DE102022127518B3

DE102022127518B3 - Trainingsgerät

Info

Publication number: DE102022127518B3
Application number: DE102022127518.3A
Authority: DE
Inventors: Otto Höbel
Original assignee: Medica Medizintechnik GmbH
Current assignee: Medica Medizintechnik GmbH
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2042-10-20
Also published as: WO2024083367A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät (1) mit einem Messsystem zur Erfassung der durch einen Trainierenden erbrachten Leistung und mit einem Steuerungssystem mit einem Eingabekanal zum Erfassen eines Belastungswertes und mit einem Ausgabekanal zur Vorgabe der zu erbringenden Leistung, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist zur Ausführung eines Verfahrens umfassend die Schritte:a) Vorgabe eines Ausgangs-Belastungswertes,b) Erfassung des Wertes der erbrachten Leistung bei Erreichen des Ausgangs-Belastungswertes,c) Übergabe des Wertes der erbrachten Leistung durch den Eingabe-kanal,d) Berechnung der zu erbringenden Leistung für einen Trainings-Belastungswert in Abhängigkeit der Borg-Skala und Ausgabe durch den Ausgabekanal.

Description

Die Erfindung betrifft Trainingsgerät mit einem Messsystem zur Erfassung der durch einen Trainierenden erbrachten Leistung und mit einem Steuerungssystem mit einem Eingabekanal zum Erfassen eines Belastungswertes und mit einem Ausgabekanal zur Vorgabe der zu erbringenden Leistung, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist zur Ausführung eines Verfahrens umfassend die Schritte:

a) Vorgabe eines Ausgangs-Belastungswertes,
b) Erfassung des Wertes der erbrachten Leistung bei Erreichen des Ausgangs-Belastungswertes,
c) Übergabe des Wertes der erbrachten Leistung durch den Eingabe-kanal,
d) Berechnung der zu erbringenden Leistung für einen Trainings-Belastungswert in Abhängigkeit der Borg-Skala und Ausgabe durch den Ausgabekanal.

Bei Trainingseinheiten an Trainingsgeräten, die zu Rehabilitationszwecken eingesetzt werden, ist es wichtig, die richtige Trainingsintensität für den Trainierenden sicherzustellen, um Verletzungen vorzubeugen, aber dennoch einen angemessenen Trainingseffekt zu erzielen. Die richtige Trainingsintensität kann im medizinischen Bereich mit Hilfe der Borg-Skala festgelegt werden. Die Borg-Skala dient der Bestimmung der Belastung eines Menschen aufgrund dessen subjektiven Anstrengungsempfindens. Dabei sind die Belastungsstufen der Borg-Skala stark abhängig von der Herzfrequenz eines Menschen. Um die Herzfrequenz zu messen, werden bisher externe Sensoren wie beispielsweise eine Pulsuhr verwendet, die während des gesamten Trainings die Herzfrequenz des Trainierenden aufzeichnet und in den meisten Fällen visuell ausgibt, was die gesamte Anordnung komplexer macht. Problematisch ist auch, dass kommerziell verfügbare, kostengünstige Pulsuhren wegen des Aufwandes nicht als medizinisches Instrument zugelassen sind und die Verwendung zu medizinischen Zwecken daher problematisch ist und Haftungsrisiken birgt.
Aus der WO 02 / 06 22 11 A2 ist ein Verfahren zur Generierung eines Trainingsprogramms bekannt sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, in dem Messungen zur Erfassung des Stromes der trainierenden Person in einer früheren Übung durchgeführt werden, wobei dies auch repetitiv möglich ist. Die US 2017 / 0 282 011 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Cardio-Fitness, bei dem ein Biosignal während einer Aktivität und die Intensität der Aktivität erfasst wird. Sodann wird ein Parameter anhand des Biosignals und der Intensität bestimmt und ein Fitnessindex erstellt. Aus der US 2017 / 0 274 250 A1 ist es bekannt, einem elektrischen Trainingsapparat eine Last für eine trainierende Person vorzugeben und eine physische Reaktion zu detektieren. Die Last kann graduell angehoben werden, bis eine Grenzbelastung der Person erreicht ist. Die obere Grenze der Last kann angepasst werden.
Die US 2016 / 0 345 841 A1 offenbart ein Verfahren zur Schätzung eines physischen Indexes, der das Messen der empfundenen Belastung einschließt. Unterschiedliche Indize können für eine tägliche Übung mit variierender Belastung und einer Maximalbelastung, bestimmt durch den physischen Index, erstellt werden. In der US 2013 / 0 310 716 A1 ist ein System und eine Vorrichtung beschrieben zur Erfassung von Symptomen einer medizinischen Störung anhand einer erzwungenen Übung. Das System umfasst ein Trainingsgerät, das durch den Patienten und durch einen Motor angetrieben werden kann. Der Anteil des Motors kann anhand von Sensordaten geändert werden.
Die US 5 921 891 A beschreibt ein Monitorsystem mit einem Computer, in dem Daten unterschiedlicher Nutzer gespeichert werden können, die während des Trainings erfasst werden. Die Daten eines Nutzers können von einem Nutzermonitor zu einem Master-Datenprozessor übertragen werden, der die empfangenen Daten mit den gespeicherten Daten vergleicht, um den Fortschritt des Nutzers überwachen zu können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Möglichkeit einer Kontrolle der Belastung des Trainierenden auch ohne externe Sensoren zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Trainingsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Trainingsgerät zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass es ein Messsystem zur Erfassung der durch einen Trainierenden erbrachten Leistung und ein Steuerungssystem mit einem Eingabekanal zum Erfassen eines Belastungswertes und mit einem Ausgabekanal zur Vorgabe der zu erbringenden Leistung aufweist. Darüber hinaus ist das Steuerungssystem zur Ausführung eines Verfahrens ausgerichtet, das folgende Schritte umfasst:

a) Vorgabe eines Ausgangs-Belastungswertes,
b) Erfassung des Wertes der erbrachten Leistung bei Erreichen des Ausgangs-Belastungswertes,
c) Übergabe des Wertes der erbrachten Leistung durch den Eingabekanal,
d) Berechnung der zu erbringenden Leistung für einen Trainings-Belastungswert in Abhängigkeit der Borg-Skala und Ausgabe durch den Ausgabekanal.

Daraus ergibt sich der Vorteil einer schnelleren und einfacheren Erfassung eines Trainings-Belastungswertes im Vergleich zu der Erfassung mit externen Sensoren, wie beispielsweise einer Pulsuhr, durch Ausnutzung der Kenntnisse, die durch die Borg-Skala bereitgestellt werden. Es muss also das Steuerungssystem nur einmal anfangs kalibriert werden, indem dem Ausgangs-Belastungswert die erfasste Leistung zugeordnet wird, um nachfolgend das Steuerungssystem gezielt zur Abforderung der gewünschten Leistung mit der damit verbundenen Herzfrequenz verwenden zu können.
Das Trainingsgerät ist zudem in der Lage, in einem Schritt e) durch das Steuerungssystem ein zeitabhängiges Leistungsprofil für den Trainings-Belastungswert vorzugeben. Zudem ist eine Ausgabeeinheit zur Signalisierung einer Abweichung des Ist-Wertes von dem Soll-Wert des Trainings-Belastungswertes aus dem Leistungsprofil vorhanden. Es kann also über eine gesamte Trainingseinheit hinweg ohne externe Sensoren gearbeitet werden, und die trainierende Person erhält über die Ausgabeeinheit einen Hinweis, dass das Training angepasst werden muss, um den Soll-Wert zu erreichen. Die Ausgabeeinheit ist in einer Ausführungsform als Bildschirm gebildet; das erleichtert dem Trainierenden, Anweisungen gestellt durch das Trainingsgerät, zu verstehen und entgegenzunehmen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Ausgabeeinheit akustische Signale von sich geben. Die beiden vorstehend erwähnten Ausführungsformen sind kombinierbar.
Um den gewünschten Trainingseffekt zu erzielen, ist das Steuerungssystem zur Veränderung der Drehzahl und/oder des Widerstandes für die Anpassung der Leistung aus dem Leistungsprofil ausgelegt. In einer weiteren Ausführungsform kann dem Trainingsgerät ein Messsystem zugeordnet sein, das zur Kontrolle der körperlichen Belastung des Trainierenden bei Erreichen des Ausgangs-Belastungswertes vorgesehen ist. Das besagte Messsystem kann zur Erfassung des Herzschlages und/oder des Sauerstoffverbrauchs ausgelegt sein und dient der Absicherung der Nutzung der Borg-Skala als ein redundantes Kontrollinstrument, das nicht das gesamte Training überwachen muß, sondern nur vor dem Erreichen von Grenzwerten warnt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:

1 eine perspektivische Darstellung eines Trainingsgerätes,
2 das individuelle Empfinden der Anstrengung gemäß der Borg CR10-Skala für Individuen mit unterschiedlichem Leistungsvermögen, und
3 die Darstellung eines zeitabhängigen Leistungsprofils

1 zeigt ein Trainingsgerät 1 in der Ausführungsform eines Ergometers, das für das Training sowohl der Arme als auch der Beine geeignet ist und für den Wechsel der zu trainierenden Extremitäten über eine Schwenkeinheit 3 mit Zwangskopplung verfügt, wobei aber das Trainingsgerät auch durch in der Zeichnung nicht dargestellte Ausführungsformen eines Laufbandes, eines Steppers, eines Rudergerätes gebildet sein kann.
Dem Trainingsgerät 1 ist ein Messsystem zur Erfassung der durch einen Trainierenden erbrachten Leistung und ein Steuerungssystem mit einem Eingabekanal zum Erfassen eines Belastungswertes und einem Ausgabelkanal zur Vorgabe der zu erbringenden Leistung zugeordnet, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist zur Ausführung eines Verfahrens umfassend die Schritte:

a) Vorgabe eines Ausgangs-Belastungswertes,
b) Erfassung des Wertes der erbrachten Leistung bei Erreichen des Ausgangs-Belastungswertes,
c) Übergabe des Wertes der erbrachten Leistung durch den Eingabekanal
d) Berechnung der zu erbringenden Leistung für einen Trainings-Belastungswert in Abhängigkeit der Borg-Skala und Ausgabe durch den Ausgabekanal.

Die Borg-Skala ist dabei eine wissenschaftlich sehr gut untersuchte Skala, um auf Basis des subjektiven Anstrengungsempfindens die Belastung des Menschen zu bestimmen (2), wobei die linearisierte Borg CR 10-Skala einen linearen Zusammenhang zwischen dem Anstrengungsempfinden, der Herzfrequenz und der individuellen Belastung bildet. In 3 ist für Individuen mit unterschiedlichem Leistungsvermögen das individuelle Empfinden der Anstrengung gezeigt. Die Werte 0 bis 2 der Borg-Skala entsprechen dabei einer Erholung, das Intervall 2 bis 3 entspricht einer schwachen Belastung, das Intervall 3 bis 5 einer moderaten Belastung, das Intervall 5 bis 7 einer starken Belastung und das Intervall 7 bis 10 der maximalen Belastung. In der nachfolgenden Tabelle wird eine weitere Skalierung der Werte der Borg Skala angegeben.

Wert Borg Skala	Puls	Wahrgenommene Anstrengung
6	60	Keine Anstrengung
7	70	Extrem leicht
8	80
9	90	Sehr leicht
10	100
11	110	Leicht
12	120
13	130	Etwas schwer
14	140
15	150	Schwer
16	160
17	170	Sehr schwer
18	180
19	190	Extrem schwer
20	200	Maximale Anstrengung

Auch in der Tabelle findet sich ein linearer Zusammenhang zwischen den Werten der Borg Skala und der Herzfrequenz wieder. Das Anstrengungsempfinden ist in der rechten Spalte zugeordnet, sodass sich auch hier auf Basis des subjektiven Anstrengungsempfindens ein Rückschluss auf einen korrespondierenden Wert in der Borg Skala ziehen lässt.
In der 3 ist ein beispielhaftes zeitabhängiges Leistungsprofil dargestellt, welches in einem Schritt e) durch das Steuerungssystem vorgegeben wird.
Die in 3 dargestellte Grafik repräsentiert beispielhaft die Soll-Werte des Trainings-Belastungswertes zu jedem Zeitpunkt der Trainingseinheit. Zur Signalisierung einer Abweichung des Ist-Wertes von dem Soll-Wert des Trainings-Belastungswertes ist eine Ausgabeeinheit vorgesehen. Diese Ausgabeeinheit ist in der vorliegenden Erfindung als Bildschirm 2 gebildet. In anderen Ausführungsformen kann zur Signalisierung, gegebenenfalls ergänzend, auch ein akustisches Signal und/oder ein Vibrationssignal vorgesehen sein. Das Steuerungssystem des Trainingsgerätes 1 ist darauf ausgelegt, die Drehzahl und/oder den Widerstand für die Anpassung der Leistung aus dem Leistungsprofil zu verändern. Das Trainingsgerät 1 verfügt zudem über ein Messystem zur Kontrolle der körperlichen Belastung des Trainierenden bei Erreichen des Ausgangs-Belastungswertes. Das Messystem ist auf die Erfassung des Herzschlages und/oder des Sauerstoffverbrauchs ausgelegt.
BEZUGSZEICHENLISTE:

1: Trainingsgerät
2: Bildschirm
3: Schwenkeinheit

Claims

Trainingsgerät (1) mit einem Messsystem zur Erfassung der durch einen Trainierenden erbrachten Leistung und mit einem Steuerungssystem mit einem Eingabekanal zum Erfassen eines Belastungswertes und mit einem Ausgabekanal zur Vorgabe der zu erbringenden Leistung, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist zur Ausführung eines Verfahrens umfassend die Schritte: a) Vorgabe eines Ausgangs-Belastungswertes, b) Erfassung des Wertes der erbrachten Leistung bei Erreichen des Ausgangs-Belastungswertes, c) Übergabe des Wertes der erbrachten Leistung durch den Eingabekanal, d) Berechnung der zu erbringenden Leistung für einen Trainings-Belastungswert in Abhängigkeit der Borg-Skala und Ausgabe durch den Ausgabekanal.
Trainingsgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt e) durch das Steuerungssystem ein zeitabhängiges Leistungsprofil für den Trainings-Belastungswert vorgegeben wird.
Trainingsgerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabeeinheit vorgesehen ist zur Signalisierung einer Abweichung des Ist-Wertes von dem Soll-Wert des Trainings-Belastungswertes aus dem Leistungsprofil.
Trainingsgerät (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit durch einen Bildschirm (2) gebildet ist.
Trainingsgerät (1) nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit akustische Signale ausgibt.
Trainingsgerät (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem zur Veränderung der Drehzahl und/oder des Widerstandes für die Anpassung der Leistung aus dem Leistungsprofil ausgelegt ist.
Trainingsgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsystem zur Kontrolle der körperlichen Belastung des Trainierenden bei Erreichen des Ausgang-Belastungswertes vorgesehen ist.
Trainingsgerät (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem zur Erfassung des Herzschlages und/oder des Sauerstoffverbrauchs ausgelegt ist.