DE3038724A1

DE3038724A1 - Vorrichtung zum isometrischen muskeltraining

Info

Publication number: DE3038724A1
Application number: DE19803038724
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. 1000 Berlin Maas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-10-14
Filing date: 1980-10-14
Publication date: 1982-05-19

Description

Vorrichtung zum isometrischen Muskeltraining
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist bekannt, ein isometrisches Muskeltraining anzuwenden, wenn eine Person aus bestimmten Gründen, zum Beispiel bei beengten Raumverhältnissen, daran gehindert ist, sich körperlich zu bewegen. Das Training besteht in der Regel darin, daß die Person auf einen starren oder nur etwas verformbaren Körper abwechselnd eine Kraft ausübt und die Kraft wieder löst. Das Training geschieht bisher ausschließlich nach Erfahrurgsgrundsätzen, ohne daß dabei eine exakte Bemessung der Belastung für den Trainierenden vorgenommen werden kann.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sich- der Trainierende bei einem isometrischen Muskeltraining einer bestimmten, jederzeit reproduzierbaren Belastung unterwerfen kann. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß der Trainierende die Intensität der Kraftanstrengung selbst bestimmen kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhalte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Vorrichtung, wenn sie einen Differenzverstärker enthält, der. die von dem Kraftwandler abgegebene Istspannung mit der vorgegebenen Sollspannung verglelcht und der an seinem Ausgang nur bei einer die Sollspannung überschreitenden Istspannung ein bestimmtes elektrisches Signal an die Anzeigemittel abgibt. Wenn darüber hinaus der Differenzverstärker mit einem elektrischen Zähler verbunden ist, der die Zahl der bestimmten elektrischen Signale feststellt, und wenn mit dem elektrischen Zähler ein Display verbunden ist, das das Zählergebnis digital anzeigt, dann hat der Trainierende neben der Wahl der Intensität die Möglichkeit, auch die Zahl der Kraftanstrengungen zu bestimmen. Er kann somit jederzeit feststellen, wie oft er eine bestimmte Sollkraft aufgebracht hat.
Zeichnung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Besciireibung näher erläutert. Die. Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine nicht maßstäbliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 eine Ansicht eines Kraftwandlers mit Dehnungsmeßstreifen.
Beschreibung der Erfindung Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum isometrischen Muskeltraining weist nach Fig. 1 ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 10 auf, das aus einem an zwei gegenüberliegenden Seiten offenen Mittelteil 11 und zwei lösbar damit verbundenen Deckelteilen 12, 13 besteht. Der Mittelteil enthält eine parallel zu den Deckelteilen 12, 13 angeordnete Trennwand 14, die das Gehäuse in zwei Kammern 15, 16 unterteilt. Die Trennwand enthält eine zentrale öffnung 17, auf deren in der Kammer 16 befindlichen Rand ein Kraftwandler 18 in Form eines scheibenförmigen piezoelektrischen Elementes befestigt ist.
Der Kraftwandler ist mit einem koaxial zu der öffnung 17 angeordneten Stößel 19 verbunden, der eine Deckelöffnung 20 des in Fig. 1 rechten Deckelteils 13 frei durchsetzt und an seinem dem Kraftwandler abgewandten Ende einen Kraftaufnehmer 21 trägt. Der Kraftaufnehmer besteht aus einem den Abmessungen.
des Deckelteils 13 angepaßten schalenförmigen Deckelteil.
