WO1987001601A1 - Dispositif a ergometre ou d'entrainement - Google Patents

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WO1987001601A1
WO1987001601A1 PCT/AT1986/000060 AT8600060W WO8701601A1 WO 1987001601 A1 WO1987001601 A1 WO 1987001601A1 AT 8600060 W AT8600060 W AT 8600060W WO 8701601 A1 WO8701601 A1 WO 8701601A1
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WO
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gear
rocker
pressure
frame
cylinder
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PCT/AT1986/000060
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English (en)
French (fr)
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Hubert Lechner
Thomas Bochdansky
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Wintersteiger AG
Original Assignee
Wintersteiger AG
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B23/00Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
    • A63B23/035Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously
    • A63B23/0355A single apparatus used for either upper or lower limbs, i.e. with a set of support elements driven either by the upper or the lower limb or limbs
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
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    • A63B21/00Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
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    • A63B21/00069Setting or adjusting the resistance level; Compensating for a preload prior to use, e.g. changing length of resistance or adjusting a valve
    • AHUMAN NECESSITIES
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    • A63B21/008Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using hydraulic or pneumatic force-resisters
    • A63B21/0083Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using hydraulic or pneumatic force-resisters of the piston-cylinder type
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    • A63B21/002Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices isometric or isokinetic, i.e. substantial force variation without substantial muscle motion or wherein the speed of the motion is independent of the force applied by the user

Definitions

  • the invention relates to a training or ergometer device with a frame that carries a seat and on which lever or crank elements are movably mounted to accommodate extremity movements of a test subject, to which a measuring device for detecting the applied force or power is preferably assigned.
  • the energy applied is usually transmitted via transmission to a directly or indirectly braked flywheel, measurements being carried out on the basis of braking power, these measurements fluctuating over a wide range and calibration, if at all, only with extremely large tolerance ranges is possible.
  • the measurements are also influenced by the geometry of the ergometer, in particular the diminution of the crank geometry, with the known ergometers generally not being able to adjust the crank radius or thrust crank length for the purpose of adaptation to the respective test subjects is. It is therefore at least questionable whether the work area so arbitrarily defined can provide meaningful results for the drive muscles. Both the size of the work area and the work area center is namely dependent on the seat height and crank geometry, but in the known
  • the invention ergometer device of the type mentioned is characterized in that a pair or two pairs of legs and / or arms associated, independent transmission units are provided, each having a pivotally mounted on the frame or on a part connected to it and contain a rocker arm pivotably mounted thereon, which can be pivoted at a predeterminable, preferably constant angular velocity, and at the free end of which a holding or grip element is provided for the feet or hands of a test subject.
  • a predetermined movement control is therefore possible for the respective extremities, movement control being carried out in such a way that a constant angular velocity is present at the corresponding joint (eg knee joint) (isokinematic movement control).
  • the gear units can be provided on the one hand both for the legs and for the arms and on the other hand either only for the legs or only for the arms.
  • gear units form a straight guide. Studies have shown that the best measurement results can be achieved with straight movements of the feet or hands; per se, however, other movement curves, such as flat S-shaped movement curves, can also be permitted in many cases. Because the gear units are each designed in the manner of a double crank drive, simple mechanics and control are achieved.
  • each gear unit has a rack which is pivotable about the axis of a gear which is fixed on the frame, at least during ergometer operation, and meshes with this fixed gear and which is in a cylinder tube is arranged a pressure cylinder forming the handlebar and carries at least one piston tightly guided in the cylinder tube, and with which a movable gear rotatably mounted on the cylinder tube is engaged, with which the rocker is non-rotatably connected.
  • the pressure cylinder is a one-sided pressure cylinder, so that only one piston is provided, which is acted upon from one side with the pressure medium. Then it is also possible to insert a part of the rack tightly as a piston rod into a working chamber of the pressure cylinder in which the one piston is arranged, with both piston sides being pressurized so that a double-acting working cylinder is present. In order to achieve such a double-acting mode of operation with a comparatively simpler and more compact design, however, it is advantageous if the toothed rack has a piston, e.g. with a one-sided seal.
  • the sealing of the pistons in the cylinder tube is also easier to carry out, and more space is also available for the pressure medium connections on the cylinder tube, since these can be sufficiently far apart; in particular, the two pressure medium connections are provided on the two end faces of the cylinder tube.
  • the device according to the invention is then characterized in that the distance between the geometrical axes of the two gears is equal to the length of the rocker and the radius of the fixed gear is twice as large as the radius of the movable gear. at this design of the transmission device, an exactly linear path of movement of the end of the rocker is obtained.
  • strain gauges belonging to the measuring device for measuring the bending of the rocker and thus a torque applied to it are arranged on the rocker in the area near the movable gear. This torque detection is particularly advantageous if the rocker with constant
  • a flow regulator for adjusting the pressure medium quantity to and from the pressure cylinder is provided in the pressure medium circuit assigned to the pressure cylinder.
  • the tests on the present device can be carried out when the rocker arm is forced by the pressure medium, and for this case a pressure medium pump is provided in the pressure medium circuit assigned to the pressure cylinder.
  • a pressure regulator or pressure limiter is provided in the pressure medium circuit assigned to the pressure cylinder.
  • the working area that is, the The stroke of movement of the rocker with the two reversal points can be set by the pressure medium circuit, ie more precisely by reversing the pressure medium supply in the desired, freely selectable positions of the rack or the piston on the latter.
  • the two gear units assigned to the arms of a subject are mounted on spars when two pairs of gear units are provided are, which are longitudinally displaceable and pivotally mounted on the frame. With this design, the respective inclination of the upper body can also be specified and adjusted.
  • the seat on the frame is at least height-adjustable, optionally also horizontally displaceable, preferably pivotable about a horizontal axis .
  • position sensors are provided for detecting the set position of the bars and / or the seat.
  • position indicators can be assigned to the rockers, for example in order to accomplish the aforementioned switching of the pressure medium circuit. If limit switches for automatic pressure cylinder reversal are assigned to the rockers, these can be adjustably attached so that the reversal can be carried out in different positions.
  • Figure 1 is a perspective view of an ergometer device according to the invention with two pairs of independent gear units for specifying the motion control.
  • FIG. 2 shows a partially sectioned view of a preferred embodiment of such a gear unit, for example one that is assigned to one of the legs;
  • Fig. 3 in a cross-sectional view substantially along the line III-III in Figure 2, the area of the pivot bearing of the pressure cylinder of the gear unit associated with a leg gear unit in the area of the fixed gear.
