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Die
Erfindung betrifft ein Trainingsgerät. Insbesondere betrifft die
Erfindung ein Trainingsgerat, das zum Stärken der Muskulatur der Beine
oder Arme geeignet ist und bevorzugt, aber nicht ausschließlich, für die Rehabilitation
von Personen einzusetzen ist, die ein Trauma erlitten oder eine
Operation an solchen Gliedern hinter sich haben.
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In
solchen Fällen
und allgemeiner auf dem Gebiet des Trainings ist es ein bekanntes
Bedürfnis, Masse
und Widerstandsfähigkeit
der Muskulatur solcher Glieder wiederherzustellen oder zu vergrößern, um
so ihre Funktionsfähigkeit
so vollständig
und schnell wie möglich
im Falle eines Traumas oder zur Vergrößerung von Muskelmasse und
-spannkraft in erwünschter
Weise wiederherzustellen.
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Generell
wird angestrebt, dieses Erfordernis durch Übungen zur Muskelrehabilitation
und Stärkung
zu befriedigen, was oft mit Hilfe von Trainingswerkzeugen oder -geraten
durchgeführt
wird, um die Rehabilitation zielgerichteter und/oder effektiver
zu gestalten. Solche Geräte
sind in den Dokumenten
US-A-5042799 und
US-A-4256302 beschrieben.
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Beispielsweise
treten im speziellen Fall der Beine Hypotrophie und Hyposthenie
der Quadrizeps-Muskeln regelmäßig nach
Traumata oder Operationen des Knies auf, und es ist erforderlich,
dem Verlust an Muskelstärke
mit geeigneten Rehabilitations-Übungen
entgegenzuwirken, um so das korrekte Arbeiten des betroffenen Beines
und somit die motorischen und Gehfähigkeiten des Patienten wiederherzustellen.
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Es
sind zwei Hauptarten von Übungen
bekannt. Ein erster Typ von Übungen,
der allgemein mit dem Ausdruck "offene
kinetische Ketten-Übungen" bezeichnet wird,
sieht vor, dass während
der Bewegung das involvierte Glied einer Widerstandskraft ausgesetzt
wird und das Ende (Hand/Fuß)
des Gliedes frei zur Bewegung im Raum ist. Bei dieser Art von Übungen stimuliert
jedes Strecken und Biegen des Gliedes im Wesentlichen nur die Agonist-Muskeln,
ohne die entsprechenden Antagonist-Muskeln zu involvieren. Diese Übungen sind
daher sehr effektiv zur Wiederherstellung der Stärke der Agonist-Muskeln, weil
sie im Wesentlichen deren Betätigung
isolieren, jedoch Anlaß zu
unerwünschten
Nebeneffekten geben können,
in diesem Fall bezüglich auf
potentiell schmerzhafter Beanspruchungen der Gelenke vor allem in
einer Rehabilitationsstufe. Ein zweiter Typ von Übungen, die im Allgemeinen
mit der Bezeichnung "geschlossene
kinetische Ketten-Übungen" bezeichnet wird,
sieht vor, dass während
der Bewegung das involvierte Bein einer Widerstandskraft ausgesetzt
wird, während
das Ende des Gliedes (Hand/Fuß)
unbeweglich oder lediglich fähig zu
einer Bewegung mit großer
Schwierigkeit ist. Bei dieser Art Übungen stimuliert jedes Strecken
und Biegen des Gliedes sowohl die Agonist-Muskeln als auch die Antagonist-Muskeln.
Die kombinierte und gleichzeitige Betätigung der beiden Muskelgruppen ermöglicht das
Aufrechterhalten einer größeren Stabilität der Gelenke
im Verlauf der Übung,
wobei das Auftreten der genannten Beanspruchungen begrenzt wird;
andererseits ist die Stärkungsaktion
der Agonist-Muskeln im Vergleich zu den offenen kinetischen Ketten-Übungen weniger
effektiv.
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Im
Falle beispielsweise der Beine sind typische offene kinetische Ketten-Übungen und
geschlossene kinetische Ketten-Übungen
das so genannte "Beinstrecken", wobei vorgesehen
ist, dass die Beine abwechselnd unter der Wirkung einer Widerstandskraft
gestreckt und gebogen werden, wobei die Richtung im Wesentlichen
mit der Richtung der Schubkraft der übenden Person zusammenfallt,
so dass nur das Kniegelenk involviert wird, und das so genannte "Kniebeugen" (squat), welches
vorsieht, dass die Füße am Boden
gehalten werden und die Beine gebogen und gestreckt werden, wobei
das Becken gehoben und gesenkt und der Oberkörper unter der Belastung von
Gewichten geeigneter Größe steht,
so dass die Knie-, Hüft-,
und Fußgelenke
gemeinsam involviert werden.
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Das
Beinstreck-Training stimuliert im Wesentlichen den Quadrizeps-Muskel
(Oberschenkel-Muskel)
und ist deshalb sehr effektiv zur Stärkung eines solchen Muskels.
