Die Erfindung betrifft einen Expander zum Trainieren der Muskulatur, aufweisend ein elastisches Element, das zum Training gegen seine Rückstellkraft expandier bar ist und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Expanders.

Expander als Trainingsgeräte zur Stärkung der Muskulatur sind hinlänglich be kannt. Typische Bauarten von Expandern sind zum Einen durch elastische Gum mibänder verbundene Griffe, die durch entsprechende Übungen auseinander ge zogen werden können. Zum Anderen bestehen Expander aus einem länglichen Latextuch in Bandform. Das Latextuch liegt dabei als offenes Band vor oder als geschlossener Bandring. Eine typische Übung mit einem Latextring ist es, sich das Latextuch um den Körper zu legen und mit den Gliedmaßen gegen die Rück stellkraft des Latextuches eine Streckbewegung zu vollziehen.

Nachteilig an Expandern der bestehenden Art ist, dass die Rückstellkraft im elas tischen Bereich der Längenausdehnung linear ist. Bei einer Streckbewegung mit dem Bein oder dem Arm öffnet sich der Arm oder das Bein durch Strecken des Gelenks. Mit dem geschlossenen Arm ist die notwendige Kraftanstrengung für den entsprechenden Streckmuskel vergleichsweise hoch, da der Angriffswinkel für den Muskel durch die Stellung des Gelenks sehr ungünstig für eine Streckbe wegung ist.

Ein weiterer Nachteil des im Arbeitsbereich linearen Faktors der Rückstellkraft ist, dass dieser zum Trainieren von schnellen Muskelbewegungen weniger gut geeig net ist. Zum Training von schnellen Streckbewegungen, wie sie für einen Boxer üblich sind oder grundsätzlich in Kampfsportarten und olympischen Disziplinen, wie z.B. dem Speerwurf üblich sind, wäre es wünschenswert, wenn die Rückstellkraft entlang der Muskelbewegung möglichst früh und lange relativ kon stant bleibt. Eine typische Übung ist es, sich ein Expanderband um die Hüften zu legen, wobei die Arme innerhalb des Expanderbandes angeordnet sind. Der Trai nierende übt sodann plötzliche Streckbewegungen der Arme aus. In der Nähe der Hüfte ist die Rückstellkraft in wünschenswerter Weise zunächst linear. Es wäre für einen Trainingserfolg der schnellen Muskelkontraktion aber wünschens wert, wenn der sich streckende Arm bei einer Boxbewegung in der Nähe des ge treckten Armes entgegen einer gleichbleibenden Kraft, zumindest aber gegen ei ner nicht mehr so stark zunehmende Kraft strecken könnte.

Eine konstante Rückstellkraft mit einem isotropen elastischen Material zu erzeu gen, erscheint nicht möglich. Dies wäre ein Widerspruch zum bekannten Hook'schen Gesetz. In der Regel zeigen elastische Materialien einen Elastizitäts bereich mit etwa konstantem Elastizitätsmodul, in dem die Kraft zur Längenaus dehnung proportional zur Längenausdehnung selbst ist. Im Endbereich des elas tischen Bereiches steigt das Elastizitätsmodul an, das bedeutet, der Anstieg der Rückstellkraft mit zunehmender Längenausdehnung erhöht sich. Ein Training für schnelle und kraftvolle Muskelbewegungen, in denen möglichst viel Kraft in Be wegungsgeschwindigkeit transformiert wird und dadurch auch höhere Endge schwindigkeiten ermöglicht werden, ist dadurch nicht effizient.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Expander zur Verfügung zu stellen, der ein degressives Spannungsverhalten zeigt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch einen Expander mit den Merk malen nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unter- ansprüchen zu Anspruch 1 angegeben. Verfahren zur Herstellung des Expanders sind in den Ansprüchen 7 bis 10 angegeben.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, den Expander mit einem elastischen Materia lien aufzubauen, wobei das elastische Material ein Verbundmaterial ist. Dabei ist das Verbundmaterial anisotrop aufgebaut. Die Anisotropie, also die Eigenschaft der unterschiedlichen Stoffeigenschaften in unterschiedlichen Raumrichtungen aufzuweisen, ändert sich bei der Längenausdehnung. Diese Änderung der Aniso tropie wird dadurch erreicht, dass sich die geometrische Struktur eines Fachwer kes des Verbundmaterials bei der Längenausdehnung ändert und dadurch sich die Ausrichtung der selbst elastischen Strukturelemente gegenüber der Längen ausdehnung ändert. Eine solche Struktur ist fachwerkähnlich aufgebaut und zwar in Form einer sogenannten Kachelung. Eine Kachelung ist eine geschlossene Fläche aus einer begrenzten Menge unterschiedlicher geometrischer Einzelteile, wobei die Einzelteile innerhalb einer Menge identisch sind. Im einfachsten Fall gibt es nur eine einzige Menge geometrischer Figuren, nämlich innerhalb der Menge identische Quadrate. Es ist auch möglich, eine Kachelung mit zueinander passenden Quadraten und Dreiecken aufzubauen. Für kleine Anzahlen von Men gen, nämlich n = 1 , 2, 3 oder 4 sind Kachelungen, die zu einer geschlossenen Fläche führen, in nur kleiner Anzahl und Zähligkeit vorhanden. Die Zähligkeit ist die Anzahl der Seiten der Geometrie der Einheitszelle. So gibt es quadratische, also vierzählige Einheitsszellen und es gibt hexagonale, also sechszählige Ein heitszellen der Kachelung. Es sind auch fünfzählige Kachelungen bekannt. Diese aber sind nicht regelmäßig. Des Weiteren gibt es bei der vierzähligen Kachelun gen regelmäßige und versetzte Kachelungen. Die Kachelung besteht innerhalb einer Menge aus geometrisch identischen oder kongruenten Kacheln.