  • FIG. 4 shows a schematic, partially broken side view of the ergometer device according to FIG. 1 in the region of the one spar, the adjusting cylinder associated with the spar being shown for longitudinal adjustment;
  • FIG. 5 shows a partially sectioned view of the ergometer device in the region of the pivotably arranged seat
  • Fig. 6 in a sectional view corresponding to Fig. 3, the pivot bearing of the pressure cylinder of a gear unit assigned to one of the arms in the region of the fixed gear;
  • Fig. 7 in a cross section along the line VII-VII in Fig. 2, the pivot connection between the Pressure cylinder and the movable gear wheel of a gear unit assigned to a leg, wherein the rocker arm to be connected to the foot can also be seen;
  • FIG. 8 shows a schematic view of a gear unit, for example for one of the legs, with its two end positions, one of which is illustrated with solid lines and the other with dashed lines;
  • FIG. 9 shows a hydraulic control diagram for the control of the pressure cylinders of the gear units assigned to the two legs, wherein the control for the gear units assigned to the arms can be designed completely identically; and FIGS. 10 and 11 show schematic representations of the mode of operation of the ergometer device according to the invention, the mode of operation with the gear units associated with the legs being illustrated in FIG. 10 and that with the gear units associated with the arms in FIG. 11.
  • FIG. 1 illustrates an ergometer device, generally designated 1, which has two frame feet 2, 3 which are fastened to a base plate 4.
  • Each frame foot 2 and 3 carries two fixed webs 5 and 6 (see FIG. 3), which serve to support a shaft 7, with spacers 8 and sliding bushes 9 being provided in a conventional white manner.
  • the shaft 7 is connected at both ends with sleeves 10 and 11 in a rotationally fixed manner via springs 12 and 13, the one sleeve 10 being fixed to the piston rod of one within a spar 14 (cf. also FIG. 3 also FIG 1 and Fig. 4) arranged, connected to the housing on the spar 14 working cylinder indsr ⁇ 15, furthermore a guide is provided with the help of rods 16 connected to the spar 14.
  • the spar 14 can be adjusted in its longitudinal direction relative to the shaft 7.
  • the sleeve 11 attached to the opposite end of the shaft 7 is firmly connected to a bracket 17, on the horizontal web part 18, which extends behind a seat 19 (cf. FIGS. 1 and 5), a swivel clamp 20 hinged to the frame engages.
  • the pivoting mechanism 20 is actuated, the shaft 7 is pivoted or rotated via the bracket 17, as a result of which the spar 14 is also pivoted in a vertical plane.
  • the geometric axis 7 'of the shaft 7 is fixed to the frame.
  • a cover plate 21 is provided on the outside of each spar 14, to which a plate 22 made of transparent plastic adjoins at the bottom. Furthermore, two mutually parallel armrests 23 with padding 24 can be seen from FIG. 1, on which when using the
  • Ergometer device as a pedal ergometer the arms can be supported.
  • An upper gear unit 25 which is assigned to one of the two arms of a test subject, is arranged on each of the two spars 14 of the ergometer device 1. Furthermore, a lower gear unit 26 assigned to a leg of the test subject is provided on each side of the ergometer device.
  • These gear units 25 and 26 are designed as double crank drives with isokinematic movement control for the arms or legs, as will be explained in more detail below.
  • Each gear unit 25 or 26 comprises a rocker 27 or 27 ', the rocker 27 of the lower gear unit 26 assigned to one of the legs being straight, whereas the rocker 27' of an upper gear unit 25 assigned to an arm is cranked inwards, as can be seen from Fig. 1.
  • the wings 27 of the lower gear units 26 have at their ends plates 28 with holding devices for shoes, for example in the form of conventional ski bindings 29.
  • the cranked rockers 27 'of the upper gear units 25 in turn carry handles 30 at their free ends.
  • the gear units 25, 26 are in their basic structure the same, so that a unique description is sufficient, and this basic structure will now be explained with reference to FIG. 2 in conjunction with FIGS. 3 and 6 or 7 and 8.
  • FIG. 2 presumably shows a gear unit 26 assigned to a leg.
  • This gear unit 26 (or each gear unit 26, 25) comprises a toothed rack 33 which is displaceably arranged in a cylinder tube 31 of a pressure cylinder 32 and which is arranged with a stationary one which can be seen on the right in FIG Gear or toothed segment 34 meshes.
  • This gearwheel or toothed segment 34 is attached to a plate 35 by means of bolts 36 which are only indicated schematically in the drawing.
  • the plate 35 forms part of the frame foot 2 or 3, not shown in FIG. 2.
  • the rack meshes in its other end region
  • the Movable gear 39 uses the same Laqerwangen 37, 38, which also serve to pivot the cylinder tube 31 on the shaft 7, so that there are two overall elongated bearing cheeks 37, 38, which result in high stability or strength.
  • the two bearing cheeks 37, 38 are welded along their upper longitudinal edges to the cylinder tube 31, as indicated schematically at 41 in FIG. 3, but also in FIGS. 6 and 7.
  • rocker 27 (or 27 ') is then firmly connected to the movable gear 39, for example via bolts 42.
  • This rocker 27 (or 27 ') carries at its free end a fastener 43 (Fig. 3 and 7) for the plate 28 and the handle 30 (Fig. 1).
  • the length of the rocker 27 (or 27 ') is given by the distance between the geometric axis 40' of the hollow shaft 40 of the movable gear 39 and the geometric axis 43 'of the fastening element 43.
  • this length of the rocker is equal to the distance between the geometric axis 40 'of the movable gear 39 and the geometric axis 7' of the fixed gear 34, which at the same time represents the pivot axis for the cylinder tube 31 of the pressure cylinder 32, that is to say the length of the Driver,
  • slots 44, 45 are provided in the cylinder tube 31 in the region of the two gear wheels 34, 39, cf. in addition to Fig. 2 also Figs. 3, 6 and 7. Furthermore, in the area of these slots 44 and 45 in one of the bearing cheeks, e.g. of the bearing cheek 37, viewing openings can be provided, as is illustrated at 46 in FIGS. 3 and 6.
  • the rack 33 is guided in the cylinder tube 31 with the aid of two guide rings 47, and it carries a piston 48 and 49 at both ends thereof, wherein each of these pistons 48, 49 can be acted upon by a pressure medium from the corresponding end face of the pressure cylinder 32.
  • connecting sockets 50 are fastened by means of union nuts 51 screwed onto the end of the cylinder tube 31, cf. in addition to Fig. 2 also Fig. 2a.
  • the structure of the pistons, for example the piston 49 can also be seen from FIG. 2a.
  • each piston consists of a piston body 52 which is made of brass or bronze and which is pushed onto a coaxial shaft 54 of the rack 33 with the interposition of a seal 53.
  • a disc 55 is then slid onto the shaft 54, including an annular seal 56, and this arrangement is screwed tight with the aid of a bolt 57 screwed into a threaded bore in the shaft 54 with the interposition of an annular disc 58.
