DE10308210A1

DE10308210A1 - Trainingsgerät sowie Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgerätes

Info

Publication number: DE10308210A1
Application number: DE2003108210
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Becker; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Belling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trainingsgerät zum Trainieren der Muskulatur einer Person und/oder zum Überprüfen der Muskelleistung einer Person. Das Trainingsgerät hat mindestens eine von der Person zum Muskeltraining entsprechend vorgegebener Betätigungsrichtungen aktiv zu betätigende Trainingseinrichtung. Die Trainingseinrichtung ist mit einem hydraulischen Aktuator (14) gekoppelt, gegen dessen hydraulischen Widerstand die Person mit Muskelkraft trainiert, wobei der hydraulische Aktuator (14) von einer hydraulischen Antriebseinheit (48) zum zusätzlichen Erzeugen von Linearkräften und/oder Drehmomenten antreibbar ist. Mit Hilfe einer Steuereinheit (40), die mit der hydraulischen Antriebseinheit (48) verbunden ist, wird die hydraulische Antriebseinheit (48) hierzu derart angesteuert, dass der Aktuator (14) in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung, in der die Person die Trainingseinrichtung betätigt, zumindest zeitweise der Muskelkraft der Person jeweils entgegenwirkende Linearkräfte und/oder Drehmomente erzeugt. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Trainingsgerätes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Trainieren der Muskulatur einer Person und/oder zum Überprüfen der Muskelleistung einer Person. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16 zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining einer Person und/oder für die Überprüfung der Muskelleistung einer Person.
Trainingsgeräte der eingangs genannten Art, die als Fitness-Stationen, Rudergeräte, Ellipsentrainer und Heimtrainer sowie als Geräte zur Rehabilitation und als Geräte zum Ermitteln der Muskeltätigkeit und Leistungsfähigkeit einer Person für Untersuchungszwekke gestaltet sind, sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Abhängig von den zu trainierenden oder zu prüfenden Muskeln oder den zu trainierenden oder zu prüfenden Muskelgruppen sind gegebenenfalls verschiedene Trainingseinrichtungen gemeinsam an einem Trainingsgerät vorgesehen. So sind Fitness-Stationen und Geräte zur Rehabilitation beispielsweise mit Trainingseinrichtungen, wie schwenkbar gelagerten Drückerbügeln, Butterflys, Beinstreckern, Curleinrichtungen, Seilumlenksystemen mit Zugstangen, Latissimusbügeln und ähnlichem, ausgestattet, mit denen verschiedene Muskulaturen, wie die Brustmuskulatur, die Schultermuskulatur, die Muskulaturen der oberen und unteren Extremitäten oder die Rumpfmuskulatur, unabhängig voneinander gezielt trainiert oder wieder aufgebaut werden können. Für das gezielte Muskeltraining ist die jeweilige Trainingseinrichtung so gestaltet, dass die Person für das Muskeltraining bzw. die Rehabilitation die jeweilige Trainingseinrichtung in vorgegebenen Bewegungsrichtungen betätigen muß. Hierzu sind die Trainingseinrichtungen mit entsprechenden Gelenken, Führungen, Kulissen, Schwenklagern und ähnlichem versehen, die die Bewegungsrichtungen vorgeben und die Person definiert beim Muskeltraining führen. Zum Betätigen der Trainingseinrichtungen sind an diesen entsprechende Griffe, Pedale oder Stangen vorgesehen.
Die Trainingseinrichtung ist wiederum mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Linearkräften und/oder Drehmomenten gekoppelt, die der Bewegung der Trainingseinrichtung entgegenwirken, so dass die trainierende Person die Trainingseinrichtung gegen die von der Einrichtung erzeugten Linearkräfte und/oder Drehmomente bewegen muß. Zur Erzeugung von Linearkräften werden bisher an Führungen verschieblich gelagerte Gewichte verwendet, die zur Erhöhung der von der Person zum Muskeltraining oder zur Rehabilitation zu überwindenden Linearkraft miteinander gekoppelt werden. Ferner ist der Einsatz von Federn, wie Gasdruckfedern, zur Erzeugung von Linearkräften bekannt. Die Gewichte bzw. Federn sind ihrerseits entweder direkt mit der Trainingseinrichtung verbunden oder stehen durch entsprechende mechanische Kopplungen, wie Seilzüge oder Gelenkhebel, mit der Trainingseinrichtung in Wirkverbindung.
Des weiteren sind Trainingsgeräte bekannt, bei denen die Trainingseinrichtung mit einer hydraulischen Einheit, beispielsweise einem Hydraulikzylinder, koppelt ist. Durch Betätigen der Trainingseinrichtung wird die Hydraulikflüssigkeit innerhalb der hydraulischen Einheit hin und her bewegt, wobei durch Einstellen des hydraulischen Widerstandes in der hydraulischen Einheit Linearkräfte und/oder Drehmomente vorgegeben werden können, gegen die die Person mit ihrer Muskelkraft trainiert.
Ein derartiges Trainingsgerät ist beispielsweise aus der DE 40 31 481 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Trainingsgerät wird als hydraulische Einheit ein Hydraulikzylinder verwendet, bei dem der Kolben durch eine Feder in eine vorgegebene Bewegungsrichtung vorgespannt ist. Des weiteren ist im Kolben des Hydraulikzylinders ein durch eine elektronische Steuereinheit von außen verstellbares Drosselventil vorgesehen, mit dem der hydraulische Widerstand, gegen den der Kolben bewegt werden muß, während des Bewegungsablaufes entsprechend von der Steuereinheit vorgegebenen Signalen zu verändern ist. Beim Training trainiert der Person mit ihrer Muskelkraft in eine vorgegebene Bewegungsrichtung gegen die Kraft der Feder und den hydraulischen Widerstand, während sie in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung unterstützt durch die Feder lediglich gegen den hydraulischen Widerstand des Drosselventils trainiert. Der Bewe gungsablauf kann bei diesem bekannten Trainingsgerät von der Steuereinheit erfaßt und auf diese Weise Rückschlüsse auf den Trainingszustand der Person gezogen werden.
Die zuvor beschriebenen Trainingsgeräte gestatten es, bestimmte Muskelgruppen zu höherer Leistung zu trainieren oder auch zu ermitteln, welche Leistung die trainierende Person erbringen und wie deren Leistung noch weiter gesteigert werden kann.
