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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein für Kampfsportarten
und Fitnesstraining geeignetes Trainingsgerät, insbesondere einen Boxsack,
mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung von auf das Trainingsgerät ausgeübten Schlägen und/oder
Tritten.
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Allgemein als Boxsäcke bezeichnete
Trainingsgeräte,
wie sei im Sport- und Freizeitbereich weite Verwendung finden, sind
meist als längliche, zylindrische
Körper
ausgebildet. Sie weisen eine äußere abriebfeste
Hülle auf,
die mit einem schlagdämpfenden
Material gefüllt
ist. Die Boxsäcke werden
in vertikaler Anordnung mittels einer Kette oder eines Seils an
einer Decke eines Raumes aufgehängt
oder an einem Standfuß schwenkbar
aufgestellt.
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Durch Ausüben von Faustschlägen oder Fußtritten
auf den Boxsack kann eine Trainingsperson Schlagtechniken und -kombinationen,
Schnelligkeit, Koordination und dgl. trainieren. Beim Einwirken auf
den Boxsack wird dieser in dem entsprechenden Bereich geringfügig nach
innen eingedrückt
und um den Aufhänge-
bzw. Schwenkpunkt ausgelenkt. Die schlagdämpfende Füllung absorbiert einen Teil
der Energie und verhindert somit eine Verletzung des Benutzers.
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Es besteht der Wunsch, den Trainingserfolg durch
vorzügsweise
sowohl qualitative als auch quantitative Erfassung der Schläge zu kontrollieren. Hierzu
ist aus der
DE 29618014
U1 ein Boxsack der eingangs beschriebenen Art bekannt,
der innerhalb der die Schläge
aufnehmenden Oberfläche
einen Sensor zur Erfassung der Verformung des Boxsacks in diesem
Bereich aufweist. Der Drucksensor ist mit einem Signalgeber verbunden,
der die einzelnen Schläge
nach außen
wahrnehmbar anzeigt.
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In einer Ausführungsform des vorbekannten Boxsacks
ist der Drucksensor durch einen elastischen, luftgefüllten Balg
gebildet, der infolge einer Schlageinwirkung zusammengedrückt wird,
wodurch Luft aus dem Balg nach außen strömt. Ein mit dem Luftbalg strömungsmäßig verbundener
Signalgeber nach Art einer Hupe erfasst die Luftströmung und
gibt ein akkustisches Signal ab. In einer anderen Ausführungsform
werden als Drucksensoren folienartige Schalter verwendet, die in
der Nähe
der äußeren Hülle angeordnet
sind. Durch einen Schlag in unmittelbarer Umgebung eines Druckschalters
wird ein Stromkreis geschlossen und ein Treffer optisch angezeigt.
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Unabhängig von der Ausführungsform
müssen
die Drucksensoren relativ nahe an der äußeren Hülle angeordnet sein, um ein
brauchbares Messsignal zu liefern. Durch die häufige schlagartige Belastung
können
die Drucksensoren relativ schnell abgenutzt oder sogar beschädigt werden.
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Drucksensoren registrieren Druckänderungen
in einem verhältnismäßig kleinen,
dem Drucksensor gegenüberliegenden
Umgebungsbereich. Die Trainingsperson muss hierzu markierte Bereiche
der Hülle
treffen. Um Schläge
in unterschiedlicher Höhe und
aus unterschiedlichen Radialrichtungen zu erfassen, müssten über den
gesamten Umfang und die gesamte Höhe des Boxsacks hinweg Drucksensoren verteilt
angeordnet sein. Dies würde
aber den Aufwand bei der Erfassung und Auswertung der Signale und
die Kosten für
den Boxsack in unerschwingliche Höhe treiben.
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Davon ausgehend ist es eine Aufgabe
der Erfindung, ein Trainigsgerät
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das die Erfassung von
Schlägen
aus unterschiedlichen Richtungen und in unterschiedlicher Höhe ermöglicht.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Sensoreinrichtung für ein solches
Trainigsgerät
zu schaffen, die einfach gestaltet und kostengünstig herzustellen ist. Vorzugsweise
ist nicht nur die Erfassung eines auf den Boxsack auftreffenden
Schlags, sondern auch eine qualitative Auswertung in Bezug auf die
Stärke
der Schlagkraft möglich.
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Diese Aufgabe wird durch das Trainingsgerät mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Trainingsgerät weist einen
zum Schlagen und/oder Treten eingerichteten, bspw. länglichen,
zylindrischen Körper
mit einer äußeren Oberfläche und
einem den Körper
ausfüllenden
schlagdämpfenden
Material auf. Zur Erfassung von auf das Trainingsgerät ausgeübten Schlägen und/oder
Tritten ist eine Sensoreinrichtung mit wenigstens einem Beschleunigungssensor
vorgesehen, der an einem Trägerelement
montiert ist. Das Trägerelement
ist in oder an dem Trainingsgerät
derart angebracht, dass es sich über
den Sitz des Beschleunigungssensors hinaus in einen Bereich hinein
erstreckt, in der Schläge
auf das Trainingsgerät
erfasst werden sollen.
