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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stimulation von Körperbereichen eines Benutzers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Vorrichtungen werden beispielsweise zum elektrischen Muskelstimulationstraining (EMS) ausgewählter Körperbereiche eines Benutzers im Rahmen von Rehabilitationsmaßnahmen oder zum sportlichen Training verwendet. Die Vorrichtung umfasst ein Bekleidungsstück, das zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Textilgebilde besteht und am Körper der trainierenden Person befestigt wird. In dem Bekleidungsstück ist mindestens ein Paar von Elektroden angeordnet, die die gewünschte elektrische Muskelstimulation bewirken, wobei diese Elektroden mittels elektrischer Leitungen an eine Spannungs- oder Stromquelle angebunden ist, mittels derer die Elektroden mit elektrischer Energie versorgt werden. Weiterhin umfasst die Vorrichtung mindestens eine Steuereinheit, mit deren Hilfe die Spannungsversorgung der Elektroden gesteuert wird.
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Aus
DE 10 2020 130 874 A1 ist ein Bekleidungsstück aus einem textilen Material bekannt, in dem mindestens ein Elektrodenpaar integriert sind. Die Elektroden kontaktieren beim Tragen wenigstens einen Körperbereich der trainierenden bzw. zu behandelnden Person, und die Spannungsversorgung der Elektroden wird während des Trainings mittels einer Steuereinheit angesteuert, die an dem Bekleidungsstück befestigt werden kann. Hierzu ist an dem Bekleidungsstück eine Trägereinheit vorgesehen, die mit den Elektroden elektrisch verbunden ist und an der die Steuereinheit mittels eines Fixierelements verliersicher befestigt werden kann. Die Trägereinheit umfasst dabei eine biegesteife Grundplatte, an der die Steuereinheit mittels hakenförmiger Fixierelemente und eines Klettbandes lösbar befestigt wird.
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Eine solche Vorrichtung stellt sicher, dass die Steuereinheit verliersicher am Bekleidungsstück befestigt werden kann, aber nach Trainingsende schnell und leicht vom Bekleidungsstück abgekoppelt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die An- und Abkoppelung der Steuereinheit an dem Bekleidungsstück noch einfacher und schneller zu gestalten. Weiterhin sollen Verformungen der Trägereinheit vermieden werden, um eine stabile elektrische Kontaktierung zwischen Steuereinheit und Trägereinheit sicherzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Die Vorrichtung zur Stimulation von Körperbereichen eines Benutzers umfasst ein Bekleidungsstück aus einem elastischen Textilgebilde mit integrierten Elektroden und einer Trägereinheit zur Verbindung mit einer lokalen Steuereinheit, die der Steuerung und/oder Energieversorgung der Elektroden dient. In diese Steuereinheit kann insbesondere eine Spannungsquelle, beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akku zur Energieversorgung der Elektroden, eine Steuerung für die gesamte Vorrichtung, ein Bluetooth-Modul zur Datenübertragung zwischen der Steuereinheit und einer Basisstation etc. integriert sein. Zur Kopplung der Steuereinheit an die Elektroden des Bekleidungsstücks sind auf der Trägereinheit Kontaktfelder vorgesehen, welche mit den Elektroden des Bekleidungsstücks elektrisch verbunden sind. Die Steuereinheit kann mit der Trägereinheit elektrisch verbunden werden und weist Kontaktelemente auf, die bei Verbindung der Steuereinheit mit der Trägereinheit mit den Kontaktfeldern der Trägereinheit in elektrischem Kontakt stehen, so dass eine Strom- bzw. Spannungsversorgung und/oder Steuerung der Elektroden erfolgt. Um während der Benutzung des Bekleidungsstücks sicherzustellen, dass diese Stromversorgung nicht durch Verformungen der Trägereinheit unterbrochen wird, ist mindestens ein Teil dieser Kontaktfelder der Trägereinheit - oder alle Kontaktfelder - auf einer Kontaktfläche angeordnet, die zumindest abschnittsweise konvex oder konkav ausgeformt ist und somit eine formstabilisierende Versteifung der Kontaktfläche bewirkt.