Wenn dieses Training durchgeführt
wird, entstehen tangentiale Kräfte,
welche dazu tendieren, die Tibia-Platte nach vorn zu verlagern und
folglich Kniestrukturen zu beanspruchen, wie das vordere Kreuzband
und den mittleren Miniskus. Betrachtet man Beindrehwinkel, die ausgehend von
einer vollständig
gestreckten Beinstellung (entsprechend einer Drehung von 0°) gemessen
werden, entstehen die vorerwähnten
Kräfte,
welche Vorwärtsverlagerung
der Tibia erzeugen, bei Bein-Drehwinkeln zwischen 0° und 60°. Aus diesen
Gründen
ist bei der Rehabilitation nach Wiederherstellung des vorderen Kreuzbandes
gängige
Praxis, das Beinstreck-Training während der ersten Wochen nach
der Operation nicht anzuwenden und jedenfalls selbst in einem späteren Stadium
zu vermeiden, einen Drehwinkel zwischen 0° und 30° zu erreichen. Daher werden
die durch ein solches Training angebotenen Vorteile insoweit nicht
genutzt, als dadurch der Quadrizeps in einem frühen Stadium aufgebaut werden könnte.
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Im
Gegensatz dazu wirkt beim Training mit Kniebeugen (squats) der Quadrizeps
mit den Antagonist-Muskeln zusammen, und diese werden folglich zu
einem minderen Grad gestärkt;
jedoch ermöglicht
die kombinierte Wirkung der beiden Muskelgruppen zusammen mit den
femural-tibialen Kompressionskräften,
welche natürlicherweise
am Knie während
dieses Trainings dank des aufrechten Standes auftreten, eine größere Stabilität des Knies
zu erreichen und somit die Nachteile und Risiken, die bezüglich offener
kinetischer Ketten-Übungen
erörtert
wurden, zu reduzieren.
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Trotz
der möglichen
unerwünschten
Nebeneffekte des offenen kinetischen Ketten-Trainings, die in zahlreichen
wissenschaftlichen Studien erörtert sind,
behält
dieser Trainingstyp wesentliche Bedeutung für die funktionale Erholung
von traumatisierten Gliedern. Im Falle der Beine wurde beispielsweise demonstriert,
dass ein Muskel-Wiederherstellungsprogramm basierend ausschließlich auf
geschlossenen kinetischen Ketten-Training nicht eine optimale Wiederherstellung
der Quadrizeps-Muskelstärke
ermöglicht
(Mikkelsen C., Werner S., Erikson E., Close kinetic chain alone
compared to combined open and close kinetic chain exercise for quadriceps
strengthening after anterior cruciate ligament reconstruction with
respect to return to spart: a prospective matched follow-up study,
Knee Surg. Sports Traumatol. Arthrosc. 2000, 8(6): 337–342).
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Das
der Erfindung zugrunde liegende technische Problem ist daher, ein
Trainingsgerät
zum Stärken
der Muskulatur von Armen oder Beinen anzugeben, das ein offenes
kinetisches Ketten-Training mit Isolierung der beteiligten Agonist-Muskeln
erlaubt und gleichzeitig ermöglicht,
die an den involvierten Gelenken auftretenden Transversalbeanspruchungen
zu minimieren, um die unerwünschten,
oben beschriebenen Nebeneffekte einer solchen Trainingsart zu vermeiden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Trainingsgerät, das folgendes
umfasst:
- – einen
Rahmen, der geeignet ist, das Gerät bezüglich einer Tragefläche zu tragen;
- – mindestens
einen Arm, der an dem Rahmen angelenkt ist und an seinem distalen
Ende ein Eingriffselement für
ein Ende eines Gliedes eines Nutzers umfasst, wobei das mindestens
eine Eingriffselement geeignet ist, während der Bewegung des Arms
eine im wesentlichen krummlinige Trajektorie zu beschreiben;
- – eine
Applikatorvorrichtung zum Ausüben
einer Widerstandskraft auf den Arm, wobei das Gerät dadurch
gekennzeichnet ist, dass mindestens eine Eingriffselement an einem
Gleitelement (im folgenden auch „Schlitten" genannt) befestigt ist, welches entlang
einer Richtung im wesentlichen parallel zur Längsachse des Arms gleitend
mit dem Arm assoziiert ist, und dadurch, dass die Applikatorvorrichtung
so mit dem Gleitelement assoziiert ist, dass sie eine Widerstandskraft
auf den Arm entlang einer Applikationsrichtung ausübt, die
für zumindest
einen Teil der Trajektorie in Bezug auf eine Ebene, welche lokal
tangential zu der im wesentlichen krummlinigen Trajektorie ist,
bezüglich
des Winkels gestaffelt ist.
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Im
Rahmen dieser Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche ist
die Ausdrucksweise: "gleitend
assoziiert" angewandt,
um deutlich zu machen, dass das Gleitelement bzw. der Schlitten
gleitend innerhalb und/oder außerhalb
des besagten Armes montiert ist.
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Dank
einer solchen Merkmalskombination ermöglicht das Trainingsgerät nach der
Erfindung, transversale Beanspruchungen, die auf das involvierte
Gelenk einwirken, auf Null dadurch zu reduzieren, dass eine Widerstandskraft
auf den Arm ausgeübt wird,
welcher eine erste Ungleich-Null-Komponente längs einer Richtung, die lokal
tangential zu der von dem Arm beschriebenen Trajektorie ist, und
eine zweite Ungleich-Null-Komponente längs einer Richtung hat, die
im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene ist, welche eine solche Trajektorie
lokal tangiert, d. h. längs
einer Richtung, welche durch die Drehmitte des Armes verläuft. In
der folgenden Beschreibung sind diese Komponenten mit den Ausdrücken: "tangentiale Komponente" und "radiale Komponente" bezeichnet.