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Erfindungsgemäß wird also nicht die Verformung
des Boxsacks mit einem Drucksensor, sondern die Beschleunigung,
die das Trägerelement
bei einem Schlag oder Tritt auf das Trainingsgerät erfährt, mit einem starr mit dem
Trägerelement
verbundenen Beschleunigungssensor erfasst und in ein elektrisches
Signal gewandelt. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass
lediglich ein einzelner Beschleunigungssensor genügt, um bei
einer vertikalen Anordnung des Trainingsgerät Schläge aus unterschiedlichen, sogar
allen radialen Richtungen zu erfassen. Der Beschleunigungssensor
muss nicht in der Nähe
der äußeren Hülle angeordnet
sein. Er weist die erforderliche Ansprechempfindlichkeit, Auflösung und
Bandbreite auf, um auch tief im Inneren des Trainingsgerät ein zuverlässiges Messsignal
zu liefern. Der Beschleunigungssensor kann folglich derart geschützt untergebracht
werden, um eine geringe direkte Belastung und eine lange Lebensdauer sicherzustellen.
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Um auch Schläge in unterschiedlichen Höhen zu erfassen,
weist das Trägerelement
eine erforderliche Längserstreckung
auf, die über
die des Beschleunigungssensors hinausgeht. Mit anderen Worten, das
Trägerelement
ist in Längsrichtung
des Trainingsgeräts,
die bei vertikaler Aufstellung oder Aufhängung des Trainingsgeräts der vertikalen
Richtung entspricht, über
den Sitz des Beschleunigungssensors hinaus verlängert. Ein Schlag in einer
von dem Beschleunigungssensor entfernten Höhe führt zu einer Auslenkung oder
Beschleunigung des dort verlaufenden Trägerelements, die auch an einem
entfernten Ende des Trägerelements
mit dem Beschleunigungssensor erfassbar ist. Das Trägerelement
erfüllt
also mehrere Funktionen. Neben der Halterung des Beschleunigungssensors
dient es auch als ein Aufnehmer, um einen Teil der Energie, die
in das Trainingsgerät
eingeleitet wird und sich durch die energieabsorbierende Füllung hindurch
ausbreitet, aufzufangen. Dies entspricht einer Antenne beider Übertragung
von Funk-, Radio- oder Fernsehsignale. Ferner leitet das Trägerelement
die aufgenommene Energie oder den Impuls zu dem Beschleunigungssensor
und stellt somit auch eine Energieleiteinrichtung dar.
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Die Längserstreckung des Trägerelements ist
entsprechend dem gewünschten
Erfassungsbereich zu wählen.
Das Trägerelement
kann nur einen Teil der Gerätehöhe des Trainingsgeräts einnehmen. Vorzugsweise
ist es derart längs
des Trainingsgeräts ausgedehnt,
dass annähernd
der gesamte zum Schlagen vorgesehene Bereich erfassbar ist.
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Das Trägerelement ist vorzugsweise
steif genug ausgestaltet, um eine ausreichende Energieübertragung
zu dem Beschleunigungssensor sicherzustellen. Als Material für das Trägerelement
kommen insbesondere Nichteisenmetalle, Aluminium, sofern es auf
ein geringes Gewicht und eine leichte Verarbeitung ankommt, Kunststoffe,
aber auch Holz, Beton und sonstige Materialien in Frage, die die
erforderliche Steifigkeit aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Trainingsgerät weist vorzugsweise
die von herkömmlichen
Boxsäcken
bekannte Ausgestaltung auf. Die äußere Oberfläche ist vorzugsweise
durch eine Hülle
gebildet, die vorteilhafterweise aus einem hochwertigen, abriebfesten Material,
vorzugsweise aus Leder, Kunstleder oder Segeltuch gefertigt. Es
können
auch synthetische Materialen, wie
bspw.
Nylon, verwendet werden. Diese Hülle
definiert vorzugs- weise einen länglichen,
im Wesentlichen zylindrischen Innenraum, der mit einem schlagdämpfenden,
energieabsorbierenden Füllmaterial
gefüllt
ist. Als Füllung
können
Sand, Sägemehl,
Textilien oder Verpackungsmaterial oder sogar Wasser oder Luft verwendet
werden. Der Schlagkörper
mit der äußere Oberfläche und
der Füllung kann
aber auch im Ganzen, einstöckig
aus einem Schaumstoff im Gussverfahren gefertigt sein. Die Form
ist ebenfalls beliebig wählbar
und kann bspw. einem menschlichen Oberkörper nachgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist das Trägerelement
in Form eines Stabs ausgestaltet, der zusammen mit dem oder den Beschleunigungssensoren
einen Sensors tab bildet. Besonders vorteilhaft
ist, wenn der Sensorstab durch ein Rohr, insbesondere ein Rundrohr
gebildet ist. Das Trägerelement
weist dann keine Ecken oder Kanten auf, wodurch der Einbau erleichtert
ist und eine Gefahr der Beschädigung
des Boxsacks oder einer Verletzung des Benutzers auch dann reduziert
ist, wenn der Sensorstab in der Nähe der äußeren Hülle oder an deren Außenseite
montiert ist. Ein solches Rohr ist besonders einfach und kostengünstig zu
fertigen bzw. erhältlich.
In der Innenbohrung des Rohres können
Kabel zur Energieversorgung für
die Sensoreinrichtung und Datenleitungen geführt werden.
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Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung registriert
vorzugsweise nicht nur das Vorkommen eines Schlags oder Tritts,
sondern liefert ein Messsignal, das für die Stärke der Schlagkraft kennzeichnend ist.