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Die Kontaktfläche der Trägereinheit kann vorteilhafterweise zumindest abschnittsweise die Oberflächenform eines Zylinders, Kugelabschnitts, Kegelstumpfs oder eines Innenkegelstumpfs haben. Die so ausgestaltete Kontaktfläche kann entweder die zu der Steuereinheit gehörende Gegenfläche und die dort befindlichen Kontakte einschließen, oder von der Gegenfläche und von deren Kontakten umgeben werden.
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Die auf Seiten der Trägereinheit und der Steuereinheit liegenden Bauteile können dann im Sinne einer Matrize und Patrize zusammenwirken, wobei jede Anschlussseite entweder als Matrize oder Patrize ausgestaltet werden kann.
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Die Kontaktfelder, die der elektrischen Anbindung der Trägereinheit an die Steuereinheit dienen, können vorzugsweise ringförmig an dieser Kontaktfläche angeordnet sein.
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Die Steuereinheit kann mit einer Gegenfläche verbunden sein, die zumindest abschnittsweise form negativ zur Kontaktfläche geformt ist. Bei Verbindung mit der Trägereinheit liegen Kontaktfläche und Gegenfläche zumindest bereichsweise aufeinander auf, was die Formstabilität des Zusammenbaus erhöht. Die zu der Steuereinheit gehörenden Kontaktelemente sind in einer solchen Weise ringförmig auf der Gegenfläche angeordnet, dass bei Verbindung von Trägereinheit und Steuereinheit elektrische Kontakte zwischen den Kontaktflächen der Trägereinheit und den Kontaktelementen der Steuereinheit bestehen. Um eine korrekte Paarung der Kontaktflächen mit den Kontaktelementen zu gewährleisten, kann insbesondere eine mechanische Codierung vorgesehen sein, die eine winkelgenaue Ausrichtung der Steuereinheit und der Trägereinheit sicherstellt.
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Die Kontaktelemente der Steuereinheit oder Trägereinheit können vorteilhafterweise als federgelagerte Kontaktstifte ausgebildet sein. In Zusammenbaulage von Steuereinheit und Trägereinheit drücken die Federn die Kontaktstifte auf die gegenüber liegenden Kontaktelemente und gewährleisten eine gute elektrische Kontaktierung.
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Die lösbare Fixierung der zur Steuereinheit gehörenden Kontaktfläche an der zur Trägereinheit gehörenden Kontaktfläche kann beispielsweise mittels eines Bajonettverschlusses erfolgen. Alternativ können die Kontaktflächen beispielsweise mittels eines verschraubbaren oder verclipbaren Fixierrings aneinander befestigt werden. Auch andere mechanische Verbindungen, insbesondere kombinierte Steck-/ Schraubverbindungen oder zusätzliche Mittel wie Klettbänder, Schieber, Riegel oder Rastelemente sind möglich.
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Die zur Steuereinheit gehörenden Kontakte können bei Trennung der Trägereinheit von der Steuereinheit vorzugsweise vor einem Eingriff des Benutzers geschützt werden. Dazu kann beispielsweise ein verschiebbares Element vorgesehen werden, das bei Zusammenfügung der Kontaktflächen weggedrückt wird und die Kontakte der Steuereinheit freigibt. Wenn auf der Seite der Steuereinheit eine ring- oder zylinderförmige Ausnehmung vorgesehen wird, an deren Außenseite sich die Kontakte befinden, kann in der Ausnehmung zunächst bündig ein entsprechender Ring bzw. Zylinder gelagert angeordnet werden, der bei Zusammenfügung mit dem trägerseitigen Stecker weggedrückt wird und die Kontakte der Steuereinheit freigibt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Vorderansicht eines Bekleidungsstücks zum elektrischen Muskelstimulationstraining (EMS) ausgewählter Körperbereiche eines Benutzers;
- 2a und 2b: schematische perspektivische Detaildarstellungen einer mit dem Bekleidungsstück verbundenen Trägereinheit und einer Steuereinheit gemäß Ausschnitt IIa in 1 in Zusammenbaulage (2a) und als getrennte Komponenten (2b) und;
- 3a und 3b: schematische Schnittdarstellungen einer mit dem Bekleidungsstück verbundenen Trägereinheit und einer Steuereinheit in Zusammenbaulage (3a) und als getrennte Komponenten (3b).
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Benutzer 10 bei der Nutzung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur elektrischen Muskelstimulation ausgewählter Körperbereiche, wozu der Benutzer 10 ein Bekleidungsstück 20 in Form eines Trikots mit kurzen Ärmeln und kurzen Beinen trägt. Das Bekleidungsstück 20 besteht zumindest abschnittsweise aus einem elastischen textilen Material und enthält auf einer dem Benutzer 10 zugewandten Innenseite mehrere Elektrodenpaare 22, die in ausgewählten Körperbereichen 12 des Benutzers 10 angeordnet sind und deren Außenkonturen in 1 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Die Elektrodenpaare 22 sind in einer solchen Weise an der Innenseite des Bekleidungsstücks 20 angeordnet, dass sie während der Benutzung die Haut des Benutzers 10 in den zu stimulierenden Körperbereichen kontaktieren. Die Elektrodenpaare 22 können beispielsweise durch flexible leitfähige Folien gebildet sein, die an der Innenseite des Bekleidungsstücks 20 befestigt sind. Alternativ können sie durch ein leitfähiges elastisches Garn gebildet sein, welches lokal in das (elektrisch nichtleitende) elastische Material des Bekleidungsstücks 20 eingearbeitet, beispielsweise eingestrickt oder eingestickt ist. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind (gestrichelt gekennzeichnete) Elektrodenpaare 22 im Bereich des rechten und des linken Oberschenkels des Benutzers 10 sowie ein Elektrodenpaar 22 im Brustbereich des Benutzers 10 integriert.
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An einer dem Benutzer 10 abgewandten Außenseite 26 des Bekleidungsstücks 20 ist mindestens eine Trägereinheit 30 vorgesehen, die fest mit dem Bekleidungsstück 20 verbunden ist und zur lösbaren Aufnahme einer Steuereinheit 40 dient. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist diese Trägereinheit 30 im Brustbereich des Benutzers 10 angebracht, sie kann aber beispielsweise auch im Bereich eines Oberschenkels oder eines Oberarms vorgesehen sein. Die in das Bekleidungsstück 20 integrierten Elektroden 22 sind mittels elektrischer Zuleitungen 23, die ebenfalls in das Textil des Bekleidungsstücks 20 eingearbeitet sind, mit der Trägereinheit 30 verbunden. Weiterhin können in das Textil des Bekleidungsstücks 20 Sensoren 28 integriert sein, mit denen während des Trainings Benutzerdaten (Pulsschlag, lokale Körpertemperatur etc.) erfasst werden. Auch diese Sensoren 28 sind durch elektrische Zuleitungen 29 an die Trägereinheit 30 angebunden.
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2a und 3a zeigen eine perspektivische und eine Schnittdarstellung der Trägereinheit 30 und der Steuereinheit 40 in Zusammenbaulage, während 2b und 3b eine perspektivische und eine Schnittdarstellung der beiden Einheiten 30, 40 in räumlich getrennter Lage zeigen. Wie aus 2b ersichtlich, umfasst die Trägereinheit 30 einen ringförmigen Grundkörper 33. Der Grundkörper 33 weist auf seiner dem Benutzer 10 abgewandten Seite ein ringförmige Kontaktfläche 34 mit Kontaktfeldern 35 auf, in die die elektrischen Zuleitungen 23, 29 zu den Elektroden 22 bzw. den Sensoren 28 münden. Die Kontaktfläche 34 hat die Form eines Innenkegelstumpfs, ist also konvex geformt. Die Kontaktfelder 35 sind ringförmig auf der Kontaktfläche 34 angeordnet; sie sind leicht konvex geformt und wölben sich leicht aus der Kontaktfläche 34 heraus.
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Die Steuereinheit 40 umfasst einen Grundkörper 43 mit einer Gegenfläche 44, die näherungsweise form negativ zur Kontaktfläche 34 der Trägereinheit 30 geformt ist und somit die Form eines Kegelstumpfs hat. Auf der Gegenfläche 44 der Steuereinheit 40 sind Kontaktelemente 45 angeordnet, die in Zusammenbaulage von Trägereinheit 30 und Steuereinheit 40 in elektrischem Kontakt zu den Kontaktfeldern 35 der Trägereinheit 30 stehen. Um eine gute Kontaktierung sicherzustellen, sind die Kontaktelemente 45 federgelagert in der Gegenfläche 44 der Steuereinheit 40 angeordnet, so dass sie beim Andocken der Steuereinheit 40 an die Trägereinheit leicht zurückweichen und beim Erreichen der Endlage durch die Federkraft auf die gegenüberliegende Kontaktfläche 35 gedrückt werden. Die Spitzen 46 der Kontaktelemente 45 sind leicht konvex geformt und ragen leicht aus der Gegenfläche 44 heraus.
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Die Steuereinheit 40 dient dazu, die Elektroden 22 des Bekleidungsstücks 20 mit Energie zu versorgen und in einer zeitlich vorgegebenen Abfolge in vorgegebene Anregungszustände zu versetzen. Hierzu ist die Steuereinheit 40 mit einer (in 3a und 3b schematisch dargestellten) wiederaufladbaren Batterie 51 versehen, beispielsweise einem Lithium-Ionen-Akku, durch die die Elektroden 22 angeregt und vorgegebene Anregungszyklen der Elektroden 22 gesteuert werden können. Außerdem enthält die Steuereinheit 40 einen (schematisch angedeuteten) Mikroprozessor 52 und ein Bluetooth-Modul 53 zum Datenaustausch mit einer Basisstation. So kann beispielsweise ein bestimmtes Trainingsprogramm berührungslos an die Steuereinheit 40 übertragen werden, oder Benutzerdaten, die während des Trainings mittels der in dem Bekleidungsstück 20 integrierten Sensoren 28 gewonnen werden, können ausgewertet und berührungslos an die Basisstation transferiert werden. Ein solcher Datentransfer ist in 1 symbolisch durch einen Doppelpfeil 50 gekennzeichnet.
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Beim Anschluss der Steuereinheit 40 an die Trägereinheit 30 muss sichergestellt werden, dass die unterschiedlichen Kontaktelemente 45 der Steuereinheit 40 gegenüber den entsprechenden Kontaktfeldern 35 zu liegen kommen, so dass während des Trainings seitens der Steuereinheit 40 jeweils die „richtigen“ Elektroden 22 angeregt werden. Um prozesssicher eine solche korrekte Winkellage der Kontakte 35, 45 zu gewährleisten, sind die Fügepartner 30, 40 mit einer mechanischen Codierung versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche 34 der Trägereinheit 30 randseitig mit einer nach innen vorstehenden Fixiernase 31 versehen, die in Zusammenbaulage von Trägereinheit 30 und Steuereinheit 40 in einer auf der Gegenfläche 44 der Steuereinheit 40 vorgesehenen Kerbe 41 aufgenommen wird (siehe 2b). Auf diese Weise wird beim Zusammenfügen von Steuereinheit 40 und Trägereinheit 30 eine winkelgenaue Ausrichtung der Kontaktfläche 34 gegenüber der Gegenfläche 44 erreicht.
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Während des Trainings müssen weiterhin die Zuleitungen 23, 29 zu den Elektroden 22 bzw. Sensoren 29 des Bekleidungsstücks 20 kontinuierlich und prozesssicher mit der Batterie 51 bzw. Steuerelektronik 52 der Steuereinheit 40 verbunden sein. Zur Befestigung der Steuereinheit 40 an der Trägereinheit 30 weist die Steuereinheit 40 einen mit einem Innengewinde 48 versehenen Fixierring 47 auf, der frei drehbar und unverlierbar in einer umlaufenden Nut 49 des Grundkörpers 43 der Steuereinheit 40 gehalten ist. Auf der Außenseite des Grundkörpers 33 der Trägereinheit 30 ist ein dem Innengewinde 48 des Fixierrings 47 entsprechendes Außengewinde 38 vorgesehen, in das das Innengewinde 48 des Fixierrings 47 in Zusammenbaulage von Trägereinheit 30 und Steuereinheit 40 eingreift. Zur Befestigung der Steuereinheit 40 an der Trägereinheit 30 schiebt der Benutzer 10 die Gegenfläche 44 der Steuereinheit 40 in die Kontaktfläche 34 der Trägereinheit 30 ein und fixiert anschließend durch eine Drehung des Fixierrings 47 die Steuereinheit 40 in dieser Lage, um eine feste Kontaktierung der elektrischen Kontakte 35, 45 während des Trainings sicherzustellen. Andererseits kann durch diesen Drehverschluss die Steuereinheit 40 auch schnell und unkompliziert von der Trägereinheit 30 gelöst werden, um vor/nach dem Training die Steuereinheit 40 mit den darin integrierten Batterien 51 aufzuladen.
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Der Fixierring 47 kann in einer solchen Weise gestaltet sein, dass er in Fügerichtung 39 über die Gegenfläche 44, insbesondere über die Kontaktelemente 45 der Gegenfläche 44 hinausragt. Auf diese Weise sind die Kontaktelemente 45 vor Beschädigungen geschützt, und eine Verletzung des Bedieners durch versehentliche Berührung von bestromten Kontaktelementen 45 wird vermieden.
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Weiterhin ist es möglich, die konvex/konkave Gestaltung von Kontaktfläche und Gegenfläche spiegelbildlich umzudrehen, so dass die Kontaktfläche 34 der Trägereinheit 30 die (konvexe) Form eines Kegelstumpfs hat und die Gegenfläche 44 der Steuereinheit 40 die (konkave) Form eines Innenkegelstumpfs hat.
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Anstelle des Fixierrings 47 kann die Steuereinheit 40 beispielsweise auch mittels eines Bajonettverschlusses an der Trägereinheit 30 befestigt werden; in diesem Fall entfällt die Winkelpositionierung mit Hilfe der Fixiernase / Nut - Kombination 31, 41, da der Bajonettverschluss bereits eine feste vordefinierte Winkellage der beiden Fügepartner vorgibt.
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Während die einander gegenüberliegenden Kontaktflächen 34, 44 im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Form eines kreisförmigen Kegelstumpfes haben, können die Kontaktflächen auch andere einander entsprechende Formen haben; sie können beispielsweise auch elliptisch geformt sein oder die Form eines Tetraederstumpfes oder Pyramidenstumpfes haben.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 10
- Benutzer
- 12
- Körperbereich des Benutzers
- 20
- Bekleidungsstück
- 22
- Elektroden
- 23
- Zuleitungen zu den Elektroden
- 26
- Außenseite des Bekleidungsstücks
- 28
- Sensor
- 29
- Elektrische Leitungen zum Sensor
- 30
- Trägereinheit
- 31
- Fixiernase
- 33
- Grundkörper
- 34
- Kontaktfläche
- 35
- Kontaktfeld
- 38
- Außengewinde
- 39
- Fügerichtung
- 40
- Steuereinheit
- 41
- Kerbe
- 43
- Grundkörper
- 44
- Gegenfläche
- 45
- Kontaktelemente
- 46
- Spitzen der Kontaktelemente
- 47
- Fixierring
- 48
- Innengewinde
- 49
- Nut
- 50
- Kommunikation mit einer Basisstation
- 51
- Batterie
- 52
- Mikroprozessor
- 53
- Bluetooth-Modul
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020130874 A1 [0003]