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Die
tangentiale Komponente der Widerstandskraft wirkt der Schubkraft
entgegen, welche vom Benutzer auf das Eingriffselement wie bei herkömmlichen,
offenen kinetischen Ketten-Übungen ausgeübt wird,
während
die radiale Komponente im Wesentlichen längs der Längsachse des Armes, d. h. des
bei der Übung
involvierten Gliedes, wirkt, auf welche sie dank des Gleitens des
Schlittens übertragen
wird, der das Eingriffselement mitnimmt. Die Aufteilung der Widerstandskraft
längs der
zwei erwähnten
Richtungen ist nicht fixiert, sondern variiert mit der vom Arm eingenommenen
Winkelposition bei Durchfahren der Übung, weil der von der Widerstandskraft
bezüglich
der Ebene gebildete Winkel sich verändert, welche die Trajektorie
lokal tangiert.
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Das
Trainingsgerät
nach der Erfindung arbeitet im Wesentlichen in gleicher Weise wie
ein Trainingsgerät
zum Durchführen
offener kinetischer Ketten-Übungen,
z. B. mit Beinstrecken, um so die typischen Vorteile solcher Übungen betreffend
das Stärken
der Agonist-Muskeln zu erreichen und gleichzeitig in vorteilhafter
Weise die unerwünschten,
oben beschriebenen Nebeneffekte zu vermeiden, dies dank der Wirkung
der radialen Komponente der Widerstandskraft, die auf den Arm ausgeübt wird.
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Insbesondere
soll im Falle der Beine diese radiale Komponente bevorzugt zentripetal
sein, um eine Kompression auf das Bein auszuüben; solch eine Kompression
wirkt auf das Kniegelenk zur Erhöhung
von dessen Stabilität
und unter Begrenzen des Auftretens tangentialer Kräfte, welche
eine Vorwärtsverlagerung
der Tibia-Platte erzeugen.
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Selbstverständlich kann
der Wirkungssinn der radialen Komponente der Widerstandskraft, welche
auf den Arm ausgeübt
wird, entgegengesetzt, d. h. zentrifugal, sein, wenn es wünschenswert
oder vorteilhaft ist, um das Gelenk (wie z. B. im Falle der Schulter)
durch eine Zugkraft anstatt durch eine Kompression zu beanspruchen.
Der Wirkungssinn der radialen Komponente ist durch Richtung und
Sinn der Ausübung
der Widerstandskraft auf den Schlitten definiert.
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Vorzugsweise
umfasst die Applikatorvorrichtung der Widerstandskraft mindestens
ein flexibles Übertragungselement,
das zwischen dem Schlitten und einem Erzeuger der Widerstandskraft
sich erstreckt.
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Solch
ein Übertragungselement,
z. B. ein Gurt, ermöglicht
das Aufbringen einer erwünschten Widerstandskraft
auf den Schlitten und ein einfaches Verfolgen von dessen Bewegung,
während
die Übungen
durchgeführt
werden.
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Das
Trainingsgerät
nach der Erfindung umfasst vorzugsweise auch Winkeleinstellmittel
für die Richtung
der Applikation der Widerstandskraft bezüglich der Ebene, welche lokal
die krummlinige Trajektorie tangiert. Solche Winkeleinstellmittel
erlauben es in vorteilhafter Weise, die Richtung des Aufbringen
der Widerstandskraft, die natürlich
durch eine erzeu gende Winkelstellung des Armes definiert ist, zu modifizieren;
dies bestimmt seinerseits eine unterschiedliche Aufteilung der Widerstandskraft
in ihre Komponenten, die lokal tangential und lokal radial bezüglich der
krummlinigen Trajektorie sind, und daher insbesondere eine unterschiedliche
Intensität
der Längskraft
zur Folge haben, die auf das Bein des Benutzers wirkt. Diese Möglichkeit
ist besonders nützlich
zum Anpassen der Trainingsgerät-Betriebes
an die Erfordernisse unterschiedlicher Benutzer oder, im Falle des
gleichen Benutzers, an unterschiedliche Stufen eines Trainings-
oder Rehabilitations-Programms. Z. B. ist es im Falle der Rehabilitation
von Benutzern, die ein Trauma erlitten oder eine Knieoperation gehabt
haben, möglich,
ein solches Winkeleinstellmittel dazu einzusetzen, eine relativ
große Längs-Kompressionskraft
auf das untere Glied auszuüben,
um dessen Stabilität
während
der ersten Schritte des Rehabilitations-Programms zu erhöhen, wenn
das Gelenk noch geschwächt
ist und dann graduell eine solche Kraft zu verringern, wenn das
Gelenk seine Funktionalität
wiedergewinnt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung umfassen die Winkeleinstellmittel mindestens ein Ablenkelement,
welches gleitend in dem Rahmen montiert ist und so auf das flexible Übertragungselement
einwirkt, dass es dessen Bahn ablenkt. Eine solche Lösung schafft
einen einfachen und leicht umkehrbaren Weg zum Einstellen der Applikationsrichtung
der Widerstandskraft ohne die Konstruktion der Applikatorvorrichtung
zu verändern.
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Vorzugsweise
ist ein solches Ablenkelement einstellbar positionierbar längs einer
Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der Tragefläche verläuft. Diese
Anordnung ist optimal, um die Bahn des flexiblen Elements in unterschiedlichen
Betriebskonfigurationen selektiv abzulenken, welche es während der Winkelbewegung
des Armes einnimmt.
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Vorzugsweise
umfasst das Ablenkelement eine Rolle, die in vorteilhafter Weise
dem flexiblen Übertragungselement
ein Gleiten ohne Kratzen ermöglicht,
um so dessen Verschleiß im
Laufe der Betriebszeit zu vermindern.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführung der
Erfindung umfassen die Winkeleinstellmittel alternativ oder zusätzlich einen
Befestigungspunkt eines ersten freien Endes des flexiblen Übertragungselements,
das an dem Gleitelement längs
einer Richtung im wesentlichen parallel zur Längsachse des Armes einstellbar
positionierbar ist. Dies erlaubt eine Variation der Applikationsrichtung
der Widerstandskraft durchzuführen,
indem auf die Befestigungspositi an des Übertragungselements am Schlitten
eingewirkt wird, ohne dass Ablenkelemente entlang der Bahn des Übertragungselements
benötigt
werden.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführung, welche
im wesentlichen die gleichen Vorteile des Einstellens wie soeben
angegeben zu erreichen erlaubt, ohne dass jedoch mobile Elemente
am Schlitten vorzusehen sind, umfasst die Einstellvorrichtung mehrere
Befestigungspunkte des ersten freien Endes des flexiblen Übertragungselements,
die an dem Schlitten voneinander längs einer im wesentlichen zur Längsachse
des Armes parallelen Richtung im Abstand angeordnet sind.
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Vorzugsweise
sind solche Befestigungspunkte in einer festen Teilung voneinander
vorgesehen, um in vorteilhafter Weise eine graduelle Einstellung
zu gestatten, Vorzugsweise wird die Widerstandskraft auf den Schlitten
entlang einer Anfangs-Applikationsrichtung
aufgebracht, die einen Winkel zwischen etwa 30° und etwa 130° mit der Ebene
bildet, welche lokal die krummlinige Trajektorie tangiert.
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In
dieser Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen wird der Begriff „Anfangs-Applikationsrichtung
der Widerstandskraft" dazu
verwendet, die Richtung der Widerstandskraft bezüglich der Ebene anzugeben,
welche die Trajektorie in einer Betriebs-Konfiguration des Trainingsgerätes lokal tangiert,
wenn der Arm in seinem Startzustand ist.
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Noch
weiter bevorzugt bildet die Anfangs-Applikationsrichtung der Widerstandskraft
auf das Gleitelement einen Winkel zwischen etwa 75° und etwa
105° mit
der die krummlinige Trajektorie lokal tangierenden Ebene. Dies ermöglicht es,
eine optimale Intensität
der Widerstandskraftkomponente längs
der Längsachse
des Armes in jeder Winkelposition zu erhalten, die von dem Arm während seiner Drehung
eingenommen wird.
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Vorzugsweise
umfasst der Erzeuger der Widerstandskraft Einstellmittel für die Intensität der Widerstandskraft.
Dieses Merkmal erlaubt in gleicher Weise wie die Möglichkeit
des Einstellens der Applikationsrichtung der Widerstandskraft in
vorteilhafter Weise die Kalibrierung des Betriebs des Trainingsgerätes in Anpassung
an den individuellen Benutzer oder an die unterschiedlichen Schritte
eines Trainings- oder Rehabilitations-Programms.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist das flexible Übertragungselement
ein elastisches Element, und der Erzeuger der Widerstandskraft besteht
im wesentlichen aus dem flexiblen Übertragungselement. Vorteilhafterweise
wird bei einer solchen Ausführung
die Widerstandskraft in einfacher Weise erzeugt, indem per se vorhandene
Elemente des Geräts
eingesetzt werden, ohne auf externe Energiequellen zurückzugreifen.
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Vorzugsweise
erstreckt sich das elastische Element zwischen mindestens einem
am Rahmen definierten Befestigungspunkt und dem Schlitten, und ist
einer vorbestimmten Vorspannung unterzogen; dies ermöglicht das
Nutzen der elastischen Rückstellkraft
des Übertragungselementes
in vorteilhafter Weise zur Erzeugung der auf den Arm auszuübenden Widerstandskraft.
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Vorzugsweise
umfasst der Erzeuger der Widerstandskraft mindestens ein Paar Leerlaufrollen des
flexiblen Übertragungselementes,
die zwischen dem Befestigungspunkt und dem Schlitten vorgesehen
sind.
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Weiter
bevorzugt ist mindestens eine der Leerlaufrollen einstellbar positionierbar
längs einer im
wesentlichen zur Tragefläche
des Geräts
parallelen Richtung.
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Der
Einsatz solcher Rollen erlaubt in vorteilhafter Weise das wahlweise
Spannen des flexiblen Übertragungselementes
und damit das Einstellen der Intensität der Widerstandskraft.
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Weiter
bevorzugte Ausführungen
der Erfindung, welche zum Vorteil für spezifische Einsätze gereichen
können,
sehen vor, dass der Erzeuger der Widerstandskraft mehrere Gewichte
umfasst, die selektiv mit einem zweiten Ende des flexiblen Übertragungselementes
assoziiert werden können,
elektrische Antriebe, pneumatische Antriebe, einen Trägheitskraftgenerator,
dies einzeln oder in Kombination miteinander.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt befasst sich die Erfindung mit einem nicht-therapeutischen
Verfahren zum Trainieren der Muskulatur eines Gliedes eines Benutzers
mittels eines Trainingsgerätes,
das einen Tragerahmen umfasst, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfasst:
- a) Ineingriffbringen eines
Endes des Gliedes mit einem Eingriffselement, welches an einem distalen
Ende mindestens eines Arms, welcher an dem Tragerahmen angelenkt
ist, angeordnet ist;
- b) Drehen des mindestens einen Arms des Trainingsgeräts (1)
durch das Glied derart, dass das Eingriffselement eine im wesentlichen
krummlinige Trajektorie beschreibt;
- c) Ausüben
einer Gegenwirkung gegen die Drehung des mindestens einen Arms durch
eine Applikatorvorrichtung zum Applizieren einer Widerstandskraft,
welche zumindest während
eines Teils des Schrittes b), in dem der mindestens eine Arm gedreht
wird, auf den Arm wirkt;
- d) translatorisches Verlagern des Eingriffselements entlang
einer Richtung, die im wesentlichen parallel zur Längsachse
des Arms ist, zumindest für
einen Teil der im wesentlichen krummlinigen Trajektorie und während zumindest
eines Teils des Schritts b), in dem der mindestens eine Arm gedreht
wird.
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Vorteilhafterweise
ermöglicht
es ein solches Verfahren, beide Agonist-Muskelgruppen des Beines wirkungsvoll
zu trainieren, und zwar dank der Einwirkung der Widerstandskraft,
die auf den Arm ausgeübt wird,
welchen der Benutzer zum Drehen bringt (wie dies typisch bei offenen,
kinetischen Ketten-Übungen geschieht),
und dank der Kräfte,
die während
der Übung
auf die Gelenke des Beines wirken, welches in der zu kontrollierenden
Bewegung involviert ist, und zwar dank der Wirkung der längs der
Längsachse
des Armes wirkenden Translationskraft (wie dies typischerweise bei
geschlossenen kinetischen Ketten-Übungen geschieht).
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
eines solchen Verfahrens ist das mindestens eine Eingriffselement
an einem Gleitelement bzw. Schlitten fixiert, der mit dem mindestens
einen Arm gleitend assoziiert ist, und der erwähne Schritt d) wird durchgeführt, indem eine
Widerstandskraft auf den Schlitten längs einer Applikationsrichtung
ausgeübt
wird, die im Winkel gestaffelt bezüglich einer lokal die krummlinige
Trajektorie tangierenden Ebene ist.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher anhand der
folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungen zu erläuternden,
jedoch nicht einschränkenden
Zwecken mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen. In diesen Zeichnungen sind:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Trainingsgeräts gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der
Erfindung;
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2 eine
schematische Seitenansicht des Trainingsgeräts nach 1 in einem
ersten Betriebszustand;
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3 eine
schematische Seitenansicht des Trainingsgerätes nach 1 in
einem zweiten Betriebszustand;
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3a eine
schematische Teil-Seitenansicht des Trainingsgerätes nach 1 im
Betriebszustand nach 3, jedoch in einem unterschiedlichen
Einstellzustand;
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4 eine
schematische Seitenansicht des Trainingsgeräts nach 1 in einem
dritten Betriebszustand;
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5 eine
schematische Rückansicht
eines Trainingsgerätes
gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführung
der Erfindung in einem ersten Betriebszustand;
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6 eine
schematische Rückansicht
des Trainingsgerätes
nach 5 in einem zweiten Betriebszustand;
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7 eine
schematische Rückansicht
des Trainingsgerätes
nach 5 in einem dritten Betriebszustand;
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7a eine
schematische Rückansicht
des Trainingsgerätes
nach 5 im Betriebszustand gemäß 7, jedoch
in einem unterschiedlichen Einstellzustand.
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In
den Figuren ist eine Trainingsgerät gemäß der Erfindung allgemein mit
der Bezugszahl 1 bezeichnet.
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In
der in den 1 bis 4 gezeigten
Ausführung,
die zum Trainieren unterer Glieder (der Beine) 7 eines
Benutzers (nicht gezeigt) geeignet ist, umfasst das Trainingsgerät 1 einen
Rahmen 2, einen Sitz 3, ein Paar mobile Arme 4a, 4b und
eine Applikatorvorrichtung 6 für eine Widerstandskraft R.
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Der
Rahmen 2, der vorzugsweise aus Metall besteht, umfasst
ein Paar hintere Stützbeine 21 und ein
vorderes Stützbein 22,
welches an seinem ersten Ende auf einer Stützoberfläche 8 aufliegende
Stützelemente 23 hat,
die vorzugsweise mit einem rutschfesten Material, wie Gummi, beschichtet
sind. Von dem vorderen Bein 22 erstrecken sich zwei parallele Bügel 22a, 24b weg,
die je einen im wesentlichen horizontalen Schenkel 241a, 241b und
einen im wesentlichen vertikalen Schenkel 242a, 242b haben. Die
horizontalen Schenkel 241a, 241b bilden zusammen
mit einem zweiten Ende des hinteren Beins 21 eine im wesentlichen
horizontale Ebene, auf welcher der Sitz 3 ruht.
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Der
Sitz 3 ist mit einem Sitzteil 31, einer Rückenlehne 32 und
einem Paar Handhabungselementen 33 ausgerüstet (von
denen nur eines in 1 gezeigt ist), welche der Benutzer
beim Durchführen
des Trainings greifen kann. Der Sitz 3 umfasst außerdem herkömmliche
Einstellmittel für
die horizontale und die vertikale Position bezüglich des Rahmens 1 (in den
Figuren nicht gezeigt), um unterschiedlichen Benutzern eine komfortable
und korrekte Position zum Durchführen
des Trainings zu gewährleisten.
Vorzugsweise besteht der Sitz mindestens teilweise aus natürlichen
oder synthetischen Materialien, beispielsweise umfassend Holz, in
der Wärme
aushärtenden Polymeren,
wie Polyurethan, und wärmeplastischen Polymeren.
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Die
mobilen Arme 4a, 4b sind an den Rahmen am vorderen
Ende des Sitzteiles 31 mittels Stiften 5a, 5b angelenkt.
Innerhalb der mobilen Arme 4a, 4b sind Gleitelemente
bzw. Schlitten 41a, 41b montiert, welche in Richtung
im wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Arme gleiten
können.
An jedem Schlitten sind Eingriffselemente 42a, 43a und 42b, 43b im
wesentlichen zylindrischer Gestalt montiert, die zu entgegengesetzten
Seiten der mobilen Arme 4a, 4b wegragen. Die Eingriffselemente 42a, 43a und 42b, 43b sind
zum Angreifen an den distalen Enden 71 der Beine 7 des
Benutzers, insbesondere an den Füßen bestimmt,
um muskelstärkende Übungen auszuführen, wie
im einzelnen anhand der 2 bis 4 erläutert ist.
Insbesondere bilden die Eingriffselemente 42a, 42b eine
Stütze
für die
Fußsohle, während die
Eingriffselemente 43a, 43b einen Anschlag für einen
vorderen Abschnitt des distalen Endes 71, in diesem Falle
des Fußristes,
bilden, auf welchen der Benutzer eine Schubkraft S ausüben kann.
Die Eingriffselemente 43a, 43b haben einen solchen
Durchmesser, dass sie sich komfortabel an den Fußrist anschmiegen können, und
sind vorzugsweise aus einem nachgiebigen synthetischen Material,
z. B. aus Haut bildendem Polyurethan oder einem Schaum überzogen,
der mit einem synthetischen Material beschichtet ist, welches sich
an alle Verformungen des Schaums selbst anpassen kann, um den Kontakt
damit komfortabel und funktional zu gestalten.
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Die
Applikatorvorrichtung 6 für die Widerstandskraft R umfasst
ein Paar zweckmäßig bemessene
elastische Bänder 61a, 61b,
die jeweils zwischen einem ersten Paar Befestigungspunkten 44a, 44b an
den Schlitten 41a, 41b und einem zweiten Paar
Befestigungspunkten 243a, 243b gespannt sind,
welche am Rahmen 2 an den freien Enden der horizontalen
Schenkel 241a, 241b der Bügel 24a, 24b vorgesehen
sind. Bei dieser Ausführung
der Erfindung haben die elastischen Bänder 61a, 61b beide die
Funktion der Erzeugung der Widerstandskraft R, welche durch die
elastische Rückstellkraft
bestimmt ist, die beim Spannen der Bänder auftritt. Die Bänder haben
die Funktion flexibler Übertragungselemente zum Übertragen
der Widerstandskraft R auf die Schlitten 41a, 41b.
Die Applikatorvorrichtung 6 umfasst ferner ein Paar Leerlauf-
bzw. Umlenkrollen 62a, 63a und 62b, 63b für jedes
elastische Band 61a, 61b. wobei die Anordnung
so getroffen ist, dass die elastischen Bänder 61a, 61b im
wesentlichen eine Zick-Zack-Bahn durchlaufen. Die Leerlaufrollen 62a und 62b sind
einstellbar positionierbar am Rahmen 2 an den horizontalen
Schenkeln 241a, 241b der Bügel 24a, 24b,
d. h. in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Stützfläche 8,
und dann in einem gewünschten
Einstellzustand fixiert.
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Die
Leerlaufrollen 63a und 63b sind fest am unteren
Ende der vertikalen Seiten 242a, 242b montiert.
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Das
Trainingsgerät 1 umfasst
ferner zwei Ablenkelemente 9a, 9b für die Bahn
der elastischen Bänder 61a, 61b,
umfassend zwei Rollen, die gleitend am Rahmen 2 an den
vertikalen Schenkeln 242a, 242b der Bügel 24a, 24b montiert
sind. Die Ablenkelemente 9a, 9b erlauben es, die
Applikationsrichtung der Widerstandskraft R an den Schlitten 41a, 41b einzustellen,
wie deutlicher nachfolgend anhand der 3a erläutert ist.
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Die
meisten, die Applikatorvorrichtung 6 für die Widerstandskraft R bildenden
Bauteile sind vorzugsweise innerhalb eines Gehäuses 10 angeordnet, das
unter dem Sitz sich befindet, um zu gewährleisten, dass das Trainingsgerät 1 die
erforderliche aktive und passive Sicherheit aufweist und ein besseres Gesamterscheinungsbild
bietet.
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Anhand
der 2, 3 und 4 und zur Vereinfachung
lediglich für
den Arm 4a sei ein Verfahren zum Trainieren der Muskeln
der Beine eines Benutzers beschrieben, das mit der vorstehend erläuterten
Ausführung
des Trainingsgerätes 1 durchgeführt werden
kann.
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In
einem ersten Schritt des Verfahrens (2) greift
der Benutzer an den Eingriffselementen 42a, 43a,
die dem Schlitten 41a des Arms 4a zugeordnet sind, über den
Fuß 71 des
Beins 7 an.
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In
einem zweiten Schritt übt
der Benutzer eine Schubkraft S auf das Eingriffselement 43a aus und
versetzt dadurch den Arm 4a in Drehung, so dass jedes ihm
zugehörige
Element eine im wesentlichen krummlinige Trajektorie T beschreibt.
Der Arm 4a nimmt eine unterschiedliche Betriebskonfiguration an,
z. B. die in den 3 und 4 gezeigte.
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In
einem nachfolgenden Schritt, der mindestens teilweise gleichzeitig
mit dem Schritt der Drehung des Armes 4a abläuft, wird
mittels der Applikatorvorrichtung 6 für die Widerstandskraft R eine
Gegenwirkung gegen eine solche Drehung ausgeübt.
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In
einem weiteren Schritt, der auch im wesentlichen gleichzeitig mit
dem Schritt der Armdrehung des Armes 4a und wieder vermittels
der Applikatorvorrichtung 6 für die Widerstandskraft R durchgeführt wird,
wird der Schlitten 41a zusammen mit den Eingriffselementen 42, 43a längs einer
Richtung verlagert, die sich im wesentlichen parallel zur Längsachse
des Armes 4a erstreckt, wie dies mit dem Doppelpfeil 13 illustriert
ist.
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Gemäß der Erfindung
werden die Schritte des Ausübens
einer Gegenkraft gegen die Drehung des Armes 4a und des
Verlagerns des Schlittens 41a durch Aufbringen der Widerstandskraft
R über
das elastische Band 61a auf den Schlitten 41a längs einer
Richtung betriebsmäßig durchgeführt, welche
mit einer Ebene Π,
die lokal die krummlinige Trajektorie T tangiert, einen von Null
verschiedenen Winkel α einschließt. Die
Widerstandskraft R hat daher eine von Null verschiedene tangentielle
Komponente RT längs einer Richtung, welche
die krummlinige Trajektorie T tangiert, und eine radiale Komponente
RC längs
einer Richtung, die lokal zentripetal bezüglich der krummlinigen Trajektorie
T verläuft.
Die tangentiale Komponente RT wirkt hauptsätzlich der
Schubkraft S entgegen, während
die radiale Komponente RC den Schlitten 41a verlagert,
wobei in vorteilhafter Weise eine Kompressionskraft auf das Bein 7 ausgeübt wird.
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Der
Vergleich der Betriebskonfigurationen nach den 2, 3 und 4 zeigt,
dass dann, wenn der Benutzer den Arm 4a zum Durchführen einer
Streckung des Beines 7 verdreht, die Applikationsrichtung
der Kraft R auf den Schlitten 41a bezüglich der Ebene Π, die die
Trajektorie T lokal tangiert, d. h. der Wert des Winkels α und damit
aufgrund eines geometrischen Effektes die Aufteilung der Widerstandskraft 8 sich ändern. Insbesondere
sei festgehalten, dass der Winkel α zunimmt und daher bei gleicher
Intensität
der Widerstandskraft R die Größe der tangentialen
Komponente RT abnimmt, während die Größe der radialen
Komponente RC zu nimmt, wodurch in vorteilhafter
Weise eine größere Kompression
des Beines exakt dann erhalten werden kann, wenn diese Wirkung höchst erwünscht ist,
d. h. im letzten Abschnitt der Streckbewegung des Beines, wie oben
beschrieben.
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In
jeder beliebigen Konfiguration ist es möglich, die Intensität der Widerstandskraft
R durch Einstellen der Position der Leerlaufrolle 62a,
wie mit dem Doppelpfeil 11 gekennzeichnet, zu verändern und
auf diese Weise eine entsprechende Variation der Spannung des elastischen
Bandes 61a zu erzeugen.
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In
den Betriebszuständen,
in welchen das elastische Band 61a in Kontakt mit dem Ablenkelement 9a ist
(wie z. B. in den 3 und 4 illustriert)
ist es auch möglich,
die Applikationsrichtung der Widerstandskraft R durch Einstellen
der Position des Ablenkelementes 9a so zu verändern, dass
die Bahn des elastischen Bandes 61a bezüglich derjenigen Bahn modifiziert
wird, welche es in jeder dieser Konfigurationen einnehmen würde. Wie
z. B. in 3a dargestellt, modifiziert
die Verlagerung des Ablenkelements 9a in Richtung des Pfeils 12 die
Bahn des elastischen Bandes 61a und den Applikationswinkel der
Widerstandskraft abnehmend von α zu α'. Dies bestimmt eine
Veränderung
der Aufteilung der Widerstandskraft R und daher insbesondere der
Größe der radialen
Komponente RC in Längsrichtung auf das Bein 7 (hier
nicht gezeigt).
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Bei
alternativen Ausführungen
des Trainingsgerätes,
die nicht dargestellt sind, ist zusätzlich oder alternativ zu den
Ablenkelementen 9a, 9b vorgesehen, die Applikationsrichtung
der Widerstandskraft R dadurch einstellbar zu machen, dass erste Befestigungspunkte 44a, 44b der
elastischen Bänder 61a, 61b einstellbar
positionierbar an den Schlitten 41a, 41b vorgesehen
werden oder eine Mehrzahl solcher Befestigungspunkte in Längsrichtung
in fester Teilung an dem Schlitten angeordnet werden.
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Weitere
alternative Ausführungen
des Trainingsgerätes,
die nicht dargestellt sind, sehen anstatt der elastischen Bänder 61a, 61b,
die zwischen den Schlitten 4a, 4b und den Erzeugern
der Widerstandskraft aufgespannt sind, vor, dass mehrere Gewichte, die
wahlweise dem zweiten Ende des flexiblen Übertragungselementes zugeordnet
werden, elektrische Antriebe, pneumatische Antriebe und ein Trägheitskrafterzeuger
vorgesehen sein können,
und zwar individuell oder in Kombination miteinander. Bei solchen
Ausführungen
ist die Möglichkeit
der Positionseinstellung der Leerlaufrollen 62a, 62b nicht
mehr zum Zwecke des Einstellens der Intensität der Widerstandskraft erforderlich,
und aus diesem Grund ist es möglich,
entweder nicht einstellbare Leerlaufrollen 62a, 62b einzusetzen,
um die Konstruktion des Trainingsgerätes 1 zu vereinfachen,
oder einstellbar positionierbare Leerlaufrollen 62a, 62b vorzusehen,
die sich in vorteilhafter Weise, – falls erwünscht –, zur Ausdehnung des Einstellbereiches
für die
Richtung der Widerstandskraft R, im Vergleich zu dem schon durch
die Ablenkelemente 9a, 9b möglichen Bereich, eignen.
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In
den 5 bis 7 ist eine weitere bevorzugte
Ausführung
des Trainingsgerätes
nach der Erfindung schematisch in Rückansicht dargestellt, um die
relevanten konstruktiven Elemente hervorzuheben, die zum Trainieren
der oberen Glieder (der Arme) eines Benutzers (nicht gezeigt) geeignet
sind. In der folgenden Beschreibung und in diesen Figuren sind die
Bauteile des Trainingsgerätes 1,
die strukturell oder funktional gleich wirkend zu den vorher anhand
der 1 bis 4 beschriebenen Ausführungen
sind, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter beschrieben.
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Bei
einer derartigen Ausführung
umfasst der Rahmen 2 ferner zwei im wesentlichen vertikale Ständer 25a, 25b,
die an entgegengesetzten Seiten des Sitzes 3 angeordnet
sind, und hinter der Lehne 32 eine im wesentlichen horizontale
Stange 26, die mit ihren Enden an den Ständern 25a, 25b angeordnet
ist.
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Der
Arm 4a ist am oberen Ende des Ständers 25a mittels
eines Stiftelementes 5a angebracht. Der Schlitten 41a ist
an einem distalen Ende des Armes 4a montiert und kann längs einer
im wesentlichen parallelen Richtung zur Längsachse des Armes gleiten.
An dem Schlitten 41a ist ein Paar Eingriffselemente 42a, 43a montiert,
die wegen ihrer Anbringung auf der Frontseite nur teilweise sichtbar
sind und mit einem Ende eines oberen Gliedes (nicht gezeigt) des
Benutzers zusammenwirken können,
um ein muskelstärkendes
Training durchzuführen.
Insbesondere ist das Eingriffselement 42a im wesentlichen von
zylindrischer Gestalt und bildet ein Handhabungselement für die Hand
eines Benutzers, auf das er eine Kraft S aufbringen kann, während das
Eingriffselement 43a ein Stützelement für den Unterarm des Benutzers
bildet.
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Die
Applikatorvorrichtung 6 für die Widerstandskraft R umfasst:
ein elastisches Band 61a, das zwischen dem Befestigungspunkt 44a am
Schlitten 41a und einem zweiten Befestigungspunkt 251b gespannt
ist, der an dem Ständer 25b ausgebildet
ist; eine Leerlaufrolle 62a, die einstellbar positionierbar an
der Stange 26 am Ende gegenüber dem Ständer 25a angebracht ist,
welche den Arm 4a trägt,
ein Ablenkelement 9a des Bahn des elastischen Bandes 61a umfassend
eine gleitend am Ständer 25a montierte
Rolle. In der gleichen Weise wie oben beschrieben erlaubt die Einstellung
der Position der Leerlaufrolle 62a das Spannen des elastischen
Bandes 61a und daher das Verstellen der Intensität der Widerstandskraft
R. Die Einstellung der Position des Ablenkelementes 9a ermöglicht eine
Veränderung
der Bahn des elastischen Bandes 61a und damit der Applikationsrichtung
der Widerstandskraft R auf den Schlitten 41a (7a).
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Bei
der in den 5 bis 7 gezeigten Ausführung ermöglicht das
Trainingsgerät 1 die Durchführung eines
Verfahrens zum Trainieren der Muskulatur des Armes eines Benutzers
vollstandig analog zu dem, was bereits anhand der Ausführung zum
Trainieren der Beine beschrieben worden ist.
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Bei
einer alternativen nicht gezeigten Ausführung kann das Trainingsgerät 1 nach
den 5 bis 7 einen zweiten, an dem Ständer 25b angelenkten
Arm umfassen, um gleichzeitig beide Arme zu trainieren.
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Weitere
Ausführungen
sehen vor, dass unterschiedliche flexible Übertragungselemente und Erzeuger
der Widerstandskraft R verwendet werden ebenso wie zusätzliche
oder alternative Einstellmittel für die Applikationsrichtung
der Widerstandskraft R am Schlitten 41a, ähnlich zu
dem, was bereits anhand der Ausführungen
zum Trainieren der Beine beschrieben worden ist.
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Offensichtlich
kann der Fachmann auf diesem Gebiet Modifikationen und Varianten
des oben beschriebenen Trainingsgeräts vorsehen, um speziellen
Anforderungen zu genügen,
sofern solche Modifikationen und Varianten in den Schutzbereich
der anliegenden Ansprüche
fallen.