DE3732883A1 - Apparat zum positiven muskeltraining - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Apparat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wie aus Sportstudios bekannt, können Trainingsapparate vielfältige und höchst beeindruckende Formen haben, je nachdem, für welchem Muskel sie dienlich sein sollen. Dem Zweck entsprechend ist der Krafteinleitungsteil ein Handgriff, Fuß­ pedal oder ein sonstwie gestalteter Hebel. Im Allgemeinen wird die Muskelkraft über Hebel oder Seile und Rollen zumeist auf Gewichte oder Federn übertragen, die die Gegenkraft aufbringen.

Beim positiven Muskeltraining wird eine Bewegung entgegen einer Gegenkraft ausgeführt und diese Bewegung wird mehrfach wiederholt. Maßgeblich für den Muskelaufbau ist, daß die letzten zwei oder drei Wiederholungen im sogenannten überschwelligen Leistungsbereich ausgeführt werden, bei dem die Leistungsfähigkeit schon überfordert wird. Demgemäß reicht dann die erschöpfte Muskelkraft nicht mehr ganz aus, um die Bewegung zu vollenden. Der Trainierende ist daher auf die Hilfe einer anderen Person angewiesen, die ihm feinfühlig eine kleine Unterstützung geben muß, damit die Bewegung nicht steckenbleibt. Wenn aber diese Unterstützung zu groß ist, unterläuft dies den Trainingseffekt. Es ist jedoch für einen Trainings­ partner sehr schwierig, diese Hilfe richtig zu dosieren, denn meist steht dieser unter der Nachwirkung einer eigenen anstrengenden Übung. Das Training an üblichen Apparaten hat daher häufig einen unzureichenden Trainingserfolg. Die Notwendigkeit fremder Hilfe erfordert zudem eine Anpassung an das Trainingsprogramm des Helfers und kostet beider Zeit.

Bekanntgeworden sind auch Trainingsmaschinen mit prozessorgesteuerten "Bremsmotoren", die also gemäß einer vorgegebenen Kennlinie und programmgesteuert den gewünschten Bewegungswiderstand bieten. Im überschwelligen Bereich kann dabei die trainierende Person durch Knopfdruck den Bremswiderstand stufenweise reduzieren, wenn sie merkt, daß sie in der Bewegung hängenbleiben könnte. Diese Manipulation beeinträchtigt jedoch die Konzentration bei der Ausführung der Übung. Wenn der "Totpunkt" überwunden ist, sollte wieder die ursprüngliche Belastung wirksam werden, doch da dazu erneut ein Schalter betätigt werden müßte, unterbleibt diese Rückstellung häufig. Die manuelle Reduktion der Bremskraft birgt auch noch die Gefahr, daß der Widerstand zu stark reduziert wird, womit das Trainingsergebnis verschlechtert wird. Bei falsch verstandenem Ehrgeiz wiederum besteht die Gefahr, daß die Brems­ kraft zu wenig reduziert wird, womit dann die Bewegung nicht zu Ende geführt werden kann und also ebenfalls der Trainingseffekt unterlaufen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Apparat so weiterzubilden, daß eine optimale Trainingsfunktion ohne Hilfe einer zweiten Person und ohne Beeinträchtigung der Konzentration der trainierenden Person möglich ist. Auch sollen konventionelle Apparate nachgerüstet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die motorische Hilfskrafteinrichtung ist ein stets verfügbarer Trainingspartner, der dann aktiv wird, wenn es erforderlich ist. Diese Hilfskrafteinrichtung kann prinzipiell an jedes konventionelle Trainingsgerät angefügt werden, wobei selbstverständlich die Art der mechanischen Ankopplung individuell anzupassen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß Anspruch 2 wird die Notwendigkeit einer Hilfe in einfacher Weise aus der nachlassenden Bewegungsgeschwindigkeit abgeleitet. Wenn gemäß Anspruch 3 die Hilfskraft sanft steigend einsetzt, wird sie auf elegant einfache Weise optimal dosiert. Denn sie wird dadurch nur gerade so groß, als nötig, um die vorgegebene Geschwindigkeit der Bewegung zu halten.

Ein Höchstwert der Hilskraft gemäß Anspruch 5 hat sich als zweckmäßig erwiesen. Müßte zur Aufrechterhaltung der Bewegung eine größere Hilfskraft zugesetzt werden, hieße dies nur, daß das Trainingsprogramm falsch abgestimmt ist. Das Warnsignal gemäß Anspruch 6 kann, wenn es zu oft auftritt, als Hinweis dienen, eine andere Abstimmung des Trainingsprogramms zu überlegen. Die Warnung verhindert auch eine Überraschung, wenn gemäß Anspruch 7 bei zu starker Erlahmung der Muskel­ kraft die Hilfskraft abgeschaltet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Apparat gemäß der Erfindung in stark schematisierter Vereinfachung,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltschema einer Steuereinrichtung mit Elektromotor.

Zum Zweck der Veranschaulichung des Prinzips ist in Fig. 1 ein ganz einfacher Gewichthebeapparat schematisch angedeutet. Auf einer Basis 10 steht eine Säule 11, an der oben eine Umlenkrolle 12 gelagert ist. In einer Umfangsnut der Umlenkrolle 12 ist ein Seil 13 geführt, dessen vorderes Trum 14 mit einem Handgriff 15 und dessen rückwärtiges Trum 16 mit eine Gewicht 17 verbunden ist. Am Handgriff 15 kann die angedeutete Person ihre Muskelkraft einleiten, indem sie in Richtung zur Basis 10 zieht. Dabei muß sie die Gegenkraft des Gewichts 17 überwinden.

An der Säule 11 ist eine Zubehöreinheit 18 befestigt, nahe der Umlenkrolle 12, umfassend einen Elektromotor 19, dessen Abtriebswelle 20 angedeutet ist, und eine nicht besonders dargestellte Steuereinrichtung. Das Seil 13 ist beispielsweise einmal um die Abtriebswelle gewickelt, wodurch eine einfache Ankopplung an den Kraftweg des Trainingsapparates realisiert wird. Es versteht sich, daß dies nur als schematisches Beispiel dient.

Ebenso zum Zwecke der Veranschaulichung vereinfacht ist das Schaltschema der Steuereinrichtung gemäß Fig. 2. Demnach ist der Elektromotor 19 fest mit einem Tachogenerator 21 verbunden, von dem eine der Drehzahl und damit der Bewegungs­ geschwindigkeit des Seils 13 proportionale Spannung v abgenommen und gegebenen­ falls über einen Verstärker an einen Vergleicher 22 gelegt wird. Dieser gibt an seinem Ausgang ein Schaltsignal A von beispielsweise 1 Volt nur dann ab, wenn die Spannung zwischen einem oberen Grenzwert v 1 und einem unteren Grenzwert v 2 liegt. Diese Grenzwerte werden von einer Kontrollschaltung 23 aufgrund einer Voreinstellung über deren Tastatur 24 bestimmt. Wenn die Spannung v größer als der obere Grenzwert v 1 ist, bedeutet dies, daß die Muskelkraft der trainierenden Person ausreicht, die Bewegung mit der dem Trainingsprogramm entsprechenden Mindestgeschwindigkeit auszuführen. Wenn jedoch zufolge des Nachlassens der Muskelkraft im über­ schwelligen Bereich die Geschwindigkeit unter diesen Grenzwert absinkt, so besagt dies, daß eine Hilfe nötig ist. Diese wird in der nachstehenden Weise gesteuert. Wenn aber trotz zugeführter Hilfe die Bewegungsgeschwindigkeit noch weiter abfällt und schließlich den unteren Grenzwert v 2 unterschreitet, bedeutet dies, daß die Übung nicht zu Ende gebracht werden kann und folglich auch keine weitere Hilfskraft erforderlich ist.

Mit dem Schaltsignal A, welches also die Notwendigkeit einer Hilfe anzeigt, wird ein Funktionsgeber 25 aktiviert, der an seinem Ausgang ein Signal P als Funktion der Zeit mit einer von Null sanft ansteigenden Spannung abgibt. Dieses Signal P wird über einen Begrenzer 26 als Signal an eine Drehmomentsteuerung 27 in Gestalt einer Phasenanschnittsteuerung mit Thyristoren geleitet. Es versteht sich somit, daß die Größe des Signals P bzw. entsprechend der Charakteristik der Phasenanschnittsteuerung und des Elektromotors die Größe des Drehmoments repräsentiert. Folglich setzt das Motordrehmoment sanft ein und steigert sich ebenso sanft. Damit nun das Drehmoment nur bis zu einem Maximalwert von 25% der beim jeweiligen Trainings­ programm maximal aufzubringenden Muskelkraft ansteigt, wird ein Anstieg des Signales über den ebenfalls von der Kontrollschaltung 23 vorgegebenen Grenzwert Pmax hinaus unterbunden. An der Kontrollschaltung wird dazu beispielsweise die Größe G des Gewichts 17 eingetastet und daraus intern Pmax errechnt (Pmax = 0,25 G).

Das Signal P wird außerdem an einen Vergleicher 28 gelegt, der von der Kontroll­ schaltung eine Referenzspannung 0,8 Pmax erhält. Daher gibt der Vergleicher 28 ein Signal B an eine Signaleinrichtung 39, sobald die Hilfskraft größer als 80% ihres vorgegebenen Höchstwertes (Pmax) ist. Diese Signaleinrichtung 39 gibt dann ein optisches und/oder akustisches Warnsignal ab.

Nach dem vorigen Beispiel wird die Hilfskraft sofort abgeschaltet, sobald die Spannung den unteren Grenzwert v 2 unterschreitet. Man kann nun ein zeitverzögertes Halteglied vorsehen, welches dann das Schaltsignal A noch beispielsweise für 1 Sekunde aufrecht­ erhält. Dadurch führt ein kurzzeitiger Leistungseinbruch der trainierenden Person nicht sofort zum Abbruch der Übung, vielmehr bleibt die Hilfskraft noch verfügbar.

Der untere Grenzwert v 2 kann für eine mit dem Traininsprogramm variable langsame Geschwindigkeit stehen oder eine unveränderliche Grenze sein, insbesondere dem Stillstand zugeordnet sein. Der obere Grenzwert v 1 hängt vom jeweiligen Trainings­ programm ab und wird dementsprechend variabel vorgegeben. Er kann beispielsweise mit dem Gewicht G korreliert sein, so daß daraus v 1 in der Kontrollschaltung selbst errechnet wird.

Wenn zu hebende Gewichte von 10 bis 150 kg zu berücksichtigen sind, muß der Elektromotor 19 eine Hilfskraft von maximal 37,5 kg liefern und dies kann man noch gut mit eine Asynchron-Kurzschlußläufermotor in Steinmetzschaltung für Einphasen-Betrieb mit Betriebskondensator der Motorbaugröße 80 realisieren.

Das Schaltschema der Fig. 2 beruht auf analogen Signalen, doch ist natürlich eine digitale Signalverarbeitung auch möglich. Als nicht besonders dargestellte Zusatz­ ausstattung kann man noch verschiedene Auswertungen des Trainingsprogramms vorsehen, wie etwa eine Anzeige der Bewegungswiederholungen insgesamt und bei wievielen eine Hilfskraft zugesetzt wurde. Letzteres ist deshalb zweckmäßig, weil die trainierende Person oft nicht merkt, daß eine Unterstützung stattfand, weil die Hilfskraft sanft einsetzt.

Claims (12)

1. Apparat zum positiven Muskeltraining, mit einem Krafteinleitungsteil, zum Einleiten der Muskelkraft einer trainierenden Person, sowie mit einer Gegenkraft­ einrichtung, die eine der Muskelkraft entgegenwirkende Gegenkraft auf den Krafteinleitungsteil überträgt, dadurch gekennzeichnet daß eine motorische Hilfskrafteinrichtung vorgesehen ist, zur Einleitung einer die Muskelkraft unterstützenden Hilfskraft auf den Krafteinleitungsteil und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, durch welche die Hilfskraft automatisch zuschaltbar ist.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Steuereinrichtung Sensoren zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit des Krafteinleitungsteiles aufweist und so ausgebildet ist, um beim Unterschreiten einer oberen vorgebbaren Geschwindigkeitsgrenze die Hilfskraft zuzuschalten.

3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, um die Hilfskraft von Null sanft steigend bis zu einem vorgebbaren Höchstwert zu vergrößern, solange die obere Geschwindigkeits­ grenze unterschritten ist.

4. Apparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Geschwindig­ keitsgrenze und der Höchstwert der Hilfskraft dem Trainingsprogramm entsprechend vorgebbar sind.

5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert der Hilfskraft 25% der dem jeweiligen Trainingsprogramm entsprechenden maximal aufzubringenden Muskelkraft beträgt.

6. Apparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ einrichtung so ausgebildet ist, um ein Warnsignal zu geben, sobald die Hilfskraft größer als 80% ihres vorgegebenen Höchstwertes ist.

7. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so aufgebaut ist, um keine Hilfskraft zuzuschalten, sobald die Bewegungs­ geschwindigkeit des Krafteinleitungsteiles eine untere vorgebbare Geschwindig­ keitsgrenze unterschreitet.

8. Apparat nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskrafteinrichtung samt Steuereinrichtung als Zubehöreinheit ausgebildet ist, die an den Kraftweg konventioneller Trainings­ geräte ankoppelbar ist.

9. Apparat nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hifskrafteinrichtung einen Elektromotor mit Dreh­ momentsteuerung umfaßt.

10. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als Einphasen-Asynchron-Kurzschlußläufer ausgebildet ist.

11. Apparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment­ steuerung als Phasenanschnittsteuerung ausgebildet ist.

12. Apparat nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor für die Bewegungsgeschwindigkeit ein mit der Motorwelle gekoppelter Tachogenerator vorgesehen ist.