Die bekannten Trainingsgeräte haben jedoch den Nachteil, dass die an der Trainingseinrichtung angreifenden Linearkräfte und/oder Drehmomente durch die physikalischen Gegebenheiten, wie die Masse der Gewichte, den hydraulischen Widerstand, die Federkraft und ähnliches, vorgegeben sind und allenfalls in äußerst geringem Umfang an den Trainingsablauf gezielt angepaßt werden können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Trainingsgerät zum Trainieren der Muskulatur einer Person und/oder zum Überprüfen der Muskelleistung einer Person bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining einer Person und/oder für die Überprüfung der Muskelleistung einer Person anzugeben, mit dem bzw. durch das es möglich ist, in einem Belastungsryklus mit entgegengesetzten Bewegungsrichtungen Muskelgruppen und zugehörige Gegenmuskel mit vorgegebenen Linearkräften und/oder Drehmomenten gemeinsam zu trainieren bzw. zu prüfen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Trainingsgerät mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 16 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät wird zum Erzeugen der Linearkräfte und/oder der Drehmomente, gegen die die Person beim Muskeltraining trainiert, ein aktiv von der hydraulischen Antriebseinheit hydraulisch betriebener Aktuator als hydraulische Einheit eingesetzt, der zwischen zwei entgegengesetzten Betriebsrichtungen steuerbar ist. Die hydraulische Antriebseinheit, die von der Steuereinheit angesteuert und eingestellt wird, betreibt den Aktuator so, dass der Aktuator in Abhängigkeit von der jeweiligen Bewegungsrichtung, in die die trainierende Person die Trainingseinrichtung bewegt, zumindest zeitweise eine entsprechende Gegenkraft und/oder ein entsprechendes Gegenmoment erzeugt. Drückt die trainierende Person die Trainingseinrichtung in eine erste Bewegungsrichtung, erzeugt der Aktuator zumindest zeitweise eine Kraft bzw. ein Drehmoment, die bzw. das der Muskelkraft der Person entgegenwirkt. Kommt es zu einer Änderung der Bewegungsrichtung der Trainingseinrichtung, ändert der Aktuator seine Betriebsrichtung, so dass der Aktuator eine Kraft und/oder ein Drehmoment erzeugt, das der neuen Bewegungsrichtung zumindest zeitweise entgegenwirkt. Die hydraulische Antriebseinheit kann von der Steuereinheit dabei so angesteuert werden, dass die hydraulische Antriebseinheit den Aktuator so betreibt, dass sich entweder eine konstante Kraft bzw. ein konstantes Drehmoment bei variabler Geschwindigkeit oder eine konstante Geschwindigkeit mit einstellbarer Kraft- bzw. Drehmomentbegrenzung ergibt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Person unterschiedliche Muskelgruppen während eines einzigen Belastungsryklus, mit wählbaren Bewegungs- und Belastungszuständen trainiert.
Hierdurch können die Muskeln und ihre entsprechenden Gegenmuskeln gezielt in einem Bewegungszyklus trainiert werden, so dass beispielsweise bei einem Training, bei dem in der ersten Bewegungsrichtung die Bauchmuskulatur trainiert wird, in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung die entsprechenden Muskelstränge der Rückenmuskulatur trainiert werden. Des weiteren ist das erfindungsgemäße Trainingsgeräte auch zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit bestimmter Muskelgruppen, beispielsweise zu Rehabilitations- und Untersuchungszwecken, verwendbar, so dass insbesondere das bei entgegengesetzten Belastungsrichtungen auftretende, wichtige Zusammenspiel zueinander agierender Muskelgruppen für Rehabilitions- und Untersuchungszwecke miterfaßt und überprüft werden kann.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trainingsgerätes wird vorgeschlagen, die hydraulische Antriebseinheit mit einem Hydropulser zu versehen, mit dem der Trainingsbewegung, die vorzugsweise kontinuierlich abläuft, eine Schwingungsbewegung überlagert werden kann. Die Schwingungsbewegung hat dabei eine definierte Schwingungsamplitude und eine definierte Schwingungsfrequenz, die so auf die trainierende Person abgestimmt ist, dass deren Muskel während des Trainings gleichzeitig angeregt werden. Durch die Schwingungsbewegungen werden kurzfristig Kraft- bzw. Drehmomentspitzen erzeugt, welche in Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude der Schwingungsbewegung der Muskelkraft der trainierenden Person kurzfristig entgegenwirken oder die der Muskelkraft entgegenwirkenden Kräfte bzw. Drehmomente des Aktuators reduzieren.
Da die Muskulatur des Menschen nicht nur zur Fortbewegung dient, sondern auch vielfältige andere Aufgaben erfüllt, wie beispielsweise die Anregung der Durchblutung, eine Veränderung des chemischen Milieus, Anregung des Sehnen- und Knochenaufbaus, eine Anregung des Stoffwechsels, eine Temperaturregulation oder eine Kollagenausrichtung bei der Wundheilung, soll durch die Schwingungsbewegungen beim Muskeltraining nicht nur der Muskelaufbau gefördert, sondern gleichzeitig auch diese durch die Muskulatur verursachten positiven Wirkungen unterstützt werden.
So hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch die gezielte Schwingungsanregung der Muskulatur durch Schwingungsbewegungen gerade diese zuletzt genannten positiven Wirkungen gezielt gefördert werden können. So wird durch die Schwingungsanregung eine Längsvibration der Muskel erreicht, die zu einer spürbaren Anregung der Mikrozirkulation im Grundgewebe führt, welche ihrerseits zu einer Verbesserung der Stoffwechselvorgänge führt. Ferner werden durch die Schwingungsanregung chronische Schmerzen gedämpft, da durch die Schwingungen die Mechanosensoren des Körpers stimuliert werden, wodurch der Einfluß langsam leitender Schmerzsenoren gehemmt wird. Auch kommt es zu einer verbesserten Wundheilung, da durch gezielte, geringe schwingende Belastungen eine gerichtete Wundheilung im Muskelgewebe auftritt. Darüber hinaus wird durch die auf den Körper übertragenen Schwingungen eine Anregung des Gelenkaufbaus bewirkt.
Durch die erfindungsgemäße Erzeugung von Schwingungen beim Training werden diese positiven Wirkungen während des Bewegungszyklus gefördert, wobei zusätzlich eine Entkrampfung der Muskulatur eintritt.
