Regelmäßige Kraftmessungen dienen der Trainingssteuerung und der Überprüfung
des Trainingserfolgs.

Regelmäßige Kraftmessungen dienen der Trainingssteuerung und der Überprüfung
des Trainingserfolgs.Kieser Training AG, Michael Ingenweyen

Rückenschmerzen kennt jeder. Und jeder weiß: Bewegung hilft. Ein Unternehmen, das sich wie kein zweites dem präventiven und therapeutischen Krafttraining verschrieben hat, ist Kieser Training. Seit mehr als 45 Jahren steht die Marke für gezieltes Training zur Kräftigung der Muskulatur. Doch präventives Training ist nur dann effektiv, wenn seine Wirkung der Kontrolle unterliegt. Daher fordern die Trainingswissenschaften und auch Verbraucherberatungen (beispielsweise Stiftung Warentest) zur Trainingssteuerung und zur Überprüfung des Trainingserfolgs regelmäßige Kraftmessungen.

Mobile Kraftaufnehmer

In medizinischen Therapiemaschinen zum Training der Rückenmuskulatur sind diese Kraftmessungen bereits seit Jahren fest etabliert. Im selbstständigen Training war eine solche Kraftmessung allerdings bisher nicht möglich. „Anders als die fest installierte Kraftmessung an den Therapiemaschinen suchten wir für die Maschinen des selbstständigen Trainings eine möglichst mobile und preiswerte Lösung. Und wir hatten auch schon eine Idee, wie das funktionieren könnte“, erklärt Anika Stephan aus der Abteilung Forschung und Entwicklung bei Kieser Training. Für die Umsetzung waren kompetente Partner gefragt.

Die Sensortechnologie mitsamt Verstärker und Gehäuse sind für die isometrische Kraftmessung konzipiert.

Die Sensortechnologie mitsamt Verstärker und Gehäuse sind für die isometrische Kraftmessung konzipiert.Kieser Training AG, Michael Ingenweyen

Diese fand Kieser Training für die Sensorgestaltung mit dem Designbüro Process und für die eigentliche Sensortechnik mit der Sensormate AG. Das auf Entwicklung, Produktion und Verkauf insbesondere von Kraft- und Dehnungssensoren ausgerichtete Tochterunternehmen der Gefran-Gruppe entwickelte zunächst einen Scherengittersensor, verwarf diese Idee allerdings nach einem Vororttermin bei Kieser Training wieder. „Stattdessen konstruierten wir zur Messung der isometrischen Kraft den Prototyp eines neuen Federkörper-Kraftaufnehmers. Im Ergebnis entstand ein Doppel-Biegebalken-Einstecksensor mit aufgeklebtem DMS, der an den bereits vorhandenen Messverstärker gekoppelt wurde“, sagt Bruno Schlaepfer, der geschäftsführende Gesellschafter von Sensormate.

Auf einen Blick

Ideal für die Überprüfung von Trainingserfolgen sind regelmäßige Kraftmessungen. Dafür eignen sich Federkörper-Kraftaufnehmer. Durch die Krafteinwirkung auf den Sensor kommt es zu einer elastischen Verformung des Federkörpers. Auf dem Federkörper befestigte Dehnmessstreifen ändern durch die Verformung ihren elektrischen Widerstand und damit die elektrische Spannung. Die Spannungs- und damit die Dehnungsänderung registriert ein Messverstärker, der den Kraftmesswert umrechnet. So lassen sich Zug- und Druckkräfte erfassen. Federkörper-Kraftaufnehmer gibt es in Messbereichen von 0,5 N bis zu mehreren tausend kN in verschiedenen Bauformen: mit Biegebalken für hochgenaue Messungen, kompaktem S-förmigem Federkörper oder als robuster Membran-Kraftaufnehmer für hohe Kräfte.

Die Entwicklung von solchen kundenspezifischen Sensoren ist laut Sensormate die Kernkompetenz der Schweizer Unternehmens. Viele ihrer zunächst als maßgeschneiderte Modelle für einen Kunden konzipierten Sensoren entpuppen sich später in der Praxis als so geeignet, dass sie Aufnahme ins Standardproduktprogramm von Sensormate finden.

Konzentration auf das Wesentliche

Beim Bau des Prototypen des Einstecksensors galt es den Durchmesser der Gewichtsstock-Mitnehmerstange ebenso zu berücksichtigen wie Maße und Beschaffenheit der Grundplatte, gegen die der Sensor bei der Messung stößt sowie die zu erwartende Maximallast von bis zu 5000 Newton beim Krafttest.

Nach erfolgreichen Tests mit dem Prototypen wurde die Schweizer Designfirma Process mit der Gestaltung der äußeren Hülle des entwickelten Sensors beauftragt. Dabei musste das Aussehen natürlich zur Kieser-Training-Philosophie – der Konzentration auf das Wesentliche – passen und den Maßanforderungen der Sensorkomponenten entsprechen. „Wir wollten nicht dem sonst für moderne elektronische Geräte üblichen Superklein-Superdünn-Superleicht-Trend folgen. Schließlich wird der Kraftaufnehmer an einem mächtigen Gewichtsstock verwendet“, erklärt Anika Stephan. Auch weiche, fließende Übergänge und organische Formen waren tabu. Stattdessen war eine klare Formensprache gefragt.

Nach einigen Entwürfen und vielen Beratungen stand das Ergebnis fest: Der DSS-1 – so der Name des Einstecksensors – besitzt heute ein robustes Gehäuse aus kratzertoleranten roheloxiertem Aluminium mit klaren Radien und Kanten (Bild 1). In dem Gehäuse stecken sämtliche Funktionsteile sowie das klare, übersichtliche Display und die deutlich wahrnehmbaren Tasten. Die Verschraubung der Gehäuseteile erfolgt radial mit vier M3-Schrauben in Fünfeckanordnung. Die Akkusteckbuchse besetzt die fünfte Position. Der DSS-1 ist 230 mm lang und besitzt am Griffzylinder einen Durchmesser von 79,5 mm. Er läuft mit NiMh-Akkus, die sich bis zu 1000 Mal über einen Standard-Ladestecker aufladen lassen.

Kieser setzt den mobilen DSS-1 zur isometrischen Kraftmessung im selbstständigen Training ein.

Kieser setzt den mobilen DSS-1 zur isometrischen Kraftmessung im selbstständigen Training ein.Gefran

Maximaler Anwendernutzen

„Mit dem DSS-1 verfügen wir jetzt über einen Kraftsensor, der als mobile Messstation an vierzehn Übungsmaschinen mit minimalen baulichen Veränderungen (spezielle Mitnehmerstange) zum Einsatz kommt. Für unsere Kunden liegt der Nutzen des Sensors in der Motivation durch die Visualisierung des Kraftstatus und des Kraftzuwachses“, sagt Anika Stephan. Darüber hinaus profitiert der Trainierende durch die Möglichkeiten der konkreten Zielsetzung, in der Ermittlung des Trainingsbedarfs für einzelne Muskelgruppen und dem Erkennen muskulärer Ungleichgewichte etwa beim Seitenunterschied von links und rechts.

Doch nicht nur Kieser Training-Kunden profitieren von der Sensormate-Technologie. Doppel-Biegebalken-Einstecksensoren eignen sich auch für den Einsatz im allgemeinen Maschinenbau, beispielsweise für die Stößelkraftmessung an Motoren oder Stanzen.

Infokasten: Anforderungen an die Kraftmessdose

  • Batteriebetrieben oder Stromversorgung über EMG-Telemetriegerät (via Binderstecker)
  • Ausgangssignal analog, vorverstärkt ±5 V
  • Messbereich: 2 kN
  • Kabellänge: 2 bis 3 Meter
  • Zwei Ausgänge: Binderstecker (P/N 09-9764-70-04)
  • Display mit Anzeige der Kraft in Kilogramm oder Newton