Hierzu sind bspw. piezoelektrische Sensoren, z.B. mit einem Bimorph-Biegeelement
bekannt, das sich bei Beschleunigungseinwirkung verbiegt und ein gut
auswertbares dynamisches Signal abgibt. Vorteilhaft sind auch mikromechanische
Sensoren mit einem nach Art einer Kammstruk tur ausgebildeten Feder-Masse-System,
das mit Ätztechnik
bspw. aus einem Siliciumwaver herausgearbeitet wird. Eine Beschleunigungseinwirkung
führt hier
zu einer elektrischen Ladungsverschiebung, die gemessen, bspw, kapazitiv
abgegriffen werden kann. Diese Sensorarten sind an sich bekannt
und gemeinsam mit einer ersten Auswertelektonik auf einem gleichen
Chip als integrierte Schaltung erhältlich. Es sind auch andere geeignete
Beschleunigungssensoren, wie bspw. Hall-Sensoren, verwendbar.
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Zur Erfassung von Schlägen in möglichst
allen Radialrichtungen kann ein zweidimensionaler Beschleunigungssensor
verwendet werden, der zwei zueinander senkrecht verlaufende Achsen
erfasst. Es können
auch vorteilhafteweise zwei eindimensionale Sensoren vorgesehen
und an dem Sensorstab bzw. -rohr in Umfangsrichtung vorzugsweise
um 90° zueinander
versetzt angeordnet sein. Die Auswertung der Signale ist dann besonders
einfach. Ein ungenaues Schlagen in der Umfangsrichtung ist somit unerheblich.
Dreidimensionale Beschleunigungssensoren können eingesetzt werden, um
auch die vertikale Richtung des Schlags, bspw. bei einem Aufrechthaken,
auswerten zu können.
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Die Beschleunigungssensoren können in
radialen Ausnehmungen des Trägers,
insbesondere des Sensorstabs oder -rohrs, geschützt untergebracht sein. Sie
können
darin mit einer Vergussmasse vergossen, eingeklebt oder auf sonstige
Weise mechanisch befestigt sein. Wichtig ist, dass eine feste Verbindung
zwischen dem Trägerprofilelement und
dem oder den Sensoren sichergestellt ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der
Sensor bzw. das Sensorpaar in der Nähe eines axialen Endes des
Trägerelements
angeordnet. Eine mittige Anordnung ist ebenfalls möglich. Eine
verbesserte Genauigkeit kann durch Mittelung oder Interpolation
erhalten werden, wenn wenigstens zwei Sen soren oder Sensorpaare
in der Längsrichtung
der Trägerelements
voneinander beabstandet an diesem angebracht sind.
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Der Sensoreinrichtung ist eine Signalverarbeitungseinrichtung
zugeordnet, die dazu dient, Messsignale von der Sensoreinrichtung
entgegenzunehmen und zu verarbeiten. Die Signalverarbeitungseinrichtung
kann eine bspw. auf einem Mikrocontroller oder einem Mikroprozessor
basierende Auswerteeinrichtung enthalten, um die Messsignale einer
näheren
Auswertung zu unterziehen. Es können
Empfindlichkeitsschwellen zur Registrierung des Schlags oder Tritts
vorgegeben werden. Weiterhin können
neben der Schlagkraft auch weitere bei einem Kampfsport- oder Fitnesstraining
interessierende Daten, wie Minimal- bzw. Maximalwert der Schlagkraft,
Schlagfrequenz, erbrachte Leistung und dgl., bestimmt werden. Die
Auswerteein- richtung filtert vorzugsweise niederfrequente Störsignale,
die durch ein Schwingen des Boxsacks hervorgerufen sind.
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Wenigstens ein Teil der Auswerteeinrichtung kann
mit an dem Trägerelement
angeordnet sein, um eine kompakte, vorgefertigte Messwerterfassungs- und
Auswerteeinheit zu bilden, die an dem Boxsack anzubringen ist. Ein
Teil der Auswertung kann jedoch auch außerhalb des Boxsacks, bspw.
durch ein auf einem Computer ablauffähiges Programms realisiert sein.
Es kann dann ein vorzugsweise ebenfalls an dem Träger montierter
Sender vorgesehen sein, der mit einem außerhalb des Trainigsgeräts angeordneten
Empfänger
kommuniziert. Die Übertragung
der Messsignale bzw. Daten erfolgt vorzugsweise drahtlos, bevorzugt über Funk
oder Ultraschall oder auch optisch, z.B. über ein Infrarotsystem. Eine
drahtgebundene Datenübermittlung
ist ebenfalls möglich,
vor allem wenn der Boxsack aufgehängt wird.
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Vorzugsweise ist auch eine Anzeigeinrichtung
vorgesehen, um die erfassten und ausgewerteten Messwerte zu visualisieren.
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Es sind optische Ausgaben, bspw.
mit Hilfe einer Leuchtanzeige oder einer grafischen Darstellung
auf einem Computer, oder alternativ oder zusätzlich auch akkustische Ausgaben
möglich.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung wird die erfindungsgemäße Messwerterfassungseinheit
durch einfaches Einstecken in den Boxsack an diesem angebracht.
Vorzugsweise wird das Trägerelement
derart in den Boxsack eingeführt, dass
es in dem Innenraum im Wesentlichen in Bezug auf die Radialrichtung
mittig angeordnet und vollständig
von der Füllung
umgeben ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist das Trägerelement
an der äußeren Oberfläche befestigt,
bspw. daran angeklebt. Die Freiheit in Bezug auf die Schlagposition
wird dadurch nicht wesentlich behindert.
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Die so gebildete kompakte Einheit
aus Boxsack und Messwerterfassungseinrichtung kann bspw. über eine
Kette, ein Seil oder dgl. an einer Decke eines Raumes vertikal aufgehängt werden
oder mit Hilfe eines Fußständers in
einem Raum frei aufgestellt werden. Der Boxsack kann in gewohnter
Weise verwendet werden, wobei eine Messwerterfassung eine genaue
Kontrolle der erbrachten Trainingsleistung ermöglicht. Ein ungenaues Schlagen
in Bezug auf die Höhe
und die Umfangsrichtung spielen ebenso wenig eine Rolle wie eine
Verbiegung des Boxsacks.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
wird die Erfindung durch einen Aufrüstsatz umgesetzt, der dazu
eingerichtet ist, einen herkömmlichen
Boxsack um die Funktion einer Messwerterfassung und -auswertung
zu erweitern. Der Aufrüstsatz
enthält
wenigstens das mit der Sensoreinrichtung und vorzugsweise auch der
Signalverarbeitungseinrichtung versehene Trägerelement, das in einen Boxsack
eingesetzt werden kann. Hinsicht 1ich der Ausgestaltung der einzelnen
Elemente wird auf die – obige
und nachfolgende Beschreibung verwiesen.
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Weitere Einzelheiten vorteilhafter
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der
zugehörigen Beschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Trainigsgerät mit einer
integrierten Messwerterfassungseinheit, im Längsschnitt, in einer schematisierten
Darstellung, sowie ein Visualisierungssystem, stark schematisiert und
verkleinert;
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2 die
Messwerterfassungseinheit nach 1,
in einer isolierten, vergrößerten Darstellung, im
Axialschnitt, stark schematisiert;
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3a bis 3b verschiedene Querschnittsansichten
der Messwerterfassungseinheit nach 1 und 2, geschnitten längs der
Linie A-A, B-B bzw. C-C in 2;
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4 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Trainingsgeräts, in einer
stark vereinfachten, schematisierten Darstellung, in einer Seitenansicht;
und
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5 eine
Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen aufstellbaren
Trainingsgeräts,
stark vereinfacht und schematisiert.
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In 1 ist
auf eine stark vereinfachte und schematisierte Weise ein erfindungsgemäßes Trainingssystem 1 veranschaulicht,
das für
ein kontrolliertes Kampfsport- oder Fitnesstraining vorgesehen ist.
Zu dem Trainingssystem 1 gehört ein Boxsack 2 mit
einer integrierten Messwerterfassungseinheit – 3 sowie ein hier nur schematisch
angedeutetes Rechner- und Visualisierungssystem 4.
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Wie entsprechende allgemein bekannte
Trainingsgeräte
bildet der erfindungsgemäße Boxsack 2 einen
Körper
in Form eines länglichen
Zylinders mit vorliegendenfalls einem rundem Querschnitt. Der Boxsack 2 weist
eine im Wesentlichen geschlossene Hülle 6 mit einem unteren
Bodenabschnitt 7, einem Umfangsabschnitt 8 und
einem oberen Deckelabschnitt 9 auf. Die Hülle 6 ist
vorteilhafterweise aus einem gegen Abrieb und Reißen widerstandsfähigen Material,
bspw, aus Kunstleder, Leder, Segeltuch oder Nylon gefertigt.
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Gemäß 1 ist der Boxsack 2 an einer
hier lediglich angedeuteten Decke 11 in vertikaler Ausrichtung
aufgehängt.
Hierzu dient eine Aufhängeeinrichtung 12,
zu der in der Nähe
des Deckelabschnitts 9 angebrachte Ösen 13 mit durch die Ösen hindurch an
dem Boxsack 2 angreifenden Seilen oder Ketten 14 gehören, die
oberhalb des Boxsacks 2 in einem Aufhängering 16 zusammengefasst
sind. Der Aufhängering 16 wird
an einem Haken an der Decke aufgehängt.
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In dem durch die Hülle 6 festgelegten
Innenraum 17 ist die vorliegendenfalls stabförmig ausgebildete
Messwerterfassungseinheit 3 in Radialrichtung im Wesentlichen
in der Mitte des Boxsacks 2 angeordnet. In Längsrichtung
des Boxsacks erstreckt sich die Messwerterfassungseinheit 3 über einen
beträchtlichen
Bereich der Länge
oder Höhe
des Boxsacks 2 hindurch, so dass zwischen den axialen Enden
der als Sensorstab ausgebildeten Messwerteerfassungseinheit 3 und
dem Bodenabschnitt 7 bzw. Deckelabschnitt 9 der
Hülle 6 eine
verhältnismäßig geringe
Weite freigelassen ist. Der Innenraum 17 zwischen dem Sensorstab 3 und
der Hülle 6 ist
mit einem schlag dämpfenden
Material 18, vorzugsweise mit Sand, Sägemehl oder – verdichteter
Baumwolle gefüllt.
Das Dämpfungsmaterial 18 umgibt
also den Sensorstab 3 von allen seinen Seiten, wobei der
Sensorstab 3 von der Hülle 6 und
der Füllung 18 unabhängig und
lediglich durch einfaches Einstecken darin festgesetzt ist.
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Die Messwerterfassungseinheit 3 ist
in 2 detaillierter und
vergrößert dargestellt.
Sie umfasst im Wesentlichen eine an einem Träger und Aufnehmer 19 angebrachte
Sensoreinrichtung 21, eine Signalverarbeitungseinrichtung 22 sowie
eine Spannungsquelle 23. Der Träger 19 weist ein zur
Aufnahme der Sensoreinheit 21 eingerichtetes längliches Rohr 24,
einen in 2 oben angeordneten
scheibenförmigen
Abschlussdeckel 26 sowie ein zwischen dem Abschlussdeckel 26 und
dem Rohr 24 angeordnetes rohrförmiges Anschlussstück 27 auf.
Alle Elemente 24, 26, 27 des Trägers 19 weisen
einen runden Querschnitt und einen übereinstimmenden Außendurchmesser
auf. Dies ergibt einen rohrförmigen Sensorstab 3 mit
einer glatten, von Kanten und Vorsprüngen freien Außenumfangsfläche 28.
Das Rundrohr 24 ist aus einem relativ steifen Material,
bspw. aus einem steifen Kunststoff, aus Edelstahl oder Aluminium,
gefertigt. Das Anschlussstück 27 und
der Abschlussdeckel 26 können aus dem gleichen oder auch
einem anderen Material hergestellt sein.
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Das Rundrohr 24 weist eine
Zentralbohrung 29 auf, die mit der Außenumfangsfläche 28 eine Rohrwand 31 mit
im Verhältnis
zu der Bohrung 29 relativ großer Dicke definiert. An dem
dem Anschlussstück 27 zugewandten
Ende des Rohrs 24 ist die Zentralbohrung 29 zu
einer Axialbohrung 32 erweitert, die in Bezug auf die Zentralbohrung 29 einen größeren Innendurchmesser
aufweist.
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Wie aus 2, 3a und 3b erkennbar, sind in dem
Rohr 24 Aufnahmetaschen 33, 34 zur Rufnahme von
Sensoren der Sensor einrichtung 21 vorgesehen. Die Aufnahmetaschen 33, 34 sind
als ausgehend von der Außenumfangsfläche 28 sich
radial nach innen erstreckende Ausnehmungen ausgebildet, bspw. durch
Einfräsen
in der Wand 31 eingearbeitet. Die Ausnehmungen 33, 34 sind
in Axialrichtung in unterschiedlicher Höhe des Sensorstabs 3 vorgesehen. Ein
erstes Paar von Ausnehmungen 33a, 33b ist relativ
weit oben in der Nähe
des -Übergangs
der Zentralbohrung 29 zu die Axialbohrung 32 ausgebildet. Ein
weiteres Paar von Ausnehmungen 34a, 34b ist in der
Nähe des
unteren Endes des Sensorstabs 3 eingearbeitet. Vorliegendenfalls
sind die Ausnehmungen 33a, 33b in Umfangsrichtung
um 90° voneinander
beabstandet. Gleiches gilt auch für das Paar von Ausnehmungen 34a, 34b,
das jedoch in Bezug auf die Längsachse 35 des
Sensorstabs 3 zu dem Paar 33a, 33b rotationssymmetrisch
bzw. um 180° gedreht angeordnet
ist. Die Ausnehmungen 33a, 33b, 34a, 34b,
sind jeweils über
radial verlaufende Querbohrungen 37 mit der Zentralbohrung 29 verbunden.
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Das rohrförmige Anschlusstück 27 weist
im Verhältnis
zu dem Rundrohr 24 eine nur geringe axiale Erstreckung
auf. Das Anschlussstück 27 weist
einen axialen Fortsatz 38 auf, dessen Außendruckmesser
im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Axialbohrung 32 entspricht,
so dass beim Einstecken des Anschlussstücks 27 in das Rundrohr 24 eine kraftschlüssige Verbindung
erhalten wird. Eine Zentralbohrung 39 des Anschlussstücks 27 führt im zusammengebauten
Zustand einerseits zu der Axialbohrung 32 des Rohrs 24 und
andererseits zu einer erweiterten axialen Ausnehmung 41,
in der ein axialer Vorsprung 42 reduzierten Durchmessers
des Abschlussdeckels 26 kraftschlüssig aufgenommen ist. Durch
den Abschlussdeckel 26 ist somit das Rohr 27, 24 nach
oben hin verschlossen. Wie in 2 angedeutet,
können
die beiden Rohrelemente 27, 24 zusätzlich bspw.
durch eine Schraubverbindung aneinander gesichert sein. Hierzu kann
wenigstens eine ausgehend von dem Anschlussstück
27 bis in das axiale
Ende des Rohrs 24 sich erstreckende, bspw. schräg verlaufende
Gewindebohrung 43 vorgesehen sein, in die ein Schraubenbolzen 44 eingeschraubt werden
kann.
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Die Sensoreinrichtung 21 weist
mehrere Sensorelemente 46, 47 auf, die jeweils
in den Aufnahmetaschen 33, 34 angeordnet sind.
Ein erstes Sensorpaar 46a, 46b ist den Ausnehmungen 33a, 33b zugeordnet.
Ein zweites Sensorpaar 47a, 47b ist in den Aufnahmetaschen 34a bzw. 34b untergebracht.
Die Sensorelemente 46a, 46b, 47a, 47b sind Beschleunigungssensoren,
die eine Beschleunigungseinwirkung erfassen und in ein elektrisches
Signal umsetzen. Bevorzugt werden mikromechanische oder piezoelektrische
Beschleunigungssensoren, wie sie kommerziell erhältlich sind.
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Die Sensorelemente 46, 47 sind
vor direkter äußerer Einwirkung
geschützt,
vollständig
in den Taschen 33, 34 aufgenommen und ragen nicht über die Außenumfangsfläche 28 vor.
Wie in 2 mit dem Bezugszeichen 48 angedeutet,
sind die Ausnehmungen 33, 34 und gegebenenfalls
die Querbohrungen 37 mit einer Vergussmasse oder mit Klebstoff
aufgefüllt,
so dass die Sensoren 46, 47 darin sicher gehalten
sind. Es können
auch bspw. mechanische Befestigungsmittel verwendet werden, um das
Trägerelement 19 mit
den Sensoren 46, 47 starr zu verbinden.
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Die Sensorelemente 46a, 46b, 47a, 47b sind über in der
Zentralöffnung 29 und
den Querbohrungen 37 verlaufende Stromversorgungs- und
Kommunikationsleitungen 48 mit der Signalverarbeitungseinrichtung 22 verbunden,
die in der Axialbohrung 32 an dem oberen Ende des Rohrs 24 angeordnet
ist. Wie in 3c schematisch
dargestellt, weist die Signalverarbeitungseinrichtung 22 vorliegendenfalls
im Wesentlichen drei Funktionseinheiten auf. Hierzu gehört eine
Ansteuereinheit 51 zur Ansteuerung der Sensoren 46, 47,
um von diesen bereitgestellte Mess- Signale einzulesen, und eine Auswerteeinheit 22,
die dazu eingerichtet ist, die Messsignale auszuwerten, um daraus
die interessierenden Daten oder Informationen zu gewinnen. Die von
der Auswerteeinheit 52 erzeugten Ausgangssignale werden
einer Sendeeinheit 53 zugeführt, die über Funk mit einer Empfangseinheit 54 kommuniziert,
die hier als Teil des in 1 schematisch
dargestellten Rechner- und Visualisierungssystems 4 veranschaulicht
ist. Das Rechner- und Visualisierungssystem 4 weist eine
Rechnereinheit 56, beispielsweise in Form eines PCs mit
einem geeigneten ablauffähigen
Programm, das die übertragenen
Daten gegebenfalls einer weiteren Auswertung unterzieht, sowie eine
von der Rechnereinheit 56 gesteuerte Anzeige 57,
bspw. einen Monitor, auf. Die Rechnereinheit kann auch Speichermittel
enthalten, um die relevanten Daten bedarfsweise abspeichern zu können.
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Die Signalverarbeitungseinrichtung 22 kann in
Form einer geeigneten Elektronikschaltung, beispielsweise einer
Platine mit einem Mikrocontroller, einem Steuerungs- und Auswerteprogramm
und einem Sendemodul, verwirklicht sein. Die Abmessungen der Platine
sind ausreichend klein, um diese in der Axialbohrung 32 unterbringen
zu können.
In der Axialbohrung 32 können geeignete Sicherungsmittel für die Platine,
bspw. hier nicht näher
veranschaulichte Steckplätze
montiert sein.
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Zur Energieversorgung dient die Spannungsquelle 23,
bspw. eine Batterie oder ein Satz von Batterien, die eine Spannung
zwischen 6 und 12 Volt liefern. Der Batteriesatz ist in der Axialbohrung 41 an
dem Ende des Trägerelements 19 untergebracht
und kann über
die abnehmbare Abdeckung 26 bedarfsweise ausgetauscht werden.
Geeignete Sicherungsmittel für
Spannungsquelle 23 sind hier der Einfachheit wegen ebenso
wenig veranschaulicht wie Kontakte, an die Anschlusskabel 58 angeschlossen
sind, die durch die Zentralbohrung 39 hindurch zu der Sig nalverarbeitungseinrichtung 22 und
weiter zu der Sensoreinheit 21 geführt sind.
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Das insoweit beschriebene Trainingssystem 1 arbeitet
wie folgt: Im Einsatz ist der Sensorstab 3 im Inneren des
Boxsacks 2 derart angeordnet, dass seine Längsachse
im Wesentlichen mit der Rotationssymmetrieachse des Boxsacks übereinstimmt
und er von allen Seiten, also sowohl umfangsseitig als auch von
oben und von unten, vollständig
in das Dämpfungsmatierial 18 eingebettet
ist. Der Sensorstab 3 braucht hier lediglich eingesteckt
und nicht zusätzlich befestigt
oder gegen Verkippen oder Verrutschen gesichert zu werden. Die aus
dem Boxsack 2 und der Messwerterfassungseinheit 3 gebildete
kompakte Einheit unterscheidet sich äußerlich nicht von anderen herkömmlich bekannten
Boxsäcken,
die ohne Messwerterfassung arbeiten.
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Wenn der Benutzer in einem beliebigen
Bereich an der Umfangsseite 8 des Boxsacks 2 einen Schlag
mit der Faust oder der offenen Hand oder einen Tritt mit dem Fuß vollführt, wird
die äußere Hülle 6 geringfügig nach
Innen eingedrückt,
der Boxsack 2 also geringfügig verformt und zudem um den
Aufhängepunkt
ausgelenkt. Die durch den Schlag eingeleitete Energie bzw. der mechanische
Impuls wird zum Teil von der schlagdämpfenden Füllung 18 absorbiert.
Ein Teil des mechanischen Impulses bzw. der Energie gelangt aber
zu dem Trägerelement 19 und wird
von diesem aufgenommen. Der aufgenommene Energie- oder Impulsanteil
breitet sich quasi als Schockwelle über das Trägerelement 19 aus.
Dadurch erfahren die Sensoren 46a, 46b, 47a, 47b eine Beschleunigung,
die sie erfassen und in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandeln.
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Wegen der Längserstreckung des als Energie-
bzw. Impuls aufnehmer- und -leiteinrichtung dienenden Trägerelements 19 – über annähernd die
gesamte Länge
des Boxsacks 2 hindurch, sind somit Schläge in unterschiedlicher
Höhe des
Boxsacks 2 erfassbar. Bei vertikaler Aufhängung des
Boxsacks 2 führt
selbst ein am oberen Ende des Boxsacks ausgeübter Schlag in Folge der sich
fortpflanzenden Schockwelle zu einer merklichen Beschleunigungswirkung
auch des unteren Sensorpaars 47a, 47b, die präzise erfassbar
ist. Gleiches gilt in Bezug auf die hier im Wesentlichen in der
Mitte des Boxsacks 2 angeordneten Sensoren 46a, 46b bei
einem Schlag im Bereich des unteren Endes des Boxsacks 2.
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Die vorteilhafte Anordnung senkrecht
zueinander ausgerichteter eindimensionaler Beschleunigungssensoren 46a, 46b bzw. 47a, 47b eines
jeden Sensorpaars 46 bzw. 47 ermöglicht es,
mit jedem Sensorpaar eine Beschleunigung in beliebiger radialer
Richtung zu erfassen. Eine ungenaue Schlagposition ist also unerheblich.
Der Benutzer kann seine Schläge
von jeder beliebigen Radialrichtung aus platzieren. Zwar genügt im Prinzip
ein einzelnes Sensorpaar, um die Schlagkraft ausreichend zu erfassen, mit
zwei oder mehreren Sensorpaaren, die wie hier in axialer Richtung
voneinander beabstandet angeordnet sind, lassen sich jedoch mit
geeigneten Filterungstechniken genauere Messergebnisse erzielen. Die
hier veranschaulichte Kreuzkonfiguration in radialer Richtung einander
gegenüber
liegendender Sensorelemente 46a, 47a und 46b, 47b führt zu besonders
zuverlässigen
und einfach auswertbaren Messsignalen.
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Diese Messsignale werden von der
Signalverarbeitungseinrichtung 22 entgegengenommen und
der Auswerteinheit 52 zugeführt, die sie auswertet, um
einen Schlag zu registrieren und vorzugsweise auch die Stärke der
Schlagkraft zu bestimmen. Die Messsignale werden einer Interpolation
und sonstigen Filteroperationen unterzogen. Beispielsweise können durch
Schwingen des Boxsacks 2 verursachte Störsignale, die wesentlich niederfrequenter
sind als die Nutzsignale, herausgefiltert werden. Weiterhin kann
eine Schwelle vorgegeben sein, um einen Schlag als solchen zu deklarieren.
Die Messwerterfassungseinheit 3 kann unter Berücksichtigung der
Art und Dichte des Dämpfungsmaterials 18 und der
Eigenschaften der äußeren Hülle 6 geeignet
geeicht sein, um einen Absolutwert für die Schlagkraft zu liefern.
Im Allgemeinen wird aber ein Relativwert für die Stärke der Schlagkraft genügen. Die
erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinheit 22 kann auch
weitere wichtige Informationen, wie die Schlagfrequenz, die Pausen
während
der Trainingseinheit und die während
dieser erbrachte Leistung bestimmen und hierfür kennzeichnende Signale liefern.
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Die gewonnenen Ausgangssignale werden durch
das Funk-Übertragungssystem 53, 54 zu
dem Rechner- und Visualisierungssystem 4 übertragen, dort
gegebenenfalls weiter verarbeitet und beispielsweise auf dem Monitor 57 geeignet
grafisch aufbereitet angezeigt. Der Benutzer oder sein Trainer erhält also
ein genaues Bild über
die Schnelligkeit und Häufigkeit
der Schläge, über die
erzielten Kraftwerte und somit über
die Fitness und den Leistungszustand der Trainingsperson. Der erfindungsgemäße Boxsack 2 eignet
sich als Trainingsgerät
für diverse
Sportarten, insbesondere Kampfsportarten, wie Boxen oder Karate,
für ein
Fitnesstraining, um die Schnelligkeit, Ausdauer und motorische Koordination
zu steigern, oder auch für
Wettkämpfe.
Die Trainingsperson kann ohne Einschränkung Schläge in unterschiedlicher Höhe und aus
unterschiedlichen radialen Richtungen ausüben, die stets präzise ausgewertet
werden.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Messwerterfassungseinheit 3 liegen
vor allem auch in der einfachen Ausgestaltung. Der rohrförmige Träger 19 ist
kostengünstig
hergestellbar. Die Trägerelemente 24, 26 und 27 lassen
sich schnell zusammen oder auseinander bauen. Der Sensorstab 3 weist
eine glatte Außenumfangsfläche 28 auf,
wodurch das Einsetzen des Sensorstabs in dem Boxsack 2 und
dessen Austausch erheblich erleichtert sind, wobei vorzugsweise
der obere Deckelabschnitt 9 einen Zugang zu dem Innenraum 17 ermöglicht.
Die Batterie 23 lässt
sich auch über
den Deckel 26 schnell und einfach ersetzen. Im Gegensatz
zu der Erfassung mit Drucksensoren genügt bereits ein einziges Paar
von eindimensionalen Beschleunigungssensoren, um alle Schläge zu erfassen.
Es ist auch die Verwendung eines einzelnen zwei- oder dreidimensionalen
Beschleunigungssensors möglich,
der längs
des Trägers 19 beliebig
angeordnet sein kann. Mit mehreren Sensoren beziehungsweise Sensorpaaren
kann die Genauigkeit jedoch weiter verbessert werden. Die erfindungsgemäße Messwerterfassungseinheit 3 kann auch
als Aufrüstsatz
zum Nachrüsten
eines herkömmlichen
Boxsacks ohne Messwerterfassung verwendet werden.
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Die insoweit beschriebene bevorzugte
Ausführungsform
lässt im
Rahmen der Erfindung viele Modifikationen zu. Bspw. spielt die genaue
Form des Boxsacks 2 für
die Ausführung
der Erfindung keine wesentliche Rolle. Der Boxsack 2 kann
mehr oder weniger lang ausgebildet sein, wobei das Trägerelement 19 vorzugsweise
an die Länge
des Boxsacks angepasst ist. Das Trägerelement 19 kann
jedoch auch deutlich kürzer
als der Boxsack sein, wenn nur ein Teilbereich erfasst werden soll.
Außer
der vorteilhaften rohrförmigen
Ausgestaltung des Trägerelements 19,
die ein Unterbringen aller wesentlichen Elemente und Leitungen gestattet,
sind beliebige Ausgestaltungen von Trägerprofilen oder Trägerkonstruktionen
möglich,
sofern diese in der Längsrichtung
des Boxsacks ausreichend ausgedehnt und im Übrigen relativ steif sind.
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Zur Datenübermittlung kann außer dem
hier gezeigten Funksystemen 53, 54 auch ein infrarot- oder
ein sonstiges opti sches System oder ein anderes beliebiges bekanntes Übertragungssystem
verwendet werden. Zur Visualisierung von Messwerten können Leuchtmittel
oder andere optischen Anzeigemittel verwendet werden. Die Anzeige
kann auch nur auf akustischem Wege erfolgen. Die Ausgabemittel können einen
intergralen Teil der Messwerterfassungseinheit 3 bilden
oder auf sonstige Weise an dem Boxsack 2 befestigt sein.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dargestellt, die sich von der Ausführungsform nach 1 im Wesentlichen dadurch
unterscheidet, dass die Messwerterfassungseinheit 3 nicht
im Inneren des Boxsacks 2, sondern an der Außenseite
der Hülle 6 angebracht
ist. Der Träger 19 der
Messwerterfassungseinheit 3 kann, wie vorangehend, in Form
eines Rohrs, eines Teilzylinders, eines Profils, einer Platte oder
dgl. ausgebildet und beispielsweise durch Ankleben an der Hül-le 6 befestigt sein.
Es kann auch eine Aufnahmetasche an der Hülle 6 angenäht sein,
in die das Trägerelement 19 einfach
eingeschoben wird. Auch bei dieser Ausführungsform wird durch das relativ
schmale Trägerelement 19 das
Schlagen aus unterschiedlichen Richtungen nicht oder nur unwesentlich
behindert. Auch Schläge auf die dem Trägerelement 19 radial
gegenüber
liegende Seite des Boxsacks 2 werden genau erfasst. Vorteilhafterweise
versteift das Trägerelement
auch den Boxsack 2 gegen Abknicken.
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In 5 ist
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Boxsacks 2 veranschaulicht,
der nicht zur vertikalen Aufhängung
sondern zum freien Aufstellen in einem Raum eingerichtet ist. Hierzu
ist der Boxsack 2 über
ein Federelement 59 an einem Standfuss 61 schwenkbar
angelenkt. Die erfindungsgemäße Messwerterfassungseinheit 3 kann,
wie angedeutet, im Inneren des Boxsacks angeordnet sein, oder auch
an dessen Außenseite
befestigt sein. Hiervon unabhängig
ist keine mechanische Verbindung zwischen dem Trägerelement 19 und
der Feder 59 erfor derlich, um die Auslenkung des Boxsacks
bzw. seine Beschleunigung und somit einen Schlag zu erfassen. Im Übrigen ist
die Anordnung des Boxsacks beliebig. Der Boxsack 2 kann
auch in horizontaler Ausrichtung aufgehängt oder aufgestellt sein.
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Ein für den Sport- und/oder Fitnessbereich vorgesehenes
Trainigsgerät 1 in
Form eines Boxsacks 2 mit einer in einer sackartigen Hülle 6 angeordneten
energieabsorbierenden Füllung 18 weist eine
Sensoreinrichtung 21 zur Erfassung von auf den Boxsack
ausgeübten
Schlägen
und/oder Tritten auf. Zu der Sensoreinrichtung 21 gehört wenigstens
ein Beschleunigungssensor 46, 47, der mit einem
stab-, rohrförmigen
oder sonst in Längrichtung
des Boxsacks 2 ausgedehnten Trägerelement 19 starr
verbunden ist. Der Beschleunigungssensor 46, 47 erfährt bei
einem Schlag auf den Boxsack 2 durch Vermittlung des Trägerelements 19 eine
Beschleunigungseinwirkung und setzt diese in ein hierfür kennzeichnendes
Messsignal um. Eine Auswerteeinrichtung 52, 56 ist
dazu vorgesehen, die gewonnenen Messsignale qualitativ zu bewerten
und objektiv zu beurteilen. Es können
somit Informationen in Bezug auf die Schlagkraft, die Schlaghäufigkeit
und dgl. bestimmt werden. Die vorgefertigte, kompakte erfindungsgemäße Messwerterfassungseinheit 3 ist
zum Gebrauch fertig und wird einfach durch Einstecken in den Boxsack 2 an
diesem befestigt.