Besonders bevorzugt kann bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trainingsgerätes die Steuereinheit die Schwingungsamplitude und/oder die Schwingungsfrequenz des Hydropulsers verändern, damit die vom Aktuator erzeugten Schwingungen individuell an den Trainierenden angepaßt oder gegebenenfalls auch deaktiviert werden können.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trainingsgerätes wird vorgeschlagen, die hydraulische Antriebseinheit mit einem Hydromotor zu versehen. Unter Hydromotor wird in diesem Zusammenhang eine hydraulische Maschine verstanden, die sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden kann, also den Druck im Aktuator in Abhängigkeit von seiner Bewegungsrichtung erhöht oder vermindert. Der Hydromotor wird vorzugsweise durch einen Elektromotor angetrieben, dessen Drehzahl von der Steuereinheit variiert und dessen Drehrichtung von der Steuereinheit umgekehrt werden kann. Zum Verändern der Geschwindigkeit des Aktuators ändert die Steuereinheit vorzugsweise die Drehzahl des Elektromotors, mit der der Hydromotor angetrieben bzw. betrieben wird.
Der Aktuator erzeugt, wenn der Hydromotor als Pumpe betrieben wird, entsprechende Antriebskräfte und/oder Antriebsmomente, die der Muskelkraft der Person entgegenwirken. Die Antriebsgeschwindigkeit und/oder Antriebsdrehzahl des Aktuators kann dabei von der Steuereinheit eingestellt und die von der zu trainierenden Person aufzubringenden Muskelkräfte auf einen definierten Wert begrenzt werden. Wird dieser Grenzwert erreicht, hält die Muskelkraft der trainierenden Person den Aktuator fest, d.h. er bewegt sich nicht. Übersteigen die Muskelkräfte die vom Aktuator der Trainingseinrichtung erzeugte Kraft bzw. dessen Drehmoment, so kann die Person den Aktuator mit ihrer Muskelkraft in eine gewünschte Position bewegen. Die Bewegungsgeschwindigkeit wird dabei von der zu trainierenden Person vorgegeben.
Der Aktuator erzeugt, wenn der Hydromotor als Motor betrieben wird, entsprechende Bremskräfte und/oder Bremsdrehmomente. Die trainierende Person muß dann das Trainingsgerät gegen die vom Aktuator erzeugten Bremskräfte und/oder Bremsdrehmomente mit seiner Muskelkraft bewegen.
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, den Hydromotor in der hydraulischen Antriebseinheit durch ein von einem Hydraulikaggregat zu versorgendes hydraulisches Proportional- oder Servoventil bzw. durch einen Hydroverstellmotor bzw. eine Hydroverstellpumpe zu ersetzen, das, der bzw. die mit der Steuereinheit verbunden, den Volumenstrom zum und vom Hydraulikzylinder bzw. -motor so steuert, dass sich eine vorgegebene Geschwindigkeit am Aktuator einstellt, bzw. den Druck am Aktuator so steuert, dass sich eine vorgegebene Kraft bzw. ein vorgegebenes Drehmoment am Aktuator einstellt.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit den Aktuator entsprechend einem vorgegebenen Belastungszyklus ansteuert, welcher sich aus verschiedenen Geschwindigkeiten und Kräften bzw. Momenten zusammensetzt. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die vom Aktuator zu erzeugenden Geschwindigkeiten Kräfte und/oder Drehmomente im Verlauf des Belastungszyklus variieren. Hierdurch ist es möglich, die Muskeln der trainierenden Person während des Belastungsryklus entsprechend einem Belastungsprofil zu beanspruchen, das einem natürlichen Belastungsprofil nachempfunden ist, wie es beispielsweise beim Laufen im Gelände, beim Rudern oder unter ähnlichen Trainingsbedingungen auftritt.
Ferner wird vorgeschlagen, an der Steuereinheit die Anzahl der Belastungszyklen pro Zeiteinheit einzustellen. Hierdurch ergibt sich für die trainierende Person die Möglichkeit, die Belastungszyklen entsprechend den individuellen Trainingswünschen vorzugeben. Ferner kann die Steuereinheit auch zur Eingabe der gewünschten Gegenkraft, des Gegenmomentes, des Stellweges und/oder die Stellgeschwindigkeit ausgelegt sein.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Aktuator ein Linearaktuator, beispielsweise ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder, verwendet, mit dem lineare Zug- und Druckkräfte erzeugt werden. Durch die Verwendung derartiger Linearaktuatoren kann auf die bisher übliche Verwendung von Gewichten oder Federn für das Muskeltraining verzichtet werden. So ist es beispielsweise möglich, in einer Fitness-Station, die mit mehreren Trainingseinrichtung ausgestattet ist, einen oder mehrere Linearaktuatoren vorzusehen, die mit den Trainingseinrichtungen gekoppelt sind. Mit Hilfe der Linearaktuatoren können dann entsprechende Zug- und Druckkräfte an die Trainingseinrichtung übertragen werden, so dass unterschiedlichste Belastungszyklen einstellbar sind, wobei einander zugeordnete Muskelgruppen der trainierenden Person in einem Bewegungsablauf trainiert werden können. Bei einem Rudergerät als Trainingsgerät ist es beispielswei se denkbar, durch entsprechende Anlenkung des Linearaktuatoren an die als Ruder ausgebildeten Trainingseinrichtungen Zug- und Druckkräfte zu übertragen, gegen die die trainierende Person entsprechende Muskelkräfte aufbringen muß, wobei durch entsprechendes Variieren der Zug- und Druckkräfte mit Hilfe der Steuereinheit der natürliche Bewegungsablauf beim Rudern nahezu perfekt simuliert werden kann.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, anstelle von oder in Ergänzung zu dem Linearaktuator einen oder mehrere Drehaktuatoren einzusetzen, die zum Erzeugen von Drehmomenten an die Trainingseinrichtungen gekoppelt werden.
Um den Trainingsablauf noch gezielter beeinflussen zu können, wird ferner vorgeschlagen, den den Aktuator und die Antriebseinheit miteinander verbindenden Hydraulikkreislauf mit mindestens einem mit der Steuereinheit verbundenen Steuerventil zum Einstellen des hydraulischen Widerstandes im Aktuator bzw. im Hydraulikkreislauf auszustatten. Mit Hilfe des Steuerventils ist es möglich, den hydraulischen Widerstand, insbesondere auch während des Trainingsablaufes, gezielt zu variieren, damit die vom Aktuator erzeugten Linearkräfte und/oder Drehmomente, gegen die die Person trainiert, schnell verändert werden können.
Als Steuerventil kann entweder ein Stromregelventil zum Regulieren des Volumenstromes im Hydraulikkreislauf oder ein Druckbegrenzungsventil zum Begrenzen des im Hydraulikkreislauf wirkenden Drucks eingesetzt werden. Während mit Hilfe des Stromregelventils insbesondere die Stellgeschwindigkeit, mit der der Aktuator von der trainierenden Person bewegt wird, auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist, kann mit Hilfe des Druckbegrenzungsventils der hydraulische Druck im Aktuator begrenzt werden, gegen den die Person trainiert, so dass die Person bei gleichem Druck, jedoch mit unterschiedlichen Stellgeschwindigkeiten trainieren kann.
Des weiteren wird vorgeschlagen neben dem als Stromregelventil ausgebildeten Steuerventil ein weiteres Steuerventil im Hydraulikkreislauf vorzusehen, welches vorzugsweise als Druckbegrenzungsventil zum Begrenzen des im Hydraulikkreislauf wirkenden Drucks ausgebildet ist, so dass mit den beiden Ventilen der Trainingsablauf gezielt beeinflußt werden kann.
Um die Druckkammern des Aktuators, zwischen denen die Hydraulikflüssigkeit hin und her gefördert wird, auf einfache und störungsfreie Weise mit einander zu verbinden, wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trainingsgerätes vorgeschlagen, der den Aktuator und die Antriebseinheit miteinander verbindenden Hydraulikkreislauf mit vier Rückschlagventilen auszustatten, welche in Form einer Graetzschaltung miteinander in Strömungsverbindung stehen.
Um die aktuelle Stellposition, die aktuelle Stellgeschwindigkeit, den aktuellen Druck und/oder den aktuellen Volumenstrom erfassen zu können, ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Trainingsgerätes ein Meßsystem vorgesehen, mit dem zumindest einer dieser Parameter erfaßt werden kann. Des weiteren kann in die Verbindung zwischen Aktuator und der zu trainierenden Person ein Kraft- bzw. Drehmomentmesssystem eingefügt werden, mit dem die wirksamen Kräfte und/oder Drehmomente erfasst werden können. Indirekt kann die Kraft oder das Drehmoment über die Messung des hydraulischen Drucks im Hydraulikzylinder ermittelt werden, dessen Wert mit der wirksamen Fläche des Hydraulikkolbens multipliziert, unter Vernachlässigung der Reibung, die wirksame Kraft ergibt. Die erfaßten Meßwerte werden dann als Singale zur Weiterverarbeitung beispielsweise an die Steuereinheit weitergeleitet. Die Signale können der zu trainierenden Person auch angezeigt werden, damit diese bei einer Bewegung mit vorgegebener Geschwindigkeit das vorgesehene Kraft- bzw. Drehmomentniveau und bei einem vorgegebenen Kraft- bzw. Drehmomentverlauf das vorgesehene Geschwindigkeitsniveau einhalten kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser mit Meßsystemen ausgestatteten Ausführungsform des Trainingsgerätes weist die Steuereinheit eine mit dem Meßsystem gekoppelte Regelungseinrichtung auf, die die Meßsignale des Meßsystems erfaßt und auswertet. Mit Hilfe der Regelungseinrichtung wird dann der Aktuator entsprechend einer Regeldifferenz, welche auf einem Vergleich zwischen dem von dem Meßsystem gemessenen IST-Wert und einem in der Steuereinheit vorgegebenen SOLL-Wert basiert, nachgeregelt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die von dem Aktuator erzeugten Bewegungen und Kräfte für ein optimiertes Trainingsergebnis an die von der trainierenden Person aufgebrachten Muskelkräfte angeglichen werden.
Damit der Aktuator den unterschiedlichen Bewegungen, die während eines Belastungsryklus von der mit ihr gekoppelten Trainingseinrichtung verursacht werden, folgen kann, ist der Aktuator am Gestell des Trainingsgerätes vorzugsweise schwenkbar angelenkt. Hierzu kann der Aktuator beispielsweise mit einem Schwenklager oder auch mit einem Kugelgelenk am Gestell des Trainingsgerätes gelagert sein.
Die Trainingseinrichtung selbst ist durch geeignete mechanische Kopplungen, wie Seilzüge, Hebelanordnungen, Stangen, Kulissen, zur Kraft- und/oder Drehmomentübertragung mit dem Aktuator verbunden. Die mechanische Kopplung kann auch so gestaltet sein, dass durch entsprechende Gelenke und Lagerungen eine Linearbewegung des Aktuators beispielsweise in eine Schwenkbewegung der Betätigungseinrichtung der Trainingseinrichtung umgewandelt wird.
Das zuvor beschriebene Prinzip unter Verwendung eines in zwei Betriebsrichtungen ansteuerbaren Aktuators, der entsprechend der aktuellen Betätigungsrichtungen in seiner Betriebsrichtung betreibbar ist, ist bei einer Vielzahl Trainingsgeräte einsetzbar. So wird vorgeschlagen das erfindungsgemäße Prinzip bei einer Fitness-Station anzuwenden, die mit Trainingseinrichtungen zum Trainieren der Brustmuskulatur, der Beinmuskulatur, der Rumpf- und Rückenmuskulatur und/oder der Muskulatur der oberen und unteren Extremitäten ausgestattet ist. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Prinzip insbesondere auch bei Trainingsgeräten zur Rehabilitation und zur Ermittlung der Muskelleistung von Personen eingesetzt werden, wobei durch den Betrieb des hydraulischen Aktuators entsprechende Signale entstehen, die beispielsweise zu Untersuchungszwecken ausgewertet werden können. Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Prinzip für den Einsatz mit einem Rudergerät, einem Ellipsentrainer oder einem Heimtrainer.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining einer Person und/oder für die Überprüfung der Muskelleistung einer Person. Bei dem Verfahren werden die Linearkräfte und/oder Drehmomente erfindungsgemäß durch einen zwischen zwei einander entgegengesetzten Betriebsrichtungen steuerbaren, hydraulisch betriebenen Aktuator erzeugt, wobei der Aktuator derart angesteuert wird, dass er in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung, in der die Person die Trainingseinrichtung betätigt, vorzugsweise durch Umschalten der Betriebsrichtung, zumindest zeitweise der Muskelkraft der Person jeweils entgegenwirkende Linearkräfte und/oder Drehmomente erzeugt.
Bei diesem Verfahren ist es insbesondere von Vorteil, wenn den erzeugten Linearkräften und/oder Drehmomenten entsprechende Schwingungen überlagert werden, die die Muskulatur der trainierenden Person gezielt zum Schwingen anregen, um eine rhythmische neuromuskuläre Stimulation des Muskelgewebes zu erreichen. Besonders bevorzugt ist dabei sowohl die Schwingungsamplitude und/oder die Schwingungsfrequenz variabel.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Aktuator nur zum Erzeugen von Bremskräften und/oder Bremsdrehmomenten, gegen die die Person trainiert, betrieben. In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt der Aktuator zusätzlich Antriebskräfte und/oder Antriebsdrehmomente, gegen die die Person trainiert. Besonders bevorzugt wird dieser Aktuator im sogenannten Vierquadrantenbetrieb betrieben, so dass er wahlweise in beide Betriebsrichtungen als Generator und als Motor betrieben wird. Hierdurch kann der Aktuator optimal an die jeweiligen Belastungszyklen angepaßt werden.