  • the connection socket 50 has a threaded bore 59 in order to be able to connect a corresponding pressure medium line (see also FIG. 9).
  • roller bearings for example shoulder ball bearings 60
  • FIG. 3 lower gear unit
  • FIG. 6 upper gear unit
  • Spacer rings or sleeves 61 are pushed onto the shaft or axle 7, the bearing arrangement being completed by bearing covers 62 abutting the side cheeks 37, 38.
  • FIG. 3 the two above-mentioned webs 5, 6 which hold the shaft 7 are then provided.
  • the hollow spar 14, which is formed, for example, from two interconnected C profiles, is provided for holding the axle or shaft 7 for the fixed gear 34, as shown in FIG carries and is firmly connected to it.
  • the bearing arrangement each with a spacer ring 61, a ball bearing ring 60 and a bearing cover 62 on each side of the fixed gear 34 corresponds to that according to FIG. 3.
  • a spacer 65 is provided between the spar 14 and the adjacent bearing arrangement, ie the adjacent bearing cover 62.
  • the movable gear 39 sits within a forked end 66 of the rocker 27 (or 27 '), with spacer plates or tabs 67 being interposed on both sides and the unit consisting of rocker 27, spacer plates 67 and gear 39, is screwed together by the bolts 42 already mentioned.
  • this unit extends the hollow shaft 40, which is further accommodated on both sides outside of the bearing cheeks 37, 38 in balls 69 spaced apart by spacer sleeves 68, the bearing arrangement being terminated with the aid of bearing caps 70 screwed onto the bearing cheeks 37 and 38 respectively is provided.
  • a cross plate 71 is provided between the two bearing cheeks 37, 38, as a result of which a type of box housing 72 is obtained which ensures high strength, rigidity and stability.
  • the gear unit described so far, for example 26 is schematically illustrated in its two end positions, the upper end position, as shown in FIG. 2, being shown with full lines and the lower end position with dashed lines.
  • one of the gesture feet, for example 3 is illustrated schematically in FIG. 8 with a dash-dotted line.
  • the axis 7 'of the fixed gear 34 is qeetellfest at least in the respective operating position, and about this axis 7' the cylinder tube 31 of the pressure cylinder 32 can be pivoted within the cylinder tube 31 with displacement of the rack 33, the axis 40 'of the movable gear 39 describes an arcuate movement path 73. Simultaneously with this pivoting movement about the pivot axis 7 ', the movable gear 39 is rotated about its axis 40' due to the displacement of the rack 33 in the cylinder tube 31, so that the rocker 27 (or 27 ') has an additional pivoting movement about the axis 40' (apart from from pivoting about axis 7 ').
  • a certain movement curve for the swinging end 43 ' can be predetermined by a corresponding choice of the geometry, namely in particular the distances between the axes 7' and 40 'or 40' and 43 '(end of the rocker 27) and the radii of the toothed wheels 34, 39 become.
  • the distance between the axes 7 'and 40' of the two gear wheels 34 and 39 has been chosen to be equal to the length of the rocker 27, that is to say the distance between the axis 40 'and the axis 43', and the ratio is also Radii of the fixed or movable gearwheel 34 or 39 2: 1.
  • the axle 43 'at the end of the rocker 27 moves on a straight line 74, which through the center of the gear unit 26, which is to be regarded as a total swing arm or double crank ( respectively. 25), namely the fixed pivot axis 7 ', runs, ie it is a straight guide.
  • a flow rate regulator 75 is arranged in the pressure medium circuit for the respective pair of gear units (for example 26, for the legs), then when setting a pressure medium quantity that is constant over time, the rocker arm 27 (or 27 ') achieves a constant angular velocity, which further leads to the selected geometry that the swinging end 43' is slowed down in the region of the lower (in FIG. 9 upper) reversal point.
  • FIG. 9 is a control diagram with the pressure medium or hydraulic circuit for the pressure cylinders 32 of both gear units of a pair (for example for the legs, the design of the hydraulic circuit for the gear unit assigned to the arms being completely the same and therefore not further described is shown), a separate switch valve 76 and 77 being provided for each pressure cylinder (left leg, right leg), which is connected to the two ends of the associated pressure cylinder 32.
  • a pump 78 can be connected to the respective side of the respective pressure cylinder 32, and on the flow side, for example, the aforementioned flow controller 75 is connected to the two changeover valves 76, 77, from which the pressure medium, e.g. oil, gets into a sump 79.
  • the pressure medium e.g. oil
  • FIG. 9 also illustrates a pressure regulator or pressure limiter 80 which can be set to a certain pressure and which is for safety reasons is provided and limits the system pressure.
  • strain gauges 81 are schematically shown on the rockers 27 (cf. also FIGS. 2 and 7), which are used to record the bending of the respective rocker 27 (or 27 ') and thus to record the torque applied to this rocker by a subject serve.
  • position sensors are schematically illustrated at 82 in FIG. 9, which detect the position of the respective movable gear 39 and thus of the rocker 27.
  • the electrical signals of the position sensors 82 and the strain gauges 81 are fed to an electronic evaluation circuit, which is not shown in more detail and which, for example, values for the applied torque (and thus for the applied power) in relation to the respective position of the rocker 27 (or 27 ' ) - and thus the respective position of the foot or hand along the straight line 74 - and in relation to the angular velocity set with the aid of the flow regulator 75.
  • a control circuit can be coupled to this evaluation circuit, with the aid of which on the one hand the flow rate regulator 75 and the pressure regulator 80 can be set, as indicated schematically in FIG.
  • the changeover valves 76, 77 in which it is, for example, sol enoid valves that can be switched in the desired positions of the rocker 27 (or 27 ') and thus the foot or hand on the straight line 74 (setting of the reversal points of the rocker end 43' according to FIG. 2 or 8 on the straight line 74 and thus setting the changeover valves 76, 77, in which it is, for example, sol enoid valves that can be switched in the desired positions of the rocker 27 (or 27 ') and thus the foot or hand on the straight line 74 (setting of the reversal points of the rocker end 43' according to FIG. 2 or 8 on the straight line 74 and thus setting the
  • position sensors or limit switches can also be provided per se in the area of the rocker or else in the area of the rack.
  • the attachment and connection of such position sensors is conventional in itself and therefore not illustrated in the drawing.
  • the work area can be electronically controlled and freely selectable.
  • the pushing or pulling force can be registered in the respective clearly definable work area, and the position of the seat 19 (FIGS. 1 and 5) can also be registered for the respective measurement.
  • this seat 19 can be pivoted with the aid of a working cylinder 85, this working cylinder 85 on the one hand at 86 on the frame, e.g. one between the two frame feet 2 (Fig. 1) and 3 extending cover plate 87, and on the other hand is articulated to an angle lever 88 which carries the seat 19 and is pivotally attached to the cover plate 87 at 89.
  • a position transmitter 90 assigned to the seat 19 can be provided, for example on the working cylinder 85 or in the area of the angle lever 88.
  • the described device enables different operating modes, for example examinations in the area of muscle contraction or distraction are possible.
  • Cyclic forms of movement such as cycling, step climbing or rowing, are just as possible as acyclical forms of movement, in which, for example, the lower gear units 26 are actuated up and down in a more or less random manner with the aid of the changeover valves 76, 77, independently of one another, to simulate the conditions for a downhill ski run, for example. Due to the independence of the individual gear units 25 and 26, it is also possible to examine or to train only one leg or one arm at a time. From the schematic representation in Fig.
  • the lower gear units 26, which are assigned to the legs, represent practically a mirror image of the double crank mechanism, the axis 40 'of the movable gear wheel corresponding to the leg.
  • the fixed axis 7 ' is to be arranged in alignment with the hip joint.
  • the foot engages the rocker end 43 'of the rocker 27. This foot is moved according to the straight line 74 mentioned, this straight line 74 extending through the hip joint (axis 7 ').
  • FIG. 11 schematically illustrates an upper gear unit 25 assigned to an arm, which is arranged in such a way that the fixed axis 7 'is aligned with the shoulder joint.
  • the axis 40 'of the movable gear wheel essentially corresponds to the elbow joint, and the hand engages the free end 43' of the rocker 27 '.
  • the hand again moves on the straight line 74 mentioned, which here extends through the school t-joint.
  • the respective spar 14 (see FIGS. 1, 3 and 4) is pivoted from the approximately horizontal position shown in FIG. 1 to an approximately vertical position, the pivoting mentioned with reference to FIG. 3 for this pivoting Swivel cylinder 20 is used, for example, also associated with a position sensor 91 shown only schematically in FIG. 3.
  • the subject In the position of the arms 14 shown in FIG. 1, the subject is bent forward with his upper body, wherein he essentially moves the respective handles 30 of the upper gear units 25 up and down with his hands.
  • each spar 14 can be adjusted in the longitudinal direction relative to the frame with the aid of the working cylinder 15 (FIG. 4) in order to further adapt it to be carried out, position encoder 92 (see FIG. 4) also being provided here.

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Description

Trainings- bzw. Ergomet ervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Trainings- bzw. Ergometervorrichtung mit einem Gestell, das einen Sitz trägt und an dem zur Aufnahme von Extremitätenbewegungen eines Probanden Hebel- bzw. Kurbelelemente beweglich gelagert sind, denen vorzugsweise eine Meßeinrichtung zur Erfassung der aufgebrachten Kraft bzw. Leistung zugeordnet ist.
Es sind bereits die verschiedensten Muskeltrainings- bzw. Ergometersysteme vorgeschlagen worden, wobei jedoch praktisch bei allen diesen bekannten Ergometersystemen Messungen, um Informationen über die Leistungsf ähgikeit des jeweiligen Probanden zu erhalten, problematisch und Meßwertverg 1 eiche nur unter Vorbehalten möglich sind. So wird beispielsweise im Fall eines Kurbelbzw. Fahrrad-Ergometers das energetische Übersetzungsverhältnis durch die Fertigkeit der Bewegungsausführung, d.h. die Beherrschung des sog. "runden Trittes", beeinflußt, wobei häufig z.B. im oberen bzw. unteren Totpunkt des Kurbel triebes der Tretimpuls unökonomisch eingebracht wird. Bei derartigen Kurbel triebergometern wird weiters in der Regel die aufgebrachte Energie über eine Transmission auf ein direkt oder indirekt gebremstes Schwungrad übertragen, wobei Messungen anhand der Bremsleistung durchgeführt werden, wobei diese Messungen in weiten Bereichen schwanken und eine Kalibrierung wenn überhaupt so nur mit außerordentlich großen Toleranzbereichen möglich ist. Weiters werden die Messungen auch durch die Geometrie des Ergometers, insbesondere die Dimeπsionierung der Kurbelgeometrie, beeinflußt, wobei bei den bekannten Ergometern in der Regel eine Einstellung von Kurbelradius bzw. Schubkurbellänge zwecks Anpassung an den jeweiligen Probanden nicht möglich ist. Es ist daher zumindest fraglich, ob der so willkürlich festgelegte Arbeitsbereich für die Antriebsmuskulatur aussagekräftige Ergebnisse liefern kann. Sowohl die Größe des Arbeitsbereiches als auch die Arbeitsbereichsmitte ist nämlich von der Sitzhöhe und der Kurbel triebgeometrie abhängig, wobei aber bei den bekannten
Erqometervorrichtunqen während der Ergometerbelastung weder eine Verstellung noch eine Registrierung der Einstellung vorgesehen bzw. möglich ist. Weiters ist zu erwähnen, daß die Geschwindigkeit der Muskelkontraktion funktioneil von der Kurbelkonstruktion sowie deren Steuerung abhängt, und daß bei den bekannten Ergometern mit Schwungscheibe die Verhältnisse von Muskelkontraktionen zu -distraktionen in der Glättung über die Schwungscheibe verschwinden. Ähnliche wenig aussagekräftige Ergebnisse werden auch bei den anderen bekannten Ergometersystemen erhalten. So liefert der sich an sich durch die Einfachheit seiner Bewegungsausführung auszeichnende Stufentest ('Treppensteigen') aufgrund anthropometrischer und bewegungstechnischer Faktoren keine reproduzierbaren Meßergebnisεe. Ähnliches gilt für das schräggestellte Lauf bandergdmeter, bei dem nur die Hebearbeit für den Körper berücksichtigt wird, der für die Vorwärtsbewegung und für die mitbewegte Muskulatur erforderliche Aufwand in die Messung jedoch nicht eingeht.
In entsprechender Weise sind bei anderen bekannten Vorrichtungen der hier in Rede stehenen Art (vgl. z.B. DE-A-3 140 859, US-A-3 858 873, aber auch US-A-3 869 121, US-A-3 465 592 bzw. DE-B-1 478 056 und DE-A-1 578 544) Übungen zum Muskel training jeweils nur in sehr eingeschränkter Form möglich, wobei zum Trainieren verschiedener Muskelpartien verschiedene Vorrichtungen notwendig sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit der einerseits ein vielseitiges Muskelübungsprogramm und andererseits, falls gewünscht, die Erzielung aussagekräftiger, genauer, reproduzierbarer Meßergebnisse sowie auch eine Standardisierung bei Ergometerbelastunqen möglich sein soll. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, daß die Dynamik der isotonischen Kontraktion, die Abhängigkeit der von Muskeln aufgebrachten Kraft von der Sarkomer 1 änge und der Verkürzungsgeschwindigkeit entscheidend von der Bewegungsf ührung abhängt.
Die erfindungsqemäße Ergometervorrichtung der eingangs angführten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar oder zwei Paare von den Beinen und/oder Armen zugeordneten, voneinander unabhängigen Getriebeeinheiten vorgesehen ist bzw. sind, die je einen am Gestell oder an einem damit verbundenen Teil schwenkbar gelagerten Lenker und eine an diesem schwenkbar gelagerte Schwinge enthalten, die mit vorgebbarer, vorzugsweise konstanter Winkelgeschwindigkeit schwenkbar ist, und an deren freiem Ende ein Halterungs- oder Griffelement für die Füße bzw. Hände eines Probanden vorgesehen ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also eine vorgegebene Bewegungsführung für die jeweiligen Extremitäten möglich, wobei insbesondere eine derartige Bewegungsführung erfolgt, daß am entsprechenden Gelenk (z.B. Kniegelenk) eine konstante Winkelgeschwindigkeit vorliegt (isokinematische Bewegungsführung). Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß bei einer solchen Bewegungsf ührung eine maximale Leistungsabgabe erreicht werden kann, die weitestgehend unabhängig von derartigen Größen, wie Geschicklichkeit beim Treten etc., ist. Dadurch werden gegebenenfalls genaue, reproduzierbare Messungen mit hohem Aussagewert betreffend das Leistungsvermögen des jeweiligen Probanden ermöglicht. In der Folge wird es daher möglich, eine standardisierte Überprüfung von Organfunktionen anhand beispielsweise der folgenden Kriterien vorzunehmen:
1. ökonomiemaximum: Bestimmung des größtmöglichen Quotienten von gleichzeitig spirometriεch ermittelter Sauerstof faufnähme und der am Ergometer ermittelten Leistungsabgabe.
2. Verbrauchsminimierung: Bestimmung der kleinstmöglichen Sauerstoffaufnahme bei vorgegebener Arbeit.
3. Leistungsmaximum: Überprüfung der Belastbarkeit des Organismus durch Belastung bei größtmöglichem Widerstand bei der Bewegung.
Dabei können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Getriebeeinheiten einerseits sowohl für die Beine als auch für die Arme und andererseits entweder nur für die Beine oder nur für die Arme vorgesehen sein. In der bevorzugten Ausführungsform sind zwei Paare von solchen Getriebeeinheiten vorhanden, wobei ein Paar den Beinen und das andere Paar den Armen zugeordnet ist. Durch die gegenseitige Unabhängigkeit der Getriebeeinheiten können die Untersuchungen für jedes Bein bzw. für jeden Arm gesondert durchgeführt werden; selbstverständlich ist jedoch auch eine gemeinsame Untersuchung etwa beider Beine im Sinne eines Tretens ähnlich wie bei einem Fahrradergometer usw. möglich.
Für eine weitere Ausschaltung etwaiger unerwünschter Einflußgrößen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Getriebeeinheiten eine Geradeführung bilden. Untersuchungen haben gezeigt, daß bei geradlinigen Bewegungen der Füße bzw. Hände die besten Meßergebnisse erzielt werden können; an sich können aber auch in vielen Fällen andere Bewegungskurven, wie etwa flach S-förmige Bewegungskurven, zuqelassen werden. Dadurch, daß die Getriebeeinheiten je in der Art eines Doppelkurbeltriebes ausgebildet sind, wird eine einfache Mechanik und Steuerung erzielt. Um dabei eine einfache Vorgabe der Bewegungsführung mit Hilfe eines Druckmittels zu ermöglichen, ist es weiters vorteilhaft, wenn jede Getriebeeinheit eine um die Achse eines zumindest während des Ergometerbetriebes am Gestell feststehend vorgesehenen Zahnrades schwenkbare und mit diesem feststehenden Zahnrad kämmende Zahnstange aufweist, die in einem Zylinderrohr eines den Lenker bildenden Druckzylinders angeordnet ist und zumindest einen im Zylinderrohr dicht geführten Kolben trägt, und mit der ein bewegliches, am Zylinderrohr drehbar gelagertes Zahnrad in Eingriff steht, mit dem die Schwinge drehfest verbunden ist.
Wird bei einer derartigen Getriebeeinheit dem Druckzylinder ein Druckmittel zugeführt, so wird der Druckzylinder in der Art einer Kurbelschwinge um die Achse des feststehenden Zahnrades verschwenkt, da die Zahnstange relativ zum feststehenden Zahnrad innerhalb des Zylinderrohres verschoben wird. Gleichzeitig wird das bewegliche Zahnrad, das zusammen mit dem Zylinderrohr um die Achse des feststehenden Zahnrades geschwenkt wird, um seine eigene Achse entsprechend der Verschiebung der Zahnstange im Zylinderrohr verdreht, wodurch die drehfest mit diesem beweglichen Zahnrad verbundene Schwinge zusätzlich zur zusammen mit dem Druckzylinder ausgeführten Schwenkbewequng eine Schwenkbewegung um die Achse des beweglichen Zahnrades ausführt. Wenn dabei angenommen eine zeitlich konstante Druckmittelmenge dem Druckzylinder zugeführt wird, so wird eine konstante
Winkelgeschwindigkeit der Schwinge erzielt. Wird dann an der Schwinge vom Prαbanden eine Kraft aufgebracht, so kann dies im sog. nachgebenden oder aber im soq. überwindenden Bereich geschehen, wobei im einen Fall der Proband versucht, die Schwinge abzubremsen, und im anderen Fall, die Schwinge schneller zu bewegen.
Von Vorteil ist es bei dieser Getriebeausbildung, wenn die beiden Zahnräder zum Kämmen mit der Zahnstange durch Schlitze im Zylinderrohr in dieses hineinragen.
Theoretisch ist es denkbar, daß der Druckzylinder ein einseitig wirkender Druckzylinder ist, so daß nur ein Kolben vorgesehen ist, der von einer Seite her mit dem Druckmittel beaufschlagt wird. Sodann ist es auch möglich, einen Teil der Zahnstange als Kolbenstange dicht in einen Arbeitsraum des Druckzylinders einzuführen, in dem der eine Kolben angeordnet ist, wobei beide Kolbenseiten mit Druckmittel beaufschlagbar sind, so daß ein doppeltwirkender Arbeitszylinder vorliegt. Um eine derartige doppeltwirkende Arbeitsweise bei einer vergleichsweise einfacheren und kompakteren Bauweise zu erzielen, ist es jedoch von Vorteil, wenn die Zahnstange an jedem ihrer beiden Enden einen mit ihr fest verbundenen Kolben, z.B. mit einer einssitig wirkenden Dichtung, trägt. Bei einer solchen Ausbildung ist überdies die Abdichtung der Kolben im Zylinderrohr leichter durchführbar, und ferner steht für die Druckmittelanschlüsse am Zylinderrohr mehr Platz zur Verfügung, da diese genügend weit auseinander liegen können; insbesondere werden die beiden Druckmittelanschlüsse an den beiden Stirnseiten des Zylinderrohres vorgesehen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist sodann dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den geometrischen Achsen der beiden Zahnräder gleich der Länge der Schwinge ist und der Radius des feststehenden Zahnrades doppelt so groß wie der Radius des beweqlichen Zahnrades ist. Bei dieser Ausbildung der Getriebeeinrichtung wird eine exakt lineare Bewegungsbahn des Endes der Schwinge erhalten.
Für die Durchführung der gewünschten Messungen hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn an der Schwinge im Bereich nahe dem beweglichen Zahnrad zur Meßeinrichtung gehörende Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung der Biegung der Schwinge und damit eines auf diese aufgebrachten Drehmomentes angeordnet sind. Diese Drehmomenterfassung ist insbesondere dann von zusätzlichem Vorteil, wenn die Schwinge mit konstanter
Winkel geschwindigkeit angetrieben wird, da das Produkt von Winkelgeschwindigkeit Lind aufgebrachtem Drehmoment unmittelbar die mechanische Leistung ergibt.
Demgemäß ist es bei der erfindungsgsmäßen Vorrichtung auch von besondere Vorteil, wenn im dem Druckzylinder zugeordneten Druckmittelkreis ein Durchflußmengenregler zur Einstellung der Druckmittelmenge zum bzw. vom Druckzylinder vorgesehen ist. Mit einem solchen Durchflußmengenregler kann eine konstante Geschwindigkeit der Zahnstange relativ zum Zylinderrohr und damit eine konstante Winkelgeschwindigkeit einerseits des Zylinderrohres sowie andererseits der Schwinge eingestellt werden.
Wie bereits vorstehend erwähnt, können die Untersuchungen an der vorliegenden Vorrichtung bei einer durch das Druckmittel aufgezwungenen Bewegung der Schwinge durchgeführt werden, und für diesen Fall ist im dem Druckzylinder zugeordneten Druckmittelkreis eine Druckmittelpumpe vorgesehen.
Aus Sicherheitsgründen ist es auch günstig, wenn im dem Druckzylinder zugeordneten Druckmittelkreis ein Druckregler oder Druckbegrenzer vorgesehen ist.
Bei Vorsehen des Druckzylinders in der jeweiligen Getriebeeinheit kann der Arbeitsbereich, also der Bewegungshub der Schwinge mit den beiden Umkehrpunkten, durch den Druckmittelkreis, d.h. genauer gesagt durch die Umsteuerung der Druckmittel Zuführung in den gewünschten, frei wählbaren Positionen der Zahnstange bzw. der Kolben an dieser, eingestellt werden. Um unabhängig hievon eine zusätzliche Einstellmöglichkeit, gegebenenfalls zu einer noch besseren Anpassung der Vorrichtung an die Körpergröße des jeweiligen Probanden, zu erzielen, ist es auch von Vorteil, wenn bei Vorsehen von zwei Paaren von Getriebeeinheiten die beiden den Armen eines Probanden zugeordneten Getriebeeinheiten an Holmen gelagert sind, die am Gestell längsverschiebbar und schwenkbar gelagert sind. Dabei kann mit dieser Ausführung auch die jeweilige Neigung des Oberkörpers vorgegeben und eingestellt werden.
Aus den vorgenannten Gründen einer optimalen Einstellung der Vorrichtung ist es sodann auch vorteilhaft, wenn bei Vorsehen eines festen Lagerpunktes für die den Beinen zugeordneten Getriebeeinheiten am Gestell der Sitz am Gestell zumindest höhenverstellbar, gegebenenfalls auch horizontal verschiebbar, vorzugsweise um eine horizontale Achse schwenkbar, angebracht ist.
Im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse ist es in den zuletzt genannten Fällen schließlich auch von Vorteil, wenn Positionsgeber zur Erfassung der eingestellten Position der Holme und/oder des Sitzes vorgesehen sind. Weiters können den Schwingen Positionsgeber zugeordnet sein, z.B. um die zuvor erwähnte Umschaltung des Druckmittelkreises zu bewerkstslligen. Sofern den Schwingen Endschalter zur automatischen Druckzylinder-Umsteuerung zugeordnet sind, können diese verstellbar angebracht sein, um die Umsteuerung in verschiedenen Positionen durchführen zu können. Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Ergometervorrichtung mit zwei Paaren von unabhängigen Getriebeeinheiten zur Vorgabe der Bewegungsführung;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen Getriebeeinheit, beispielsweise einer solchen, die einem der Beine zugeordnet ist;
Fig. 2a in einem Axialschnitt in gegenüber Fig. 2 größerem Maßstab ein Ende des Druckzylinders der Getriebeeinheit sowie einen von der Zahnstange getragenen Kolben;
Fig. 3 in einer Querschnittsdarstellung im wesentlichen gemäß der Linie III-III in Fig. 2 den Bereich der Schwenklagerung des Druckzylinders der einem Bein zugeordneten Getr iebeeinheit im Bereich des feststehenden Zahnrades;
Fig. 4 eine schematische, teilweise aufgebrochene Seitenansicht der Ergometervorrichtung gemäß Fig. 1 im Bereich des einen Holmes, wobei der dem Holm zur Längsverstellung zugeordnete Verstellzylinder gezeigt ist;
Fig. 5 eine teilweise geschnittene Teilansicht der Ergometervorrichtung im Bereich des schwenkbar angeordneten Sitzes;
Fig. 6 in einer der Fig. 3 entsprechenden Schnittdarstellung die Schwenklagerung des Druckzylinders einer einem der Arme zugeordneten Getriebeeinheit im Bereich des feststehenden Zahnrades;
Fig. 7 in einem Querschnitt gemäß der Linie VII-VII in Fig. 2 die Schwenkverbindung zwischen dem Druckzylinder und dem beweglichen Zahnrad einer einem Bein zugeordneten Getriebeeinheit, wobei auch die mit dem Fuß zu verbindende Schwinge ersichtlich ist;
Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Getriebeeinheit, beispielsweise für eines der Beine, mit ihren zwei Endetellungen, von denen die eine mit voll ausgezogenen Linien und die andere mit strichlierten Linien veranschaulicht ist;
Fig. 9 ein hydraulisches Steuerschema für die Steuerung der Druckzylinder der den beiden Beinen zugeordneten Getriebeeinheiten, wobei die Steuerung für die den Armen zugeordneten Getriebeeinheiten völlig gleich ausgebildet sein kann; und die Fig. 10 und 11 schematiεche Darstellungen der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Ergometervorrichtung, wobei in Fig. 10 im einzelnen die Arbeitsweise mit den den Beinen zugeordneten Getriebeeinheiten und in Fig. 11 jene mit den den Armen zugeordneten Getriebeeinheiten veranschaulicht ist.
In Fig. 1 ist eine allgemein mit 1 bezeichnete Ergometervorrichtung veranschaulicht, die zwei Gestellfüße 2, 3 aufweist, die an einer Bodenplatte 4 befestigt sind. Jeder Gestell fuß 2 bzw. 3 trägt zwei fest mit ihm verbundene Stege 5 bzw. 6 (siehe Fig. 3), die zur Lagerung einer Welle 7 dienen, wobei in an sich herkömmlicher Weiss Distanzscheiben 8 und Gleitbuchsen 9 vorgesehen sind. Die Welle 7 ist gemäß Fig. 3 an ihren beide Enden mit Hülsen 10 bzw. 11 drehfest über Federn 12 bzw. 13 verbunden, wobei die eine Hülse 10 fest mit der Kolbenstange eines innerhalb eines Holmes 14 (vgl. außer Fig. 3 auch Fig. 1 und Fig. 4) angeordneten, mit dem Gehäuse am Holm 14 befestigten Arbeitszyl indsrε 15 verbunden ist, wobei weiters eine Führung mit Hilfe von mit dem Halm 14 verbundenen Stangen 16 vdrqesehen ist. Mit Hilfe dieses Arbeitszvlindere 15 kann der Holm 14 in seiner Längsrichtung relativ zur Welle 7 verstellt werden. Die am gegenüberliegenden Ende der Welle 7 angebrachte Hülse 11 ist fest mit einem Bügel 17 verbunden, an dessen horizontalem Stegteil 18, der sich hinter einem Sitz 19 (vgl. Fig. 1 und 5) erstreckt, ein am Gestell angelenkter Schwenkzvlinder 20 angreift. Bei Betätigung des Schwenkzvlinders 20 wird über den Bügel 17 die Welle 7 verschwenkt oder verdreht, wodurch auch der Holm 14 in einer vertikalen Ebene verεchwenkt wird. Die geometrische Achse 7' der Welle 7 ist dabei jedoch gestellfest.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 und 3 ist an jedem Holm 14 außen ein Verkleidungsblech 21 vorgesehen, an das nach unten eine Platte 22 aus transparentem Kunststoff anschließt. Weiters sind aus Fig. 1 noch zwei zueinander parallele Armstützen 23 mit einer Polsterung 24 ersichtlich, auf denen bei Verwendung der
Ergometervorrichtung als Tretergometer die Arme abgestützt werden können.
An jedem der beiden Holme 14 der Ergometervorrichtung 1 ist eine obere Getriebeeinheit 25 angeordnet, die einem der beiden Arme eines Probanden zugeordnet ist. Weiters ist an jeder Seite der Ergometervorrichtung eine einem Bein des Probanden zugeordnete untere Getriebeeinheit 26 vorgesehen. Diese Getriebeeinheiten 25 bzw. 26 sind als Doppel kurbel triebe mit isokinematischer Bewegungsführung für die Arme bzw. Beine ausgebildet, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird. Jede Getriebeeinheit 25 bzw. 26 umfaßt dabei eine Schwinge 27 bzw. 27', wobei die Schwinge 27 der unteren, einem der Beine zugeordneten Getriebeeinheit 26 gerade ist, wogegen die Schwinge 27' einer oberen, einem Arm zugeordneten Getriebeeinheit 25 nach innen gekröpft ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Schwingen 27 der unteren Getriebeeinheiten 26 tragen an ihren Enden Platten 28 mit Haltevorrichtungen für Schuhe, beispielsweise in Form von herkömmlichen Skibindungen 29. Die gekröpften Schwingen 27' der oberen Getriebeeinheiten 25 tragen ihrerseits an ihren freien Enden Handgriffe 30. Im übrigen sind die Getriebeeinheiten 25, 26 in ihrem grundsätzlichen Aufbau gleich, so daß eine einmalige Beschreibung genügt, und diessr grundsätzliche Aufbau soll nun anhand der Fig. 2 in Verbindung mit den Fig. 3 und 6 bzw. 7 sowie 8 erläutert werden.
Fig. 2 zeigt annahmeweise eine einem Bein zugeordnete Getriebeeinheit 26. Diese Getriebeeinheit 26 (bzw. jede Getriebeeinheit 26, 25) umfaßt eine in einem Zylinderrohr 31 eines Druckzylinders 32 verschiebbar angeordnete Zahnstange 33, die mit einem in Fig. 2 rechts ersichtlichen, feststehend angeordneten Zahnrad oder Zahnsegment 34 kämmt. Dieses Zahnrad oder Zahnsegment 34 ist dabei an einer Platte 35 mittels in der Zeichnung nur schematiεch angedeuteter Bolzen 36 befeεtigt. Die Platte 35 bildet dabei einen Teil des in Fig. 2 nicht näher veranschaulichten Gestellfußes 2 bzw. 3. Durch das feststehende Zahnrad 35 erstreckt sich weiters- quer die bereits erwähnte gestellfest gelagerte Welle 7, die außer zur Verschwenkung des Holmes zugleich zur Schwenk lagerung des Zylinderrohres 31 des Druckzylinders 32 über Lagerwangen 37, 38 dient, wie nachstehend noch näher anhand der Fig. 3 erläutert werden wird, so daß der Druckzylinder
32 bzw. dessen Zylinderrohr 31 einen Lenker bildet. In Fig. 2 ist nur die hintere Lagerwange 38 ersichtlich.
In ihrem anderen Endbereich kämmt die Zahnstangs
33 mit einem beweglichen Zahnrad 39, das mit Hilfe einer z.B. hohlen Welle 40 in entsprechenden Lagerwangen drehbar gelagert ist, die mit dem Zylinderrohr 31 fest verbunden sind. Im vorliegenden Beispiel werden zur Drehlagerung des beweglichen Zahnrades 39 dieselben Laqerwangen 37, 38 verwendet, die auch zur Schwenklaqerung des Zylinderrohres 31 an der Welle 7 dienen, so daß zwei insgesamt längliche Lagerwangen 37, 38 vorliegen, die eine hohe Stabilität bzw. Festigkeit ergeben. Die beiden Lagerwangen 37, 38 sind dabei längs ihrer oberen Längskanten am Zylinderrohr 31 angeschweißt, wie in Fig. 3, aber auch in Fig. 6 und 7, schematisch bei 41 angedeutet ist.
Mit dem beweglichen Zahnrad 39 ist sodann die jeweilige Schwinge 27 (bzw. 27') fest, beispielsweise über Bolzen 42, verbunden. Diese Schwinge 27 (bzw. 27') trägt an ihrem freien Ende ein Befestigungselement 43 (Fig. 3 und 7) für die Platte 28 bzw. den Griff 30 (Fig. 1). Dabei ist die Länge der Schwinge 27 (bzw. 27') durch den Abstand zwischen der geometrischen Achse 40' der Hohlwelle 40 des beweglichen Zahnrades 39 und der geometrischen Achse 43' des Befestigungselementes 43 gegeben. Diese Länge der Schwinge ist beim vorliegenden Aueführungsbeispiel gleich dem Abstand zwischen der geometrischen Achse 40' des beweglichen Zahnrades 39 und der geometrischen Achse 7' des feststshenden Zahnrades 34, dis zugleich die Schwenkachse für das Zylinderrohr 31 des Druckzylinders 32 darstellt, also gleich der Länge des Lenkers,
Damit die beiden Zahnräder 34, 39 mit der Zahnstange 33 innerhalb des Zylinderrohres 31 kämmen können, sind im Zylinderrohr 31 im Bereich der beiden Zahnräder 34, 39 Schlitze 44, 45 vorgesehen, vgl. außer Fig. 2 auch die Fig. 3, 6 und 7. Ferner können im Bereich dieser Schlitze 44 bzw. 45 in einer der Lagerwangen, z.B. der Lagerwange 37, Sichtöffnungen vorgesehen sein, wie in Fig. 3 bzw. 6 bei 46 veranschaulicht ist.
Die Zahnstange 33 ist mit Hilfe von zwei Führungsringen 47 im Zylinderrohr 31 geführt, und sie trägt an ihren beiden Enden jeweils einen Kolben 48 bzw. 49, wobei jeder dieser Kolben 48, 49 von der entsprechenden Stirnseite des Druckzylinders 32 her mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist. Dazu eind an den Stirnseiten des Zylinderrohres 31 Anschlußbuchsen 50 mit Hilfe von auf das Ende des Zylinderrohrs 31 aufgeschraubten Überwurfmuttern 51 befestigt, vgl. außer Fig. 2 auch Fig. 2a. Aus Fig. 2a ist dabei auch der Aufbau der Kolben, z.B. des Kolbens 49, ersichtlich. Im einzelnen besteht jeder Kolben aus einem Kolbenkörper 52, der aus Msssing oder Bronze hergestellt ist, und der unter Zwischenlage einer Dichtung 53 auf einen koaxialen Schaft 54 der Zahnstange 33 aufgeschoben ist. Anschließend ist auf den Schaft 54 eine Scheibe 55 unter Einschluß einer ringförmigen Dichtung 56 aufgeschoben, und diese Anordnung wird mit Hilfe eines in eine Gewindebohrung im Schaft 54 eingeschraubten Bolzens 57 unter Zwischenlage einer Ringscheibe 58 festgeschraubt. Die Anschlußbuchse 50 besitzt eine Gewindebohrung 59, um eine entsprechende Druckmittelle itung anschließen zu können (siehe auch Fig. 9).
Zur Schwenklagerung des Zylinderrohres 31 an der Welle bzw. Achse 7 des feststehenden Zahnrades 34 sind gemäß den Darstellungen in Fig. 3 (untere Getriebeeinheit) und Fig. 6 (obere Getriebeeinheit) Wälzlager, z.B. Schulter-Kugellager 60, vorgesehen, die unter Zwischenlage von Distanzringen oder -hülsen 61 auf die Welle bzw. Achse 7 aufgeschoben sind, wobei die Lageranordnung durch an den Seitenwangen 37, 38 anliegende Lagerdeckel 62 abgeschlossen ist. Gemäß Fig. 3 sind sodann die zwei erwähnten gestellfestsn Stege 5, 6 vorgesehen, die die Welle 7 halten. Bei den den Armen zugeordneten Getriebeeinheiten 25 ist im Untsrschied hierzu gemäß Fig. 6 zur Halterung der Achse bzw. Welle 7 für das feststehende Zahnrad 34 der z.B. aus zwei miteinander verbundenen C-Profilen gebildete hohle Holm 14 vorgesehen, der die einseitig auskragende Achse 7 trägt und mit ihr fest verbunden ist. Die Lageranordnung mit jeweils einem Distanzring 61, einem Kugellagerring 60 und einem Lagerdeckel 62 an jeder Seite des feststehenden Zahnrades 34 sntspricht jener gemäß Fig. 3. Sodann ist gemäß Fig. 6 am frei auskragenden Stirnende der Achse 7 eine Abschlußplatte 63 unter Zwischenlage einer Gleitscheibe 64 befestigt, insbesondere angeschraubt. Weiters ist zwischen dem Holm 14 und der benachbarten Lageranordnung, d.h. dem benachbarten Lagerdeckel 62, eine Distanzscheibe 65 vorgesehen.
Zu erwähnen ist noch, daß im Fall der oberen Getriebeeinheiten 25 die Platte 35 (vgl. Fig. 2) nicht am Gestell, sondern am Holm 14 befestigt ist, da hier das feste Zahnrad 34 zusammen mit dem Holm 14 relativ zum Gestell 2, 3 in die jeweilige Betriebsposition (mittels der Zylinder 15 bzw. 20) gebracht wird.
Gemäß Fig. 2 und 7 sitzt das bewegliche Zahnrad 39 innerhalb eines gegabelten Endes 66 der Schwinge 27 (bzw. 27'), wobei beidseits Distanzplatten oder -laschen 67 zwischengelegt sind und die Einheit, bestehend aus Schwinge 27, Distanzplatten 67 und Zahnrad 39, durch die bereite erwähnten Bolzen 42 zusammengeschraubt ist. Durch diese Einheit hindurch erstreckt sich die Hohlwelle 40, die weiters beidseits außerhalb der Lagerwangen 37, 38 in über Distanzhülsen 68 in Abstand gehaltenen Kugel lagern 69 aufgenommen ist, wobei ein Abschluß der Lageranordnung mit Hilfe von an den Lagerwangeπ 37 bzw. 38 angeschraubten Lagerdeckeln 70 vorgesehen ist.
Wie sodann aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist zwischen den beiden Lagerwangen 37, 38 eine Querplatte 71 vorgesehen, wodurch eine Art Kastengehäuse 72 erhalten wird, welches eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Stabilität sicherstellt. In Fig. 8 ist die so weit beschriebene Getriebeeinheit, z.B. 26, schematisch in ihren beiden Endstellungen veranschaulicht, wobei die obere Endstellung, entsprechend der Darstellung in Fig. 2, mit vollen Linien und die untere Endstellung mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Weiters ist in Fig. 8 schematiech mit strichpunktierter Linie einer der Gestsllfüße, z.B. 3, veranschaulicht. Die Achse 7' des feststehenden Zahnrades 34 ist zumindest in der jeweiligen Betriebspositiαn qeetellfest, und um diese Achse 7' kann das Zylinderrohr 31 des Druