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Dehnung des Muskels mittelbar oder unmittelbar abhängige Messgröße mit einer Dehnungssensorik gemessen werden kann, wobei die Messgröße in einer Auswertungseinrichtung mit einem Schwellwert verglichen werden kann, und wobei die Steuerungseinrichtung den Vibrationsaktuator (02) bei Überschreiten des Schwellwerts derart ansteuert, dass der Vibrationsaktuator (02) eine Vibration mit einer vorgegebenen Trainingsvibrationsfrequenz und/oder einer vorgegebenen Trainingsvibrationsamplitude erzeugt und auf das zu trainierenden Körperteil überträgt.
Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Vibrationsaktuator (02) erzeugten Schwingbewegungen quer zur Körperlängsachse des Trainierenden (10) gerichtet sind.
Trainingsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trainingsvibrationsfrequenz im Bereich von konstant 20 bis 30 Hz, insbesondere bei konstant 25 Hz, liegt.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Dehnungssensorik der Andruck zwischen Vibrationsaktuator (02) und dem zu trainierenden Körperteil gemessen werden kann.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Dehnungssensorik die Leistungsaufnahme am motorischen Antrieb des Vibrationsaktuators (02), die zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Ruhevibrationsfrequenz und/oder einer vorgegebenen Ruhevibrationsamplitude notwendig ist, gemessen werden kann.
Trainingsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungssensorik einen niederohmigen Shunt-Widerstand aufweist, über den der vom Antrieb des Vibrationsaktuators (02) aufgenommene Strom fließt, wobei der vom Shunt-Widerstand erzeugte Spannungsabfall von einem Messverstärker erfasst und zu einem analogen Messsignal verstärkt werden kann, und wobei das Messsignal in einem Tiefpassfilter erster Ordnung geglättet werden kann, und wobei das geglättete, Messsignal in einem AD-Wandler in ein digitales Messsignal umgewandelt werden kann.
Trainingsgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Ruhevibrationsfrequenz im Bereich von konstant 2 bis 9 Hz, insbesondere bei konstant 5 Hz, liegt.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsaktuator (02) von einem drehzahlregelbaren Elektromotor angetrieben wird.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Vibrationsaktuators (02) eine Exzenterwelle aufweist, die vom Elektromotor angetrieben wird, wobei am Exzenter der Exzenterwelle eine Pleuelstange gelagert ist, die mit einem Vibrationselement (18), an dem zu trainierenden Körperteil mittelbar oder unmittelbar angelegt werden kann, mechanisch verbunden ist.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsaktuator an einem Gestell (05) gelagert ist.
Trainingsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsaktuator (02) verschwenkbar und/oder axial verstellbar am Gestell (05) gelagert ist.
Trainingsgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Gestell (05) ein Anlageelement (12) vorgesehen ist, an dem die Knie im Kniestand und/oder die Füße im Stand zur Anlage kommen können.
Trainingsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlageelement (12) axial verstellbar am Gestell (05) gelagert ist.
Trainingsgerät nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Gestell (05) ein Auflageelement (14) vorgesehen ist, an dem die Knie im Kniestand zur Auflage kommen können.
Trainingsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflageelement (14) axial verstellbar am Gestell (05) gelagert ist.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Gestell (05) ein Stützelement (15) vorgesehen ist, an dem der Rücken im Kniestand zur Anlage kommen kann.
Trainingsgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (15) verschwenkbar und/oder axial verstellbar am Gestell (05) gelagert ist.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass am Gestell (05) ein Hangriffelement (17) vorgesehen ist, an dem die Hände zur Anlage kommen können.
Trainingsgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Hangriffelement (17) axial verstellbar und/oder höhenverstellbar am Gestell (05) gelagert ist.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass am Gestell (05) eine Plattform (06) vorgesehen ist, auf der der Trainierende (10) stehen, knien oder liegen kann.
Verfahren zum Betrieb eines Trainingsgeräts (01, 11, 13, 16) zur Applikation von Vibrationen an einem Körperteil des menschlichen Körpers, mit einem motorisch angetriebenen Vibrationsaktuator (02) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen, wobei der Vibrationsaktuator (02) zumindest eine Kontaktfläche (04) aufweist, die an dem zu trainierenden Körperteil mittelbar oder unmittelbar angelegt werden kann, um eine Dehnung zumindest eines Muskels zu bewirken um mechanische Vibrationen auf den zu trainierenden Körperteil übertragen zu können, und mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Vibrationsfrequenz und/oder Vibrationsamplitude dadurch gekennzeichnet, dass a) der Vibrationsaktuator (02) mit einer konstanten Ruhevibrationsfrequenz angetrieben wird, wobei mit einer Dehnungssensorik die Leistungsaufnahme am motorischen Antrieb des Vibrationsaktuators, die zur Aufrechterhaltung einer Ruhevibrationsfrequenz notwendig ist, gemessen wird; b) die gemessene Leistungsaufnahme in einer Auswertungseinrichtung mit einem Schwellwert verglichen wird; c) der Vibrationsaktuator (02) bei Überschreiten des Schwellwerts mit einer vorgegebenen Trainingsvibrationsfrequenz, die höher ist als die Ruhevibrationsfrequenz, angetrieben wird.