Des Weiteren wird bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, den Aktuator entsprechend vorgegebener Belastungszyklen zu betreiben, wobei sich jeder Belastungszyklus aus wechselnden Betätigungsrichtungen der Trainingseinrichtung zusammensetzt und die vom Aktuator erzeugten Kräfte und/oder Drehmomente im Verlauf des Belastungszyklus zusätzlich variieren können, so dass ein variabler Trainingsablauf möglich ist. Die verschiedenen Belastungszyklen können dabei in einer Datenbank einer Steuereinheit abgelegt und/oder durch eine entsprechend gestaltete Eingabeeinheit an der Steuereinheit zusammengestellt werden.
Um den aus Sicht des Trainingserfolges optimalen Umschaltpunkt des Aktuators von der einen Betriebsrichtung in die andere Betriebsrichtung bestimmen zu können, wird bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich vorgeschlagen, beim Muskeltraining die Betriebsstellung und/oder die Geschwindigkeit des Aktuators zu erfassen, wobei in Abhängigkeit von der Betriebsstellung und/oder der Geschwindigkeit die Betriebsrichtung und/oder die Betriebsart des Aktuators vom Antriebs- zum Bremsbetrieb oder umgekehrt umgeschaltet wird.
Die vom Aktuator auf die zu trainierende Person wirkenden Linearkräfte und/oder Drehmomente werden vorzugsweise durch eine Einstellung der hydraulischen Drücke erreicht. Hierdurch ist ein sehr exaktes Einstellen und eine sehr genaue Vorgabe der gewünschten Linearkraft und/oder des gewünschten Drehmomentes möglich, die bzw. das der Muskelkraft der trainierenden Person entgegenwirken soll.
Des Weiteren wird bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass die Art des Bewegungszyklus, die Anzahl der Bewegungszyklen pro Zeiteinheit und/oder die Trainingsdauer von der trainierenden Person eingestellt werden können, so dass die trainierende Person das Trainingsgerät entsprechend ihren Trainingsvorgaben vor Trainingsbeginn programmieren kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Trainingsgerätes, bei dem bei der Einrichtung zum Erzeugen von Antriebs- und Bremskräften ein Hydropulser verwendet wird, und
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Trainingsgerätes, bei dem bei der Einrichtung zum Erzeugen von Antriebs- und Bremskräften ein Hydromotor einsetzt wird.
1 zeigt eine Einrichtung 10 zum Erzeugen von Linearkräften in einem erfindungsgemäßen Trainingsgerät. Vom Trainingsgerät ist aus Gründen der besseren Darstellbarkeit nur die mechanische Kopplung 12 zu einer nicht dargestellten Trainingseinrichtung des Trainingsgerätes gezeigt. Bei dem Trainingsgerät handelt es sich im vorliegenden Fall um eine Fitness-Station, bei der die Trainingseinrichtung zum Erzeugen von Linearkräften anstelle mit dem üblicherweise verwendeten Satz senkrecht geführter Gewichte, welche von der trainierenden Person gegen die Wirkung der Schwerkraft anzuheben sind, mit der Einrichtung 10 zum Erzeugen von Linearkräften gekoppelt ist.
Die Einrichtung 10 weist einen Hydraulikzylinder 14 als Linearaktuator auf, dessen verschieblicher Kolben 16 über die Kolbenstange 18 und die Kopplung 12 mit der nicht dargestellten Trainingseinrichtung zur Kraftübertragung verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hydraulikzylinder 14 durch ein Schwenklager 20 schwenkbar am nicht dargestellten Gestell des Trainingsgerätes gelagert, während die Kolbenstange 18 durch die Kopplung 12 mit der Trainingseinrichtung gekoppelt ist.
Durch das Schwenklager 20 am Gestell ist eine Schwenkbewegung des Hydraulikzylinders 14 in einer Ebene möglich. Eine räumliche Ausrichtung des Hydraulikzylinders 14 ist durch die Verwendung eines Kugelgelenklagers anstelle des Schwenklagers 20 möglich. Die Ankopplung der Kolbenstange 18 des Hydraulikzylinders 14 an die Kopplung 12 der Trainingseinrichtung des Trainingsgerätes kann durch ein Drahtseil oder durch eine, Stange erfolgen.
Der Hydraulikzylinder 14 ist zur Druckölversorgung mit einem Hydraulikkreislauf 22 verbunden. Der Hydraulikkreislauf 22 weist unter anderem vier Rückschlagventile 24, 26, 28 und 30 auf, welche in Analogie zu einer Gleichrichterschaltung in der Elektrotechnik in Form einer sogenannten Graetzschaltung miteinander verbunden sind. Dadurch wird erreicht, dass das Bewegungs- und Kraftverhalten der Kolbenstange 18 von der Bewegungsrichtung der Kolbenstange 18 unabhängig ist. Wird die Kolbenstange 18 über die Kopplung 12 von der trainierenden Person nach rechts bewegt, verkleinert sich das Volumen der rechts dargestellten Kammer 32 des Hydraulikzylinders 14, während sich das Volumen in der links dargestellten Kammer 34 erhöht.
Dadurch strömt die Hydraulikflüssigkeit über das sich öffnende Rückschlagventil 26, über ein Stromregelventil 36 und das sich ebenfalls öffnende Rückschlag 28 in die links dargestellte Kammer 34 des Hydraulikzylinders 14. Gibt es keine Leckverluste, entspricht die Volumenreduktion der Kammer 32 der Volumenvergrößerung der Kammer 34. Es handelt sich um einen geschlossenen Kreislauf dessen Volumen prinzipiell konstant bleibt. Die Geschwindigkeit der Kolbenstange 18 läßt sich am Stromregelventil 36 einstellen. Die Geschwindigkeit der Kolbenstange 18 ist physikalisch bedingt proportional zum Volumenstrom durch das Stromregelventil 36. Die trainierende Person kann damit bei einer festen Einstellung des Stromregelventils 36 die Trainingseinrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit und einer von ihm variierbaren Kraft bewegen.
Die Maximalkraft wird durch ein zwischen den Rückschlagventilen 24, 26, 28 und 30 angeordnetes Druckbegrenzungsventil 38 begrenzt, das ab einem vorgegebenen, einstellbaren Druck öffnet. Die durchströmende Hydraulikflüssikeit fließt über das Rückschlagventil 28 in die links dargestellte Kammer 34. In diesem Zustand bleibt die Kraft an der Kolbenstange 18 konstant, die Geschwindigkeit der Kolbenstange 18 stellt sich variabel ein. Wird das Stromregelventil 36 geschlossen und das Druckbegrenzungsventil 38 auf einen definierten Druck eingestellt, läßt sich die Kolbenstange 18 nur bewegen, wenn von der trainierenden Person die Kraft aufgebracht wird, die ausreicht, um über den damit erzeugten hydraulischen Druck das Druckbegrenzungsventil 38 zu öffnen. Da diese erzeugte Gegenkraft von der trainierenden Person nicht überschritten werden kann, das Druckbegrenzungsventil 38 öffnet ab dem vorgegebenen, eingestellten Druck, kann somit die Geschwindigkeit der Kolbenstange 18 variiert werden.
Wird der Kolben 16 über die Kolbenstange 18 und die Kopplung 12 von der trainierenden Person nach links bewegt, verkleinert sich das Volumen der Kammer 34 und das der Kammer 32 vergrößert sich. Der sich in der Kammer 34 einstellende höhere Druck öffnet das Rückschlagventil 24 und wirkt, wie zuvor beschrieben, in gleicher Weise auf das Stromregelventil 36 und das Druckbegrenzungsventil 38. Die durchströmende Hydraulikflüssigkeit öffnet das Rückschlagventil 30 und fließt in die rechts dargestellte Kammer 32 des Hydraulikzylinders 14. Dadurch stellen sich die gleichen Bewegungs- und Kraftzustände wie im zuvor beschriebenen Fall ein, aber in umgekehrter Wirkrichtung.
Die Einstellungen des Stromregelventils 36 und des Druckbegrenzungsventils 38 werden durch eine Steuereinheit 42 vorgegeben und können auch während des Trainings verändert werden. Zusätzlich können die beiden Ventile 36 und 38, beispielsweise zu Justagezwecken, auch von Hand eingestellt werden.
Treten eventuell Leckverluste im Hydraulikkreislauf 22 auf, so wird die fehlende Hydraulikflüssigkeit durch das Rückschlagventil 42 und den Ansaugfilter 44 aus dem Vorratsbehälter 46 nachgesaugt. Ein nicht eingezeichnetes Druckbegrenzungsventil, parallelgeschaltet zum Rückschlagventil 42, kann zusätzlich vorgesehen sein, um unzulässig hohe Drücke im Hydraulikkreislauf 22 der Einrichtung 10 zu vermeiden.
Um die Bewegung des Kolbens 16 mit einer Schwingbewegung zu überlagern, ist der Hydraulikkreislauf 22 der Einrichtung 10 mit einem Hydropulser 48 als hydraulische Antriebseinheit versehen. Der Hydropulser 48 weist einen Schwingkolben 50 auf, welcher durch einen elektromagnetischen Antrieb 52 betätigt wird. Der Antrieb 52 wird seinerseits von der Steuereinheit 40 mit einer Wechselspannung mit variabler Frequenz und Amplitude gespeist. Die vom Antrieb 52 bewirkte Schwingungsbewegung des Schwingkolbens 50 erzeugt wechselweise eine Volumenvergrößerung bzw. Volumenverkleinerung in der rechten 32 und der linken Kammer 34 des Hydraulikzylinders 14, die den Kolben 16 in kleine Schwingbewegungen versetzt, welche über die Kolbenstange 18 und die Kopplung 12 auf die trainierende Person bzw. deren Muskeln wirkt und in Abhängigkeit von der Schwingungsbewegung eine der Muskelkraft der trainierenden Person entgegenwirkende Linearkraft erzeugt.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 60 zum Erzeugen von Linearkräften dargestellt, die im wesentlichen der in 1 gezeigten Einrichtung 10 entspricht, so dass identische Bauteile mit identischen Bezugszeichen bezeichnet sind. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch der Hydropulser 48 durch einen Hydromotor 62 als hydraulische Antriebseinheit ersetzt, welcher als Pumpe oder Motor betrieben werden kann. Die Welle des Hydromotors 62 ist mit einem Elektromotor 64 verbunden, welcher mit Hilfe der Steuereinheit 40 mit variabler Drehzahl und Drehrichtung so betrieben werden kann, dass der vom Hydromotor 62 erzeugte Volumenstrom bzw. Druck, die Bewegung bzw. Kraft der trainierenden Person unterstützt oder ihr entgegenwirkt. Zur Regelung der Geschwindigkeit kann ein in den Hydraulikkreislauf 22 der Einrichtung 10 integrierter Durchflusssensor 66 als Istwertgeber verwendet und zur Regelung der Kraft ein in den Hydraulikkreislauf 22 integrierter Drucksensor 68 als Istwertgeber eingesetzt werden. Der Durchflusssensor 66 und der Drucksensor 68 sind mit der Steuereinheit 40 verbunden, die entsprechend vorgegebener Sollwerte für den Volumenstrom und den Druck den Hydromotor 62 regelt.
Die Steuereinheit 40 ist ferner mit einer nicht dargestellten Eingabe- und Anzeigevorrichtung versehen, in die die trainierende Person vor Beginn des Trainings verschiedene Informationen eingeben kann. So kann die Person beispielsweise den Belastungszyklus, die Anzahl der Belastungszyklen pro Zeiteinheit, die Art des Belastungszyklus, die Belastungsgeschwindigkeiten und -kräfte eingeben oder aus einer Datenbank in der Steuereinheit 40 auswählen. Ferner ist es mit der Steuereinheit 40 möglich, den aktuellen Zustand des Trainingsgerätes, den aktuellen Trainingsablauf oder frühere Trainingsabläufe anzuzeigen, zu registrieren oder erneut vorzugeben. Des weiteren können sowohl die Größen „Kraft", „Geschwindigkeit" und „Weg" als auch die Zykluszeiten vorgegeben werden. Entsprechend den von der Person ausgewählten Parametern wird dann der als Hydraulikzylinder 14 ausgeführte Linearaktuator während des Muskeltrainings angesteuert.
Entsprechend dem ausgewählten Belastungszyklus wählt die Steuereinheit 40 aus, in welcher Weise der Hydraulikzylinder 14 von dem Hydropulser 48 bzw. dem Hydromotor 62 zu betreiben ist. So kann der Hydraulikzylinder 14 grundsätzlich in zwei entgegengesetzte Betriebsrichtungen, nämlich in die Einfahrrichtung der Kolbenstange 18 und in deren Ausfahrrichtung, betrieben werden. Des Weiteren kann die Steuereinheit 40 vorgeben, ob der Hydraulikzylinder 14 als Bremse oder Antrieb betrieben werden soll. Der Hydraulikzylinder 14 wird also im sogenannten Vierquadrantenbetrieb gefahren.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Einrichtung 10 näher erläutert.
Sobald eine Person an dem Trainingsgerät 12, beispielsweise einer Fitness-Station, trainieren möchte, gibt die Person zunächst in die Steuereinheit 40 die gewünschte Belastungsart, den gewünschten Belastungsryklus und die Anzahl der Belastungszyklen pro Zeiteinheit ein. Anschließend beginnt die Person mit dem Muskeltraining. Während des Muskeltrainings betätigt die Person in der üblichen Weise die Trainingseinrichtung, beispielsweise einen durch eine Hebelanordnung durch die Kopplung 12 mit dem Hydraulikzylinder 14 gekoppelten Drückerbügel. Durch das Betätigen des Drückerbügels werden die Muskelkräfte an den Hydraulikzylinder 14 übertragen, der entsprechend der von der Steuereinheit 40 eingestellten Betriebsart bremst oder antreibt.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die trainierende Person über den gesamten Belastungsryklus Muskelkräfte aufbringen muß, um die Trainingseinrichtung aktiv zu betätigen. Hierdurch wird insbesondere auch erreicht, dass bestimmte Paarungen von Muskelgruppen beispielsweise die Brustmuskulatur und ein Teil der Rückenmuskulatur in einem Belastungszyklus aufeinanderfolgend belastet werden, so dass die Person nur an einer Trainingseinrichtung für das Training beider Muskelgruppen trainieren muß.
Des weiteren wird der Hydraulikzylinder 14 mit Hilfe des Hydropulsers 48 von der Steuereinheit 40 so betrieben werden, dass der Hydraulikzylinder 14 der jeweiligen Linearbewegung in Längsrichtung wirkende Schwingungen überlagert, so dass die trainierende Person zusätzlich eine Schwingungsanregung erfährt, der Schwingungsbewegung also mit seiner Muskelkraft entgegenarbeitet. Hierdurch wird der trainierende Muskel in Schwingung versetzt und dabei stimuliert, so dass beispielsweise der Stoffwechsel im Muskelgewebe gefördert, eine Wundheilung im Muskelgewebe verbessert oder Schmerzen gelindert werden können. Die Steuereinheit 40 ist dabei in der Lage, die Schwingungsamplitude und/oder die Schwingungsfrequenz des Hydropulsers 48 unabhängig voneinander zu variieren, damit die erzeugten Schwingungen an den Trainingsablauf angepaßt werden können. Ferner ist es möglich, dass von außen in die Steuereinheit 40 entsprechende Vorgaben hinsichtlich der Schwingungsamplituden und -frequenzen eingegeben werden, um die erzeugten Schwingungen an die trainierende Person individuell anpassen zu können.
Des Weiteren kann die Steuereinheit 40 den Hydraulikzylinder 14 so ansteuern, dass die vom Hydraulikzylinder 14 erzeugten Gegenkräfte für eine optimale Belastung der Muskulatur der Person während des Belastungszyklus variieren.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit 40 durch den Drucksensor 68 den Kraftverlauf während der Belastungszyklen erfassen und zu Vergleichszwecken abspeichern. Auf diese Weise kann der Trainingserfolg optimiert und beispielsweise durch Beeinflussen und Variieren der Gegenkräfte des Hydraulikzylinders 14 mit Hilfe des Hydromotors 62 gezielt bestimmte Muskelgruppen während des Belastungsryklus trainiert werden.
Das Ermitteln und Abspeichern der Kraftverläufe während der Belastungszyklen ist ferner von Vorteil, wenn das Trainingsgerät zur Ermittlung der Muskelleistung, beispielsweise zu Untersuchungszwecken oder zu Rehabilitationsmaßnahmen, eingesetzt wird, da auf diese Weise die Muskelleistung sehr genau überwacht und/oder die Wirkung der Rehabilitationsmaßnahmen überprüft werden kann.
Die in den 1 und 2 gezeigte Einrichtung 10 ist nur mit dem als Linearaktuator dienenden Hydraulikzylinder 14 ausgestattet. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, mehrere Linearaktuatoren, beispielsweise in Form von Hydraulikzylindern, gemeinsam an einer Trainingseinrichtung oder an mehreren Trainingseinrichtungen des Trainingsgerätes anzukoppeln. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, einen oder mehrere Hydraulikzylinder mit herkömmlichen Einrichtungen zur Kraft- oder Drehmomenterzeugung, wie Gewichtssätzen und Federn, zu kombinieren.
Auch ist eine Kombination aus dem Hydropulser 48 und dem Hydromotor 62 in einem gemeinsamen Hydraulikkreislauf möglich, mit denen der Hydraulikzylinder 14 angesteuert wird.
Anstelle von oder in Ergänzung zu dem zuvor beschriebenen Hydraulikzylinder 14 als Linearaktuator kann auch ein Drehzylinder oder Hydromotor eingesetzt werden, der gleichfalls in beide Drehrichtungen betreibbar ist und von der Steuereinheit in der zuvor beschriebenen Weise angesteuert wird.

10: Einrichtung zum Erzeugen von Linearkräften
12: Kopplung
14: Hydraulikzylinder
16: Kolben
18: Kolbenstange
20: Schwenklager
22: Hydraulikkreislauf
24: Rückschlagventil
26: Rückschlagventil
28: Rückschlagventil
30: Rückschlagventil
32: Kammer
34: Kammer
36: Stromregelventil
38: Druckbegrenzungsventil
40: Steuereinheit
42: Rückschlagventil
44: Ansaugfilter
46: Vorratsbehälter
48: Hydropulser
50: Schwingkolben
52: elektromagnetischer Antrieb
60: Einrichtung zum Erzeugen von Linearkräften
62: Hydromotor
64: Elektromotor
66: Durchflusssensor
68: Drucksensor

Claims

Trainingsgerät zum Trainieren der Muskulatur einer Person und/oder zum Überprüfen der Muskelleistung einer Person, mit mindestens einer von der Person zum Muskeltraining entsprechend vorgegebener Betätigungsrichtungen aktiv zu betätigenden Trainingseinrichtung, mit mindestens einer mit der Trainingseinrichtung gekoppelten hydraulischen Einheit (14), gegen deren hydraulischen Widerstand die Person mit Muskelkraft trainiert, und mit einer Steuereinheit (40) zum Einstellen des hydraulischen Widerstandes der hydraulischen Einheit (14), dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Einheit ein hydraulischer Aktuator (14) ist, der von einer hydraulischen Antriebseinheit (48; 62) zum Erzeugen von Linearkräften und/oder Drehmomenten antreibbar ist, und dass die Steuereinheit (40) mit der hydraulischen Antriebseinheit (48; 62) verbunden ist und die hydraulische Antriebseinheit (48; 62) derart ansteuert, dass der Aktuator (14) in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung, in der die Person die Trainingseinrichtung betätigt, zumindest zeitweise der Muskelkraft der Person jeweils entgegenwirkende Linearkräfte und/oder Drehmomente erzeugt.
Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit einen Hydropulser (48) aufweist, der den Aktuator (14) derart betreibt, dass der Aktuator (14) Schwingungsbewegungen mit definierter Schwingungsamplitude und definierter Schwingungsfrequenz als der Muskelkraft der Person entgegenwirkende Linearkräfte und/oder Drehmomente erzeugt.
Trainingsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsamplitude und/oder die Schwingungsfrequenz der von dem Hydropulser (48) verursachten Schwingungsbewegung durch die Steuereinheit (40) einstellbar ist.
Trainingsgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit einen Hydromotor (62) zum Erzeugen eines definierten hydraulischen Drucks im Aktuator (14) aufweist.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (40) die Antriebseinheit (48; 62) entsprechend einem vorgegebenen Belastungszyklus ansteuert, welcher sich aus den verschiedenen Betätigungsrichtungen zusammensetzt, wobei die Antriebseinheit (48; 62) die vom Aktuator (14) zu erzeugenden Kräfte und/oder Drehmomente im Verlauf des Belastungszyklus vorzugsweise variiert.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuereinheit (40) die Anzahl der Belastungszyklen pro Zeiteinheit, die Gegenkraft, das Gegenmoment, der Stellweg und/oder die Stellgeschwindigkeit einstellbar ist.
Trainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein Linearaktuator (14) zum Erzeugen von linearen Zug- und Druckkräften ist.
Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein Drehaktuator zum Erzeugen von Drehmomenten ist.
Trainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Aktuator (14) und die Antriebseinheit (48; 62) miteinander verbindende Hydraulikkreislauf (22) mindestens ein mit der Steuereinheit (40) verbundenes Steuerventil (36, 38) zum Einstellen des hydraulischen Widerstandes aufweist.
Trainingsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil ein Stromregelventil (36) zum Regulieren des Volumenstromes im Hydraulikkreislauf (22) oder ein Druckbegrenzungsventil (38) zum Begrenzen des im Hydraulikkreislauf (22) wirkenden Drucks ist.
Trainingsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil ein Stromregelventil (36) zum Regulieren des Volumenstromes im Hydraulikkreislauf (22) ist und dass ein weiteres Steuerventil im Hydraulikkreislauf (22) vorgesehen ist, welches vorzugsweise als Druckbegrenzungsventil (38) zum Begrenzen des im Hydraulikkreislauf (22) wirkenden Drucks ausgebildet ist.
Trainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Aktuator (14) und die Antriebseinheit (48; 62) miteinander verbindende Hydraulikkreislauf (22) vier Rückschlagventile (24, 26, 28, 30) aufweist, welche in Form einer Graetzschaltung miteinander in Strömungsverbindung stehen.
Trainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Meßsystem (66, 68) angeordnet ist, mit dem die aktuelle Stellposition und/oder die aktuelle Stellgeschwindigkeit und/oder die Stellkraft des Aktuators (14) und/oder der Volumenstrom und/oder der Druck im Hydraulikkreislauf (22) zu erfassen ist.
Trainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (40) eine mit dem Meßsystem (66, 68) gekoppelte Regelungseinrichtung zum Nachregeln der hydraulischen Antriebseinheit (62) entsprechend einer Regeldifferenz, welche auf einem Vergleich zwischen einem von dem Meßsystem gemessenen IST-Wert und einem in der Steuereinheit (40) vorgegebenen SOLL-Wert basiert, aufweist.
Trainingsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trainingsgerät eine Fitness-Station mit Trainingseinrichtungen zum Trainieren der Brustmuskulatur, der Beinmuskulatur, der Rumpf- und Rückenmuskulatur und/oder der Muskulatur der oberen und unteren Extremitäten, ein Rudergerät, ein Ellipsentrainer oder ein Heimtrainer, ein Gerät zur Rehabilitation oder ein Gerät zum Ermitteln der Muskeltätigkeit und Leistungsfähigkeit einer Person, insbesondere für Untersuchungszwecke, ist.
Verfahren zum Betreiben eines Trainingsgerätes für das Muskeltraining einer Person und/oder für die Überprüfung der Muskelleistung einer Person, insbesondere zum Betreiben eines Trainingsgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei bei dem Verfahren die Person zum Muskeltraining entsprechend vorgegebener wechselnder Betätigungsrichtungen mindestens eine Trainingseinrichtung des Trainingsgerätes aktiv betätigt, die mit einer hydraulischen Einheit (14) gekoppelt ist, gegen deren einstellbaren hydraulischen Widerstand die Person mit Muskelkraft trainiert, dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulische Einheit ein hydraulisch betriebener Aktuator (14) verwendet wird, und dass der Aktuator (14) derart angesteuert wird, dass er in Abhängigkeit von der Betätigungsrichtung, in der die Person die Trainingseinrichtung betätigt, zumindest zeitweise der Muskelkraft der Person jeweils entgegenwirkende Linearkräfte und/oder Drehmomente erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (14) beim Training eine Schwingungsbewegung mit definierter Schwingungsamplitude und definierter Schwingungsfrequenz erzeugt, die auf die trainierende Person über die Trainingseinrichtung einwirkt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsamplitude und/oder die Schwingungsfrequenz der Schwingungsbewegung vorzugsweise während des Bewegungsablaufes verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (14) Bremskräfte und/oder Bremsmomente und/oder Antriebskräfte und/oder Antriebsmomente, erzeugt, gegen die die Person trainiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (14) entsprechend einem vorgegebenen Belastungsryklus, welcher sich aus den wechselnden Betätigungsrichtungen der Trainingseinrichtung zusammensetzt, angesteuert wird, wobei die vom Aktuator (14) erzeugten Kräfte und/oder Drehmomente im Verlauf des Belastungszyklus variieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass beim Muskeltraining die Betriebsstellung und/oder die Geschwindigkeit des Aktuators (14) erfaßt wird, und dass in Abhängigkeit von der Betriebsstellung und/oder der Geschwindigkeit die Betriebsrichtung und/oder die Betriebsart des Aktuators (14) vom Brems- zum Antriebsbetrieb oder umgekehrt umgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Art des Bewegungszyklus, die Anzahl der Bewegungszyklen pro Zeiteinheit und/oder die Trainingsdauer einstellbar sind bzw. ist.