Das elastische Verbundmaterial des Expanders besteht aus mindestens zwei un terschiedlichen Elastomeren. Ein erste Elastomer ist als geschlossenes Linien muster aufgebaut, wobei die Linien die Begrenzungen von Kacheln einer Kache lung darstellen. Das Muster ist geschlossen, das bedeutet, es gibt keine freie En den einer Linie, sondern jede Linie endet in einem Punkt, von dem mehr als eine weitere Linie abgeht.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vorgesehen ist, dass das Flächenver hältnis der mindestens zwei elastischen Materialien in dem Verbund etwa gleich groß ist mit einer relativen Abweichung eines Materials von weniger als 10% von einer Gleichverteilung. Dies führt zu besonders ausgeprägten Effekten bei der Änderung der elastischen Eigenschaften bei der Längsdehnung.

Um den Effekt der Änderung des Elastizitätsmoduls bei der Längsdehnung zu verstärken, kann vorgesehen sein, dass in dem weiteren elastischen Material Elastomergranulat und/oder Gasblasen vorhanden sind, die einen Durchmesser zwischen 1 mm und 5 mm aufweisen und eine Flächenkonzentration von weniger als 20% aufweisen. Das weitere Elastomer ist damit kein Schaumstoff, sondern eher ein isotropes Elastomer mit Fehlstellen, die bei der Längsdehnung kollabie ren, wie es bei den Gasblasen der Fall ist, oder die einer Querkontraktion entge genstehen, wie es beim Granulat der Fall ist. Wichtig ist, dass sich in dem weite ren Elastomer ausgeprägte Phasengrenzen zwischen den elastischen Bereichen bilden.

Zur Herstellung eines solchen Verbundmaterials hat es sich als vorteilhaft erwei sen, wenn ein erstes Elastomer zu einem geschlossenen Linienmuster als Be grenzungslinien der Kacheln einer Kachelung gestanzt wird. Diese erste Elasto mer wird sodann in ein weiteres Elastomer eingebettet, wie zum Beispiel in Latex oder in Silikon.

Um den anisotropen Effekt zu verstärken, kann vorgesehen sein, dass die Stan zung des ersten Elastomeren beim Einbetten zu Strecken, also unter Spannung zu halten. Dabei sollte die Längenänderung beim Strecken im Bereich von 5% und 20%, bevorzugt zwischen 8% und 11% aufweisen, um zu vermeiden, dass sich Kräuselungen oder Wellen im Elastomer bilden, die durch die unterschiedli chen Rückstellkräfte der Einzelelemente des Verbundmaterials entstehen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Skizze eines Expanders in Form eines elastischen Bandes und ein Einsatz des Expanders beim Training,

Fig. 2 eine Skizze eines Expanders in Form eines geschlossenen Schlaufe und ein Einsatz des Expanders beim Training, Fig. 3 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines Expanders aus einem iso tropen elastischen Material aus dem STAND DER TECHNIK,

Fig. 4 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines erfindungsgemäßen Expan ders,

Fig. 5 eine erste Struktur eines elastisches Element mit sechszähliger Ein heitszelle,

Fig. 6 eine zweite Struktur eines elastisches Element mit sechszähliger Ein heitszelle,

Fig. 7.1 eine dritte Struktur eines elastisches Element mit vierzähligen Einheits zelle,

Fig. 7.2 die zweite Struktur aus Fig. 7.1 in gestreckter Form,

Fig. 8 ein Ausschnitt aus dem Verbundmaterial des elastischen Elements mit eingebettetem Elastomergranulat,

Fig. 9 ein Ausschnitt aus dem Verbundmaterial des elastischen Elements mit eingebetteten Gasblasen,

Fig. 10 ein Ausschnitt aus dem Verbundmaterial des elastischen Elements mit eingebettetem Elastomergranulat und mit eingebetteten Gasblasen.

In Figur 1 ist eine Skizze eines Expanders 100 in Form eines elastischen Bandes 200 und ein Einsatz dieses Expanders 100 beim Training abgebildet. Zum Trai ning wird ein Band aus einem elastischen Element um den Oberkörper gelegt o- der zu einem Ring verknotet und es wird eine Boxbewegung in den so geschaffe nen elastischen Ring durchgeführt. Diese Übung wird vielfach wiederholt, um die dabei eingesetzte Muskulatur zu stärken. Die hier gezeigte Übung ist nur eine von einer Vielzahl möglicher Übungen.

In Figur 2 ist eine Skizze eines Expanders 100 in Form eines geschlossenen Rings 300 und ein Einsatz des Expanders 100 beim Training gezeigt. Zum Training geschlossene Ring 300 um den Oberkörper gelegt und es wird eine Box bewegung in den elastischen Ring 300 durchgeführt. Diese Übung wird vielfach wiederholt, um die dabei eingesetzte Muskulatur zu stärken. Auch die hier ge zeigte Übung ist nur eine von einer Vielzahl möglicher Übungen.

In Figur 3 ist ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines Expanders aus einem isotropen elastischen Material aus dem STAND DER TECHNIK dargestellt. Ein Expander mit einem hier dargestellten isotropen elastischen Material wird übli cherweise im Bereich einer ersten Dehnung di mit einem konstanten Elastizitäts modul ei genutzt. Im Endbereich der elastischen Dehnung schließt sich eine wei tere Dehnung d2 mit einem erhöhten Elastizitätsmodul 82 an, das mit einer höhe ren Rückstellkraft pro weitere Dehnung einhergeht. Dabei ist das Elastizitätsmo dul im Endbereich nicht mehr Konstant, sondern steigt in der Regel nicht-linear an. Der exakte Verlauf des Elastizitätsmoduls e im Endbereich des elastischen Bereiches eines Elastomers ist hochgradig stoffspezifisch und unterscheidet sich zwischen gummielastischen Materialien (Entropie-Elastisch) und nicht gummi elastischen Materialien.

In Figur 4 ist ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines erfindungsgemäßen Ex panders dargestellt. Das Besondere des erfindungsgemäßen Expanders ist, dass das Elastizitätsmodul e im Endbereich abnimmt. Zwar steigt die Rückstellkraft F mit zunehmender Dehnung x, jedoch ist die Zunahme der Rückstellkraft F de gressiv. Gerade für das Training kraftvoller, schneller Bewegungen, wie Stoßbe wegungen oder Schlagbewegungen ist diese Art des Spannungs-Dehnungs-Dia- gramms eines Expanders von Interesse. Die weitere Zunahme der Rückstellkraft F im Endbereich des Expanders nimmt ab. Je nach Geometrie der Verbundstruk tur ist die Degression mehr oder weniger nicht-linear. Es gibt auch Verbundstruk turen, bei denen die elastische Verbundstruktur plötzlich zusammenbricht und da her ein regelrechter Knick oder mehrere Knicke im Spannungs-Dehnungsdia gramm zu verzeichnen sind, so dass sich Bereiche mit Elastizitätsmodulen ei, e2 und e3 bilden. In dem Diagramm in Figur 4 ist eingezeichnet, wie in einem markierten Arbeitsbereich, der sich über einen Knick des Elastizitätsmoduls ei und 82 erstreckt, die Struktur des Verbundmaterials im elastischen Element 110 zusammenbricht.

Figur 5 zeigt eine erste Struktur eines elastisches Elements 110 mit sechszähli- ger Einheitszelle E. Dabei besteht das elastische Element 110 insgesamt aus drei unterschiedlichen Materialien. Ein erstes elastisches Material ist eine Stan zung eines ersten elastisches Materials 120 zu einem geschlossenen Linienmus ter mit einer sechszähligen Einheitszelle E, wobei das geschlossene Linienmus ter als Begrenzungslinien 122 der Kacheln 121 einer Kachelung vorliegt. In die sem Beispiel besteht die Kachelung aus geometrisch identischen Kacheln 121 aus einem weiteren elastischen Material, wobei das Flächenverhältnis der min destens zwei elastischen Materialien in dem Verbund etwa gleich groß ist mit ei ner relativen Abweichung eines Materials von weniger als 10% von einer Gleich verteilung. Ein drittes Material bilden in den Kacheln 121 vorhandene Stücke ei nes dritten elastischen Materials in Form eines groben Elastomergranulats 140, dessen Granalien einen Durchmesser zwischen 1 mm und 5 mm aufweisen und eine Flächenkonzentration in den Kacheln von weniger als 20% aufweisen.

Figur 6 zeigt eine zweite Struktur eines elastisches Element mit sechszähliger Einheitszelle. Dabei besteht das elastische Element 110 insgesamt aus drei un terschiedlichen Materialien. Ein erstes elastisches Material ist eine Stanzung ei nes ersten elastisches Materials 120 zu einem geschlossenen Linienmuster mit einer sechszähligen Einheitszelle E, wobei das geschlossene Linienmuster als Begrenzungslinien 122 der Kacheln 121 einer Kachelung vorliegt. In diesem Bei spiel besteht die Kachelung aus geometrisch identischen Kacheln 121 aus einem weiteren elastischen Material, wobei das Flächenverhältnis der mindestens zwei elastischen Materialien in dem Verbund etwa gleich groß ist mit einer relativen Abweichung eines Materials von weniger als 10% von einer Gleichverteilung. Ein drittes Material bilden in den Kacheln 121 vorhandene Stücke eines dritten elasti schen Materials in Form eines groben Elastomergranulats 140, dessen Granalien einen Durchmesser zwischen 1 mm und 5 mm aufweisen und eine Flächenkon zentration in den Kacheln von weniger als 20% aufweisen.

In Figur 7.1 ist eine dritte Struktur eines elastisches Element mit vierzähligen Ein heitszelle skizziert. Dabei besteht das elastische Element 110 insgesamt aus drei unterschiedlichen Materialien. Ein erstes elastisches Material ist eine Stanzung eines ersten elastisches Materials 120 zu einem geschlossenen Linienmuster mit einer vierzähligen und rechteckigen Einheitszelle E, wobei das geschlossene Li nienmuster als Begrenzungslinien 122 der Kacheln 121 einer Kachelung vorliegt. In diesem Beispiel besteht die Kachelung aus geometrisch identischen Kacheln 121 aus einem weiteren elastischen Material, wobei das Flächenverhältnis der mindestens zwei elastischen Materialien in dem Verbund etwa gleich groß ist mit einer relativen Abweichung eines Materials von weniger als 10% von einer Gleichverteilung. Ein drittes Material bilden in den Kacheln 121 vorhandene Stü cke eines dritten elastischen Materials in Form eines groben Elastomergranulats 140, dessen Granalien einen Durchmesser zwischen 1 mm und 5 mm aufweisen und eine Flächenkonzentration in den Kacheln von weniger als 20% aufweisen.

In Figur 7.2 ist die zweite Struktur aus Fig. 7.1 in gestreckter Form dargestellt. Je nach Streckrichtung linearisiert sich die in Figur 7.1 deutlich erkennbare Zick- Zack- oder Dreiecks-Linie bei der Ausdehnung. Vor der Streckung der Dreiecksli nie wird die Rückstellkraft dominiert durch den gesamten Verbund der Materialien im elastischen Element 110. Bricht die Struktur zusammen, so wird die Rückstell kraft fast ausschließlich durch die linearisierten Dreieckslinien dominiert. Diese haben aufgrund ihrer geringen Breite einer äußeren Kraft weniger entgegenzu bieten. In der Folge nimmt das Elastitzitätsmodul mit weiterer Streckung in de gressiver Form ab. Die Rückstellkraft wird natürlich höher mit zunehmender Deh nung, jedoch mit geringerem Maße.

In Figur 8 ist ein Ausschnitt aus dem Verbundmaterial des elastischen Elements 110 mit eingebettetem Elastomergranulat 140 wiedergegeben. In dieser Darstel lung sind die Elastomerkacheln, Kacheln 121, aus der Struktur in Figur 6 gezeigt. In Figur 9 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verbundmaterial des elastischen Ele ments mit eingebetteten Gasblasen 150. Auch in dieser Darstellung sind die Elastomerkacheln, Kacheln 121, aus der Struktur in Figur 6 gezeigt.

In Figur 10 zeigt schließlich einen Ausschnitt aus dem Verbundmaterial des elas tischen Elements 110 aus Figur 6 mit eingebettetem Elastomergranulat 140 und auch mit eingebetteten Gasblasen 150.

B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E Expander 200 elastisches Band elastisches Element 300 geschlossener Ring elastisches Material Kachel e- Elastizitätsmodul Begrenzungslinie d Dehnung

E Einheitszelle elastisches Material F Kraft Elastomergranulat x Länge Gasblase Stanzung io