In der Kammer 16 des Gehäuses befinden sich - in Fig. 1 nur symbolisch angedeutet - ein Verstärker 30, ein Differenzverstärker 31, ein elektrischer Zähler 32 mit einer Rückstelltaste 33, eine optische Anzeigevorrichtung 34, ein Verstärker 35 und ein Schallgeber 36. Die vorstehend genannten Baueinheiten können vorzugsweise auf einer in Fig. 1 nicht gezeigten Isolierstoffplatte mit gedruckten Leitungsbahnen angeordnet sein. Für die Rückstelltaste 33 und den Schallgeber 36 ist in dem Mittelteil 11 des Gehäuses je eine Offnung 37, 38 und für die Vorrichtung 34 eine weitere-in Fig. 1 nicht gezeigte Öffnung vorgesehen.
Die Kammer 15 des Gehäuses enthält eine Batterie 40 und ein über einen Schalter 41 damit verbundenes Potentiometer 42, das einen Schleifer 43 besitzt. Die in den Kammern 15 und 16 enthaltenen Baueinheiten sind folgendermaßen zusammengeschaltet. Der Eingang des Verstärkers 30 ist mit den elektrischen Anschlüssen des Kraftwandlers 18 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 30 steht mit einem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 in Verbindung. Der invertierende Eingang dieses Differenzverstärkers ist über eine durch eine Öffnung 44 der Trennwand 14 geführte Leitung mit dem Schleifer 43 des Potentiometers 42 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 31 steht erstens mit dem Zähleingang des elektrischen Zählers 32 und zweitens mit dem Eingang des Verstärkers 35 in Verbindung. An die Ausgänge des elektrischen Zählers 32 schließt sich das optische Anzeigeorgan 34, das ist zum Beispiel ein Display, und an den Ausgang des Verstärkers 35 der Schallgeber 36 an.
Die in Fig. 1 gezeigten Leitungsverbindungen sind der Übersichtlichkeit halber vereinfacht dargestellt, insbesondere hinsichtlich der Stromversorgungsleitungen für die Verstärker, den Zähler usw. Diese Darstellung reicht jedoch für den Fachmann aus, um eine entsprechende Schaltung ohne Schwierigkeiten aufzubauen.
Der Differenzverstärker 31 ist vorzugsweise ein als Differenzverstärker geschalteter Operationsverstärker in integrierter Schaltungstechnik, der Zähler 32 ein elektronischer Zähler mit kodierten Ausgängen und das Display 34 vom LED- oder LCD-Typ. Die Rückstelltaste 33 liegt derart im Batteriestromkreis, daß der Zähler 32 beim Betätigen der Rückstelltaste ein bestimmtes, den Zähler in die Nullsteilung zurücksetzendes Potential erhält. Das Potentiometer 42 wird an dem Mittelteil 11 des Gehäuses 10 derart befestigt, daß sein Schleifer 43 von der Außenseite des Mittelteils betätigbar ist.
Analog dasselbe gilt für den Schalter 41. Das Potentiometer 42 und der Schalter 41 können gegebenenfalls auch in der Kammer 16, vorzugsweise auf der bereits erwähnten Isolierstoffplatte, angeordnet sein, und zwar derart, daß ihre Betätigungselemente an der Außenseite des Gehäuses zugänglich sind.
Die Funktion der Vorrichtung nach Fig. 1 ist folgende.
Ist die Stromversorgung für die Vorrichtung durch Schließen des Schalters 41 eingeschaltet, so betätigt der Trainierende zunächst die Rückstelltaste 33, wodurch der Zähler 32 auf Null gestellt wird. Dann drückt er die Vorrichtung mit beiden Händen in den Pfeilrichtungen P 1 zus-ammen. Über den Kraftaufnehmer 21 wird dabei auf den Kraftwandler 18 eine Kraft ausgeübt, wobei sich der Kraftwandler etwas verformt und eine von der aufgebrachten-Kraft abhängige elektrische Spannung erzeugt. Diese Spannung wird nach Verstärkung in dem Verstärker 30 als Istspannung UI dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 zugeführt. An dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers liegt ein mit dem Schleifer 43 des Potentiometers 42 abgegriffenes Potential, das der Sollspannung Us entspricht.
Nur wenn die Istspannung UI die Sollspannung US übersteigt, gibt der Differenzverstärker ein Signal bestimmter Polarität ab, das - gegebenenfalls über eine monostabile Kippschaltung - den elektronischen Zähler 32- ansteuert. Das Ausgangssignal des Zählers bewirkt auf dem Display 34.eine Anzeige, das ist bei der ersten Kraftausübung des Trainierenden zum Beispiel eine "1" . Verringert dann der Trainierende anschließend die auf die Vorrichtung ausgeübte Kraft, so geht die Istspannung UI zurück, und der Differenzverstärker gibt an seinem Ausgang eine Spannung der anderen Polarität ab, die den Zähler bzw. die vorgeschaltete monostabile Kippschaltung nicht beeinflußt.
Erst wenn der Trainierende erneut eine über der Sollkraft liegende Kraft auf die Vorrichtung ausübt, kommt es zu einem Weiterschalten des Zählers 32 um einen Zählschritt, so daß das Display 34 die Ziffer "2" anzeigt usw.
Je größer das mit dem Schleifer 43 eingestellte Potential bzw. die Sollspannung Us ist und/oder je größer die Zahl der Kraftanstrengungen des Trainierenden ist, um so höher ist die Belastung für den Trainierenden.
Nach Fig. 1 kann das elektrische Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 31 auch gleichzeitig akustisch angezeigt werden, indem dieses Signal über den Verstärker 35 dem Schallgeber 36, das ist zum Beispiel ein kleiner Lautsprecher, zugeführt wird. Auf diese Weise wird jede Kraftausübung, die größer ist als die vorgegebene Sollkraft, dem Trainierenden durch einen Ton angezeigt, so daß er nur sporadisch sowie am Ende des Trainings auf die optische Anzeigevorrichtung 34 blicken muß.
Am Ende des Trainings schaltet der Trainierende die Stromversorgung für die Vorrichtung durch öffnen des Schalters 41 aus.
Die Kraftausübung auf den Kraftwandler 18 kann gegebenenfalls auch auf eine andere Weise erfolgen, nämlich über zwei Zugseile 50, 51. Das eine Ende des Zugseils 50 ist im Zentrum des Kraftwandlers 18 befestigt und über eine möglichst dicht an dem Wandler angeordnete gehäusefeste Rolle 52 geführt. Das andere Ende des Zugseils tritt durch eine Öfrnung 53 im Gehäuse 10 hindurch und ist am Ende mit einem ersten stabförmigen Handgriff 54 versehen.
Das zweite Zugseil 51 ist mit einem Ende an einer der Offnung 53 gegenüberliegenden Wand des Gehäuses 10 befestigt und trägt an seinem anderen Ende einen zweiten stabförmigen Handgriff 55. Der Trainierende ergreift in diesem Fall mit jeder Hand einen Handgriff und zieht diese in den Pfeilrichtungen P 2 auseinander. An der weiter oben beschriebenen Wirkungsweise der Vorrichtung ändert sich dadurch nichts.
An die Stelle des Kraftwandlers 18 in Form einer piezoelektrischen Scheibe kann nach Fig. 2 ein auf einer Scheibe 60 befestigter Dehnungsmeßstreifen 61 treten. Wird auf die Scheibe 60 über den Stößel 19 oder das Zugseil 50 eine Kraft ausgeübt, so wird der Dehnungsmeßstreifen gedehnt.
Dadurch ändert sich sein Widerstandswert. Diese Widerstandsänderung kann in bekannter Weise in eine Spannungsänderung umgewandelt werden, die auf den Eingang des Verstärkers 30 einwirkt.
Auf das Zugseil 51 und den Handgriff 55 kann verzichtet werden, wenn das Gehäuse 10 derart ausgebildet ist, daß es an der dem Handgriff 54 gegenüberliegenden Seite eine Griffmulde aufweist.

Claims

Ansprüche r I.j Vorrichtung zum isometrischen Muskeltraining durch abwechselndes Belasten und Entlasten eines verformbaren Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein elektrischer Kraftwandler (18) ist, der die auf ihn ausgeübte mechanische Kraft in eine entsprechende elektrische Spannung umwandelt, und daß optische und/oder akustische Anzeigemittel (32, 34, 36) vorgesehen sind, die jeweils eine Anzeige-ergeben, wenn die elektrische Spannung (Istspannung) des Kraftwandlers eine vorgegebene Sollspannung, die einer bestimmten Kraft entspricht, überschreitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Differenzverstärker (31) enthält, der die von dem Kraftwandler (18) abgegebene Istspannung (UI) mit der vorgegebenen Sollspannung (Us) vergleicht und der an seinem Ausgang nur bei einer die Sollspannung überschreitenden Istspannung ein elektrisches Signal. bestimmter Polarität an die Anzeigemittel (34, 35) abgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (31) mit einem elektrischen Zähler (32) verbunden ist, der die Zahl der elektrischen Signale feststellt, und daß der elektrische Zähler mit der das Zählergebnis digital anzeigenden optische Anzeigevorrichtung (34) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollspannung (U5) kontinuierlich einstellbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftwandler (18) ein scheibenförmiges piezoelektrisches Element ist, das mit seinem Rand auf einer starren Unterlage (14) ruht und auf dessen Z-entrum die Kraft ausgeübt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden., dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein allseitig geschlossenes Gehäuse (10) aufweist, das zumindest den Kraftwandler (18), den Differenzverstärker (31) und die optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung (32, 34, 36) aufnimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Gehäuses (10) der Vorrichtung ein Kraftaufnehmer (21) vorgesehen ist, der über einen durch eine öffnang des Gehäuses geführten Stößel (19) mit dem Kraftwandler (18) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehraer (21) aus einem schalenförmigen.Deckelteil besteht, der der Außenkontur des Gehäuses (10) angepaßt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) zwei abnehmbare Deckel (12, 13) und eine Zwischenwand (14) mit einer zentralen öffnung (17) enthält, auf der der Kraftwandler (18) befestigt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftwandler (18) auf der dem Stößel (19) abgewandten Seite mit einem Zugseil (50) verbunden ist, das durch eine öffnung (53) des Gehäuses (10) nach außen geführt ist und an seinem freien Ende einen Griff (54) trägt, und daß das Gehäuse an der dem Loch gegenüberliegenden Seite ein weiteres Zugseil (.51) trägt, an dessen freiem Ende ein weiterer Griff (55) angebracht ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Zugseil (51) und der weitere Griff (55) durch eine griffartige Formgestaltung des Gehäuses (10) ersetzt sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (14) das Gehäuse (10) in zwei Kammern (15, 16) aufteilt und daß in der einen Kammer (15) wenigstens-die Batterie (40) zur'Stromversorgung der Vorrichtung und in der anderen Kammer (16) wenigstens der Kraftwandler (18), der Differenzverstärker (31) und die optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung (32, 34, 36) enthalten sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftwandler aus einer verformbaren Scheibe (60) und einem darauf angeordneten Dehnungsmeßstreifen (61) besteht, dessen von der Verformung der Scheibe abhängender Widerstandswert in eine Spannung (Istspannung) umgewandelt wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung der vorgegebenen Sollspannung (Us) ein mit der Batterie. (40) verbundenes Potentiometer (42) vorgesehen ist, dessen Schleifer (43) von der Außenseite des Gehäuses (10) betätigbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem elektrischen Zähler (32) eine von der Außenseite des Gehäuses (10) betätigbare Rückstelltaste (33) zugeordnet ist, mit der der Zähler vor Beginn eines Trainings auf Null gestellt wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Anzeigevorrichtung (36) aus einem Lautsprecher besteht, dessen Lautsprecheröffnung über eine öffnung (38) des Gehäuses (10) mit der Außenseite des Gehäuses in Verbindung steht.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12 und 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) .im wesentlichen quaderförmig ist.