DE102016003697A1

DE102016003697A1 - Elastisches Trainingsband mit integriert sensorischen Eigenschaften

Info

Publication number: DE102016003697A1
Application number: DE102016003697.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Weiss; Fabian Krause; Patrick Kozlowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Straffr De GmbH
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: DE102016003697B4

Abstract

Trainingsband welches durch eine Dehnung einen mechanischen Widerstand erzeugt und somit zum Muskeltraining dient ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels integrierter Sensorik innerhalb des Bandes durch einen leitfähigen Kunststoff mit hinreichender maximaler Dehnung von mindestens 100% die Ausführung der jeweiligen Übungen gemessen werden kann.

Description

Die Erfindung umfasst ein Trainingsband zur Messung, Erfassung, Verarbeitung und Übertragung von Trainingsdaten mittels einer messtechnischen Einheit. Ein elastisches Band ist hierbei mit einem integrierten Sensor und einer elektronischen Einheit einschließlich Sender ausgerüstet, um die quantifizierten Daten an ein elektronisches Endgerät übermitteln zu können. Das Band enthält hierbei einen elektrisch leitfähigen Kunststoff, welcher die Messung der beschriebenen Trainingsdaten während der Übungsausführung über die volle Länge des Bandes gewährleistet. Letztlich werden die Daten ausgewertet und visualisiert.
Weiterhin können die sensorischen Bänder über eine mechanische Verbindung mit der elektronischen Messeinheit ausgetauscht werden. Somit kann die Länge der Trainingsbänder und die Stärke des mechanischen Widerstandes variiert werden. Außerdem kann das Trainingsband bei eventuellem Defekt ausgetauscht werden.
Generell ist der Trend „Internet of Things” auch auf dem Sportmarkt zu beobachten. Hierbei werden verschiedene Trainingsdaten wie beispielsweise Herzschlag, Wiederholungsanzahl, zurückgelegte Strecke, Kalorienverbrauch, Position etc. über verschiedene Sensoren erfasst, an ein elektronisches Endgerät gesendet und ausgewertet. Über diese Methode kann die Trainingsperson den Fitnessfortschritt anhand quantifizierter Daten überprüfen. Die Nutzer legen in diesem Bereich gesteigerten Wert auf Sport- oder Fitnessgeräte mit integrierter Bauweise und einer einfachen, problemlosen sowie intuitiven Bedienung. Das Training sollte durch die Messung in keiner Weise beeinflusst werden.
Elastische Trainingsbänder, welche zum Muskelaufbau, Gymnastik oder zu rehabilitativen Zwecken Verwendung finden, sind allgemein bekannt. Durch das Ziehen, Drücken oder Halten dieser Bänder werden durch die Trainingsperson vor allem verschiedene Muskeln beansprucht. Allgemeiner Vorteil dieser Trainingsgeräte ist die Möglichkeit das Trainingsgerät einfach zu transportieren und gleichzeitig ein vielseitiges Ganzkörpertraining zu absolvieren. Viele dieser Bänder finden zusätzlich bei der Rehabilitation und bei der Unterstützung der Physiotherapie Einsatz. Hierbei besteht der Vorteil, dass die Trainingsbänder unterschiedliche Stärkegrade aufweisen und somit sowohl die Übungen, als auch die Intensität des Trainingsprogramms optimal an den Patienten angepasst werden kann. Außerdem kann das Trainingsgerät durch eine kontrollierte und langsame Bewegung zielführend zur Stärkung der Muskulatur eingesetzt werden. Die Ausführungsformen des erwähnten Trainingsgerätes sind hierbei sehr unterschiedlich. Prinzipiell sind die Bänder aus elastischem Kunststoff welcher bei Zug einen Widerstand erzeugt. Die Querschnittskontur des Bandes kann geschlossen sein oder Hohlräume enthalten und des Weiteren rund, oval, drei, viereckig oder mehreckig sein. Trainingsbänder mit Rundrohrprofil, Rundstabprofil oder Vierkantflachprofil sind marktüblich. Ferner gibt es Trainingsbänder welche in ihrer geometrischen Formgebung geschlossen bzw. ringförmig ( US 20120108403 ) oder mit jeweils zwei Enden ( DE 10221070 A1 ) offen, also linear ausgeführt, sind. Siehe hierzu bspw. das Gebrauchsmuster DE 000001949617 U , welches die wesentlichen Funktionen des auf dem Markt befindlichen Deuser Bandes beschreibt. Hinzu kommen Trainingseinrichtungen mit Griffen, um die Handhabbarkeit bei bestimmten Übungen zu verbessern ( DE 10354390 A1 ). Die Bänder bestehen herkömmlich aus Elastomer, thermoplastischem Elastomer oder anderen Materialien, die bei einer Zugbeanspruchung einen gewissen Widerstand entgegenwirken und sich nach Belastung in ihren Ausgangszustand zurückfinden (zum Beispiel metallische Feder etc.). Ferner sind auch Ausführungen bekannt, bei denen metallische Zugfedern die Kraftaufnahme realisieren. Außerdem kann die Kraftaufnahme durch Spulen, welche in den Handgriffen eingebaut sind, realisiert werden ( US 20140113779 ).
Weiterhin zeichnen sich die Bänder durch einen variablen Zugwiderstand aus. Hierbei kann der elastische Widerstand hauptsächlich durch die Materialeigenschaften, die geometrischen Abmessungen (Breite und Dicke) des Bandes und die Länge des mit Zugkraft beaufschlagten Bandes verändert werden ( US 20130225376 A1 ). Der letzte Punkt beschreibt hierbei die Verkürzung der Halteposition, was bei der Übungsausführung dazu führt, dass ein kürzerer Materialabschnitt länger gezogen werden muss, um die Endposition zu erreichen und somit mehr Kraft aufgewendet werden muss.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine integrierte Messung von Kraft, Wiederholungszahl, Geschwindigkeit, Bewegungsumfang und Belastungszeit bei der Ausführung von Sportübungen welche mit den beschriebenen elastischen Sportgeräten durchgeführt werden können. Die Daten können hierbei über ein angeschlossenes Kabel oder über Funktechnik an elektrische Endgeräte wie bspw. Smartphones, Tablets, Smartwatches, Computer oder jede weitere grafische Benutzeroberfläche gesendet werden, um den Nutzer der elastischen Trainingsbändern quantifizierte Trainingsdaten zu liefern.
In DE 10354390 A1 ist ein allgemeines elastisches Trainingsband beschrieben, durch welches verschiedene Übungen durchgeführt werden können und bei welchem alternative Materialien, wie thermoplastische Elastomere, verwendet werden. Vorteil bei dieser Art der Ausführung ist vor allem der Verzicht auf Kautschuk bzw. Latex, welcher bei dieser Art von Bändern herkömmlich zum Einsatz kommt. Dieser Kunststoff löst allerdings in manchen Fällen allergische Reaktionen aus, speziell wenn es zu einem direkten Kontakt mit Haut kommt. Aus diesem Grund sollen elastische Kunststoffe, wie thermoplastisches Elastomer, zum Einsatz kommen, welche keine allergischen Reaktionen auslösen. Bei diesem Trainingsband findet allerdings keine Quantifizierung oder Darstellung der Trainingsergebnisse statt.
DE 10037113 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Überprüfung des Dehnungszustandes eines elastischen Sportgerätes mittels optischer Verfahren. Hierbei soll die Trainingsperson durch die auf dem elastischen Band aufgebrachten spezifischen Muster die Dehnungsrate des Trainingsgerätes erkennen und daraus die momentane Belastung erschließen.
US 20140113779 A1 betrifft eine portable Apparatur, welches mittels eines nicht elastischen Zugbandes und einer drehenden Rolle verschiedene Trainingsparameter des Trainierenden erfassen kann. Hierbei können verschiedene muskelstärkende oder gymnastische Übungen durchgeführt werden. Der Widerstand des Gerätes kann durch verschiedene mechanische Kupplungseinheiten variabel eingestellt werden. Die durch die Rolle erfassten Trainingsdaten werden anschließend an ein elektrisches Endgerät gesendet, ausgewertet und visualisiert. Das Trainingsgerät umfasst dabei mehrere Komponenten wie Griff, Zugband, Rolle, Kupplungseinheit, Gestell, Rotoreinheit etc. Die Verbindung zu einem mobilen Endgerät erfolgt hierbei über eine drahtlose Schnittstelle.
WO 2013167129 A1 beschreibt ein Gerät zur Quantifizierung der Ausdehnung eines elastischen Trainingsbandes. Die Messeinheit ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein externes Gerät an ein herkömmliches Trainingsband befestigt wird. Die Apparatur misst durch magnetische Sensorik die Deformation des Bandes und ermittelt somit den Zugwiderstand, welcher über ein Kabel oder eine andere sendetechnische Einheit an ein elektrisches Endgerät gesendet wird. Dabei werden die Daten ausgewertet und visualisiert.
Das Problem dieser Erfindung liegt vor allem im Bereich des externen Messgerätes, welches nicht im Band integriert ist und somit den Nutzer wesentlich beeinträchtigt. Durch die zyklischen Längenänderungen während der Übungsausführung kommt es zur ungewollten Bewegung der Messeinheit. Dies kann sowohl den Trainierenden als auch die Messung erheblich beeinträchtigen. Zudem muss bei verschiedenen Übungen die Messeinheit verschoben bzw. angepasst werden, um den individuellen Haltegriff oder die Übungsausführung durch die Trainingsperson Rechnung zu tragen
Auf dem Markt der elastischen Kunststoffe sind zudem Verfahren bekannt, um diese nichtleitenden Kunststoffe mit elektrisch leitfähigen Eigenschaften auszustatten. Hierbei werden leitfähige Materialien wie Ruß, Graphit, Carbon, Carbon-Nanotubes, Kupfer, Gold, Silber, etc. in die Kunststoffmatrix eingearbeitet. Ab einem bestimmten Füllgrad bilden diese Kunststoffe ein elektrisch leitfähiges Netzwerk. Wird der Kunststoff einer Zugbelastung oder Druckbelastung ausgesetzt, so ändert sich der Widerstand auf Grund der Querschnittsverengung und der Veränderung der Partikelverteilung in der Kunststoffmatrix. Durch diesen Aufbau können verschiedene Ausdehnungen des Kunststoffes gemessen werden. Verschiedene Forschungsarbeiten haben in diesem Bereich ergeben, dass die elastischen Kunststoffe als Sensormaterial zur Feststellung und Messung von Zugbelastung oder Druckbelastung eingesetzt werden können. Allerdings werden die Kunststoffe hierbei nur geringen und in der Regel Dehnungsbelastungen ausgesetzt. Begründet wird dies allgemein durch die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes, die sich bei Zusatz von leitenden Füllstoffen negativ hinsichtlich ihrer Dehneigenschaften beeinflusst sehen. Das bedeutet, dass sich die sensorischen Eigenschaften bei zunehmenden Füllgrad des Kunststoffs verbessern, während sich die mechanischen Eigenschaften des Ursprungsmaterials verschlechtern (vgl. Madani 2009: 56 ff.). Typische messbare Dehnungsbeanspruchungen in der Forschung gehen hierbei bis zu < 20%. Der Nachteil dieser in der Praxis und Forschung verwendeten Materialien liegt in den hohen Anforderungen der Messgenauigkeit dieser Materialien und der damit einhergehenden niedrigen maximalen Dehnung. Die Materialien sind zumeist hoch gefüllt, was eine gute Leitfähigkeit aber nachteilige mechanische Eigenschaften mit sich bringt. Herkömmliche Materialien können aus diesem Grund nicht in dem skizzierten Anwendungsbereich Einsatz finden (vgl. Martinez et al. 2010: S. 3 ff.).
WO 9919888 beschreibt einen elektrischen Leiter aus Silikonelastomer, welcher einen von der Dehnung abhängigen Widerstand aufweist und der durch Co-Extrusion der Leiter weiterhin von einer isolierenden Außenschicht umgeben ist. Das leitfähige Material stellt hierbei Graphit dar. Vorteil der hier beschriebenen Ausgestaltung ist die integrierte Bauweise des sensorischen Materials. Die Beanspruchung des Materials durch Dehnung wird hierbei nicht näher betrachtet.
EP 359533 A1 beschreibt die sensorischen Eigenschaften von elektrisch leitfähigen Kunststoffen. Das beschriebene leitfähige Elastomer ist von einer nichtleitenden Kunststoffschicht umgeben. Hierbei wird vor allem die Möglichkeit der Messung eines durch Druckbeaufschlagung erzeugten Widerstandes beschrieben. Die Messung erfolgt hierbei durch eine externe Messeinheit, welche einen Kontakt im Inneren eines rohrförmigen leitfähigen Kunststoffs herstellt. Die elektrische Messeinheit ist über eine Steckverbindung mit dem elektrisch leitfähigen Kunststoff verbunden. Somit wird die Messung von extern aufgebrachtem Druck gewährleistet. Problem der Erfindung stellt die unzureichende Ausführung der Messeinrichtung dar. Durch den inneren Hohlraum können Zugkräfte nur bedingt gemessen werden, da eine Veränderung des Querschnitts durch die Zugbelastung unregelmäßige Messwerte bei gleichzeitiger Druckbeaufschlagung hervorruft. Weiterhin wird keine Auswertung der Messwerte vorgenommen oder eine Datenübermittlung an elektrische Einheiten verwendet. Die Verbindung der Messeinheit über eine Steckverbindung ist zudem bei einer portablen Ausgestaltung der Messeinheit von Nachteil, da diese Verbindung eine wesentliche Schwachstelle bei Zugbelastung darstellen würde.
Durch eine Veröffentlichung der Universität UCLA ist ein prototypischer Aufbau bekannt, bei dem unter anderem durch einen extern befestigten elastischen Kunststoff die Wiederholungsanzahl, die Geschwindigkeit und die aufgewendete Kraft an einem flexiblen Trainingsband gemessen wird. Die Daten des Widerstandes werden hierbei aufgenommen und an einer Messeinheit oder einem Computer ausgewertet. Das Problem des beschriebenen Prototypen liegt unter anderem in der technischen Ausgestaltung der Messeinheit. Der außenliegende leitfähige Kunststoff wird durch die Umwelteinflüsse wesentlich beeinflusst und die Messergebnisse werden hierbei negativ beeinträchtigt. Eine valide, portable und benutzerfreundliche Messung der Trainingsdaten ist hierbei nicht gegeben. Weiterhin ist erkenntlich, dass durch die Umwicklung des sensorischen Materials an der Außenseite des Bandes das Problem der maximalen Dehnung des Kunststoffes umgangen wird. Durch diese Ausführung kann zum einen nur an den Enden des Bandes gemessen werden, wodurch die Anzahl der messbaren Übungen erheblich eingeschränkt wird. Weiterhin kann hierbei eine kompakte und integrierte Messung des Bandes nicht realisiert werden. Das System beinhaltet weiterhin keinen integrierten Aufbau und eine portable Datenverarbeitung ist nicht ausreichend geben. Die geringe Amplitude (max. 50 N) der dargestellten Kraftkurven stellt nur einen Ausschnitt der in herkömmlichen Fitnessübungen aufgewendeten Kraft dar. Es ist somit davon auszugehen, dass der verwendete Kunststoff nicht den Dehnungsbeanspruchungen bzw. Belastungen eines herkömmlichen Trainings standhält. (Cortes et al. 2010 S1)
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein flexibles Trainingsband zu schaffen, welches mittels integrierter Sensorik eine sowohl benutzerfreundliche als auch hinreichend genaue Messung verschiedener Trainingsdaten (Bsp.: Kraft, Wiederholungszahl, Zeit, Kalorien, etc.) innerhalb der vollen Bandlänge ermöglicht, bei gleichzeitiger Berücksichtigung der erforderlichen Materialeigenschaften des sensorischen Materials. Ferner erfolgt durch die Ausgestaltung der Erfindung eine kostengünstige und valide Messung.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst, indem ein elektrisch leitfähiger Kunststoff mit hinreichenden mechanischen Dehnungseigenschaften in einem nicht leitfähigen Kunststoffmaterial eingearbeitet bzw. eingefügt wird und durch eine Mess- und Sendeeinheit mit einem elektrischen Endgerät verbunden wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass die Messung der Dehnungsrate bzw. Längenänderung des Bandes, durch dieses selbst realisiert wird. Hierbei dient nahezu die gesamte Länge des Bandes zur Erhebung der Messdaten. Der Trainierende wird durch das integrierte Sensormaterial nicht zusätzlich beeinträchtigt. Die unterschiedlichen Übungen können durch die Trainingsperson durchgeführt werden, ohne dass manuelle Änderungen am Band vorgenommen werden müssen. Das sensorische Material besteht aus einem, mit leitfähigen Stoffen versetzten, flexiblen Kunststoff. Dieser Kunststoff zeichnet sich hierbei über eine maximale Dehnung von mindestens 100% aus, um den hohen Beanspruchungen beim Trainingseinsatz zu genügen. Der äußere, nichtleitfähige Kunststoff, dient vor allem der Kraftaufnahme wohingegen der innere sensorische Kunststoff die Messung des Widerstandes realisiert. Die zwei Federkonstanten der Materialien befinden sich somit in einer Parallelschaltung. Die Eigenschaften des Kunststoffes sind auf die vergleichsweise hohen Dehnungsraten ausgelegt. Dieser verfügt somit über einen mindest Füllstoffanteil, der eine elektrische Widerstandmessung ermöglicht, jedoch maximal so hoch ist, dass die mechanischen Eigenschaften einer minimal nötigen negativen Beeinflussung unterliegen. Das Band kann ohne jegliche Voreinstellungen oder die Platzierung von externen Messeinheiten direkt zum Trainieren benutzt werden. Dieser Umstand erhöht die von der Trainingsperson wahrgenommene Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass selbst bei Änderung der Halte- oder Fixierungsposition am elastischen Band, valide Daten hinsichtlich Wiederholungsanzahl, Geschwindigkeit, Kalorienverbrauch und Kraftaufwand der jeweiligen Übung gemessen werden können.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 8 formuliert. Durch die modulare Ausgestaltung der Trainingseinheit können die Bänder, welche zur Messung dienen, ausgetauscht werden. Dies ist vorteilhaft, wenn eine neue Trainingsstufe erreicht wurde und ein stärkeres oder schwächeres Widerstandsband gewählt werden soll oder das Band zerstört wurde.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 7 angegebenen, in dem die gemessenen Daten durch die elektronische Einheit am Band gespeichert werden können. Somit ist eine ständige Verbindung zum elektronischen Endgerät nicht jederzeit nötig.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in Patentanspruch 9 angegebenen und beinhaltet die Einarbeitung eines Gewebes, Drahtes oder ähnlicher Gegenstände, welche die Ausdehnung begrenzen und somit eine Überlastung des Bandes verhindern. Allgemein verfügen Kunststoffe über eine maximale Bruchdehnung bevor die Kunststoffmatrix eine irreversible Veränderung erfährt. Besonders durch die veränderten Eigenschaften des sensorisch leitfähigen Kunststoffes, die das Einarbeiten von Zusatzstoffen mit sich bringt, kommt es zu einer negativen Beeinflussung der maximalen Dehnrate.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 10 angegeben, in dem die elektrische Einheit mit einer akustischen Signalquelle ausgestattet ist. Hierbei erhält der Nutzer direktes akustisches Feedback bei Vollendung von Wiederholungen oder wenn die Übungen zu schnell oder zu langsam ausgeführt werden. Außerdem kann bei kritischer Belastung des Bandes ein Warnton an den Nutzer gesendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in Patentanspruch 12 angegeben, wobei die Kombination des integrierten Sensormaterials mit einem elektronischen Lagesensor, auch Gyroskop genannt, beschrieben wird. Hierdurch kann die Validität der Messungen abermals erhöht werden und es könnte außerdem eine Unterscheidung von seitenabhängigen Übungsausführungen gemessen werden (z. B. Unterscheidung der Zug- und Druckbelastung des linken und rechten Armes). Die erwähnten Ausführungsformen haben beispielhaften Charakter und bilden daher keine abschließende und vollzählige Aufzählung. Anhand der folgenden Zeichnungen werden die Ausführungsformen näher erläutert:
1 Darstellung einer Ausführungsform eines vollumschlossenen Trainingsbandes mit viereckiger Kontur.
2 Darstellung einer Ausführungsform eines vollumschlossenen Trainingsbandes mit runder Kontur.
3 Darstellung eines nicht geschlossenen Trainingsbandes.
4 Darstellung der Komponenten der elektrischen Einheit in Draufsicht und Seitenansicht.
5 Seitenansicht der Kopplungseinheit und der elektrischen Einheit.
6 Flussdiagramm der Prozessschritte bei der Auswertung der Trainingsdaten.
7 exemplarische Übungsausführung.
8 exemplarische Darstellung einer Benutzeroberfläche eines elektrischen Endgerätes.
9 Diagramm einer Testmessung während der Übungsausführung.
1 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Trainingsbandes bestehend aus einem elastischen Kunststoffband (1) welches mit einem mit dem Kopplungsstück (2) verbunden ist. Das Kopplungsstück (2), welches an beiden Enden des Bandes befestigt ist, verbindet das Trainingsband mit der elektrischen Einheit (3). Die elektrische Einheit enthält unter anderem Schaltung zur Messung des veränderlichen elektrischen Widerstandes in dem Band (3) und dient weiterhin zur Speicherung und Weitergabe der Messdaten. Eine genauere Darstellung der elektrischen Einheit (3) ist in 4 zu sehen. Außerdem kann das Gehäuse der elektrischen Einheit (3) als Haltegriff bei den Übungen verwendet werden. Eine Möglichkeit der Kontaktierung und Zugentlastung zwischen Trainingsband (1) und elektrischer Einheit (3) wird über das (2) Kopplungsstück realisiert. Ein genauerer Aufbau dieser Verbindung ist in 4 ersichtlich. Schnitt A-B beschreibt die integrierte Bauweise des Kunststoffbandes, welches einen elektrisch leitfähigen Kunststoff enthält und durch einen nicht-leitfähigen elastischen Kunststoff (5) umgeben ist. Hierbei kann der leitfähige Kunststoff (4) stoffschlüssig mit dem Außenmaterial (5) verbunden sein oder lose innerhalb vom Außenmaterial (5) liegen. Die Verbindungen zwischen Kopplung (2) und elektrischer Messeinheit (3) können durch eine mechanische Schraube, Clips oder sonstige Verbindungsarten geöffnet und geschlossen werden. So können die Bänder (1) unterschiedlicher Längen und Widerstandsstärken ausgetauscht werden. Außerdem kann bei einem Defekt des Bandes (1) ein Austausch stattfinden.
2. zeigt eine mögliche Ausführungsform des Trainingsbandes, bei der die elektrische Einheit (8), die Kopplungsstücke (7) und das Band (6) rund und/oder oval ausgebildet sind. Die Wirkfunktionen entsprechen in ihren wesentlichen Ausgestaltungen den in 1 beschriebenen Eigenschaften. Es besteht hierbei auch die Möglichkeit, die Kopplungsstücke (7) an die elektrische Einheit anzuschrauben oder durch andere Verbindungsarten anzuschließen.
3 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Trainingsbandes, welche eine elektronische Messeinheit (12), das elastische Basismaterial (15), die elektrisch leitfähigen flexiblen Leiterbahnen (16) und zwei Halteschlaufen (11) beinhaltet. Die Halteschlaufen (11) sind über die Kopplungseinheit (12) mit dem Band (13) verbunden. Durch die längenmäßige Veränderung des Materials bei der Übungsausführung kommt es zu einem veränderten elektrischen Widerstand im Bereich des flexiblen Leiters (16). Dieser Widerstand wird anhand der elektronischen Einheit gemessen und ausgewertet. Die beiden elektrischen Leiter (16) bilden die Verbindung des elektrischen Kreises und können innerhalb des Basismaterials (15) beliebig angeordnet sein. Das Endstück (14) kontaktiert die beiden Leiter. Zudem kann in den Kopplungseinheiten (12) und (14) ein Gyroskop eingebunden sein, was zu einer größeren Validität der Messung führen kann. Ferner kann durch die Lagesensorik eine richtungsabhängige Belastung festgestellt werden. Das heißt, im konkreten Anwendungsfall kann ermittelt werden, ob eine Seite des Bandes mehr oder weniger belastet bzw. bewegt wird. Die elektrische Einheit enthält vorzugsweise eine kabellose, alternativ auch kabelgebundene Verbindung zu einem elektronischen Endgerät. Die Daten werden durch das Endgerät aufgenommen und ausgewertet. Dieser Prozess wird in 5 und 7 näher beschrieben.
4 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Trainingsbandes, genauer die Messeinheit (3) und die Kopplungseinheit (2). Weiterhin sind die Komponenten der elektrischen Einheit (3) genauer dargestellt. Diese Einheit umfasst im Wesentlichen aber nicht ausschließlich einen CPU (17) zur Verarbeitung und Speicherung der Messdaten, eine Batterie (18) zur Stromversorgung, einen Strom- bzw. Datenanschluss (19), welcher zur Ladung der Batterie (18) und/oder zum Datenaustausch mit einem mobilen Endgerät dient, einen Schalter (20), welcher zur Unterbrechung des Stromkreises dienen kann und eine Bluetooth oder ähnliche kabellose Sendeinheit (21), welche die Messdaten kabellos versenden kann. In der unteren Darstellung erkennt man eine Ausführungsform der Kopplung (2) des Bandes (1) über zwei oder mehrere Stifte (22) an den jeweiligen Seiten der Kopplungseinheiten (2). Die Kontaktierung des Bandes (1) spezielle des leifähigen Kunststoffs (4) erfolgt über einen Dorn (23) welcher einen stoffschlüssigen Verbund mit dem leitfähigen Kunststoff (4) eingeht. Der Dorn (23) stellt somit eine Verbindung mit dem CPU (17) und dem leitfähigen Kunststoff (4) her, wodurch eine Messung der Längenänderung, Wiederholung, Geschwindigkeit und Kraftaufwand vollzogen werden kann.
5 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Trainingsbandes im Zusammenhang mit der Sicherung und Kopplung des Bandes (1) innerhalb der Kopplungseinheit (2) und die letztliche Kontaktierung des sensorischen Materials mittels Dorn (23). Durch einen Schnellverschluss (24) wird das Band in der gewünschten Position gehalten. Eine an der Unterseite befestigte Feder (25) arretiert das Band zusätzlich.
6 zeigt ein Flussdiagramm, welches die Auswertung der Messdaten durch Approximation und den Vergleich mit gespeicherten Übungsverläufen beschreibt. Nachdem das Trainingsband eingeschaltet und mit dem elektrischen Endgerät verbunden wurde, beginnt unmittelbar die Erfassung und gleichzeitige Speicherung der der Daten durch das elektrische Endgerät. Bevor die Übungen ausgeführt werden, werden die Messwerte der Trainingsperson initialisiert und indexiert. Dabei wird dem jeweiligen elektrischen Widerstandswert der Messung, ein von der stärke des Bandes (1) abhängiger, mechanischer Zugwiderstand, zugeordnet. Somit kann der Kraftaufwand des Trainierenden hinreichend approximiert werden. Weiterhin werden die Trainingsdaten bzw. Widerstandswerte an die Körpergröße und die äußeren Temperaturbedingungen bzw. andere der Messung beeinflussende Parameter angepasst. Innerhalb der Übungsdurchführung werden die Messwerte mit den Trainingsvorgaben abgeglichen. Sobald es zu einer signifikanten Abweichung kommt, erhält der Trainierende Rückmeldung über akustische oder visuelle Signale.
7 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Trainingsbandes bei einem exemplarischen Training, speziell der Übung Schulterdrücken. Hierbei befindet sich die Trainingsperson (26) in der Startposition (27) und steht mit breitem Stand (28) auf dem Band (1) und Endposition (29) der Übung. Weiterhin ist die Messeinheit (3) zwischen der Standposition (27) der Trainingsperson (26) zu erkennen.
8 beschreibt die grafische Darstellung der Ergebnisse durch ein elektrisches Endgerät (30) während (31) und nach (32) dem Training.
9 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Trainingsbandes bei einer exemplarische Messung des Materials bei der Übungsausführung. Hierbei ist festzustellen, dass die Dehnung bei 100% lag und die Messergebnisse hierbei ausreichend genau zur Anleitung und Kontrolle einer Kraftübung sind. Auf der Y-Achse ist hierbei der elektrische Widerstand (33) in Ohm abgetragen und auf der X-Achse die Zeit (34) in Sekunden. Bei dieser Messung wurden 20 Wiederholungen ausgeführt.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Trainingsbandes anhand eines Ausführungsbeispiels erklärt:
Die Trainingsperson (26) bereitet sich auf das Workout vor, indem die Trainings-App (31) gestartet und die Bluetooth Sendeeinheit (21) mit dem elektrischen Endgerät (30) verbunden wird. Der Nutzer wählt nun das gewünschte Training innerhalb der Menüführung aus. In dem beschriebenen Beispielfall wird ein Ganzkörpertraining bestehend aus 7 Übungen gewählt. Die Trainingsperson legt nun das Smartphone in Sichtweite ab und bringt sich in und das Trainingsband in die vorgegebene Startosition (27). Die erste Übung des Workouts ist in diesem Fall stehendes Schulterdrücken welches in 7 dargestellt ist. Die Trainingsperson stellt sich mit schulterbreitem Schritt (28) auf das Trainingsband (1), wobei die Hände das Band (1) umschließen. Daraufhin werden die Arme in die Ausgangposition bewegt, indem die Ellenbogen im 90° Winkel gebeugt sind (27). Die vorbereitenden Maßnahmen werden bereits durch die App instruiert und von dieser ausgewertet, indem die Dehnung des Trainingsbandes mittels integrierter Messtechnik über die volle Länge des Bandes gemessen wird (vergleiche Schema 6). Das Training beginnt, sobald die Ausgangsposition eingenommen wurde. Die Applikation der während der Übungsdurchführung (31) liefert akustische und visuelle Signale an den Nutzer, um ihn bei der Übungsausführung zu unterstützen. Durch die Sensorik im Trainingsband wird nun der Bewegungsumfang, die Wiederholungsanzahl und mögliche Erschöpfungszeichen, wie Zittern der Muskulatur, aufgezeichnet und an die Applikation (31) gesendet. Nach der Ausführung der Übung endet das Training. Abschließend kann die Person die Trainingsparameter anhand der Software-Applikation auswerten und visualisieren lassen (32). Die Daten werden durch das Gerät (31) gespeichert und der Trainingsfortschritt kann anhand historischer Trainingsdaten nachvollzogen werden. Erkennt die App einen Fortschritt, kann der Nutzer zum Beispiel durch das Programm angewiesen werden einen engeren Trainingsgriff zu verwenden, um den mechanischen Widerstand zu erhöhen. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Bandes mit der integrierten Messtechnik sind keine äußeren mechanischen Änderungen des Bandes nötig. Ferner wird der Nutzer nicht durch eine externe Messeinheit in der zugbelasteten Region des Bandes negativ beeinflusst. Das aufgeführte Bespiel kann weiterhin in Verbindung mit einem Computer, einer Smartwatch einem Fernsehgerät oder einem vergleichbaren elektronischen Endgerät übertragen werden.
Bezugszeichenliste

1: Band
2: Kopplungsstück
3: elektrische Einheit
4: leitfähiger Kunststoff
5: Außenmaterial
6: runde elektrische Einheit
7: runde Kopplungsstücke
8: rundes Band
9: runder leitfähiger Kunststoff
10: rundes Außenmaterial
11: Halteschlaufen
12: elektrische Messeinheit
13: Band
14: Endstück
15: elastisches Basismaterial
16: elektrisch leitfähige flexible Leiterbahnen
17: CPU
18: Batterie
19: Daten-/Stromanschluss
20: Schalter
21: kabellose Sendeeinheit
22: Zylinder Stifte
23: Dorn
24: Schnellverschluss
25: Feder
26: Trainingsperson
27: Startposition
28: breiter Stand
29: Endposition
30: elektrisches Endgerät
31: Applikation während dem Training
32: Applikation nach dem Training
33: elektrischer Widerstand
34: Zeit (Sekunden)

Quellen:

JUAN CORTES ET AL: "Smart Exercise Band", 11 July 2010 (2010-07-11), http://research.cens.ucla.edu/education/internships/2009/docs/finalposters/SmartExerciseBand.pdf, XP055213961, Retrieved from the Internet <URL:http://web.archive.org/web/20100711213229/http://research.cens.ucla.edu/education/internships/2009/docs/finalposters/SmartExerciseBand.pdf> [retrieved on 20150916]
Madani, M. 2009. Conducting carbon black filled NR/IIR blend vulcanizates: Assessment of the dependence of physical and mechanical properties and electromagnetic interference shielding on variation of filler loading. Springer Science + Business Media B. V. 2009.
Martinez, Fernando, Gregorio Obieta, Ion Uribe, Tomasz Sikora und Estibalitz Ochoteco. 2010. Polymer-Based Self Standing Flexible Strain Sensor. Journal of Sensors.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20120108403 [0004]
DE 10221070 A1 [0004]
DE 000001949617 U [0004]
DE 10354390 A1 [0004, 0007]
US 20140113779 [0004]
US 20130225376 A1 [0005]
DE 10037113 A1 [0008]
US 20140113779 A1 [0009]
WO 2013167129 A1 [0010]
WO 9919888 [0013]
EP 359533 A1 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Madani 2009: 56 ff. [0012]
Martinez et al. 2010: S. 3 ff. [0012]
Cortes et al. 2010 S1 [0015]

Claims

Trainingsband welches durch eine Dehnung einen mechanischen Widerstand erzeugt und somit zum Muskeltraining dient ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels integrierter Sensorik innerhalb des Bandes durch einen leitfähigen Kunststoff mit hinreichender maximaler Dehnung von mindestens 100% die Ausführung der jeweiligen Übungen gemessen werden kann.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Kunststoff durch mindestens 1 – Gew.% leitfähigen Füllstoff insbesondere kohlenstoffbasierte Materialien und/oder metallische Materialien sowie diverse Zusatzstoffe/Additive ausgerüstet ist, welche die Verarbeitung und/oder die Materialeigenschaften des Matrixmaterials verbessern und dadurch die endgültigen Dehnungseigenschaften so wenig wie möglich einschränken.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 bis 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial aus einem dehnbaren Kunststoff besteht, welches ein Elastomer, ein thermoplastisches Elastomer oder ein anderes dehnbares Material darstellt.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 bis 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit des Kunststoffes durch das Einbringen leitfähiger Materialien oder durch die Beschichtung mittels eines leitfähigen Coatings erreicht wird.
Trainingsband nach Patentanspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffs sowohl durch Hinzugabe von leitfähigen Materialien innerhalb der Kunststoffmatrix als auch durch das Aufbringen einer leitfähigen Schicht auf der Oberfläche des Kunststoffes gewährleistet wird.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 bis 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass aus der Längenänderung des Bandes eine gleichzeitige messbare Änderung des elektrischen Widerstandes resultiert.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 bis 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Widerstandes durch eine elektronische Einheit gemessen, ausgewertet und gespeichert werden kann.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 bis 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einheit und das Sensormaterial modular aufgebaut sind und somit ein manueller Austausch der einzelnen Komponenten gewährleistet wird.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 bis 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Band durch ein nicht dehnbares Material vor Zerstörung durch Überdehnung geschützt wird.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 bis 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einheit durch ein akustisches, visuelles oder mechanisches Signal trainingsrelevante Informationen an die Trainingsperson übermitteln kann.
Trainingsband nach Patentanspruch 1 bis 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einheit einen Lagesensor beinhaltet, welcher eine genauere Messung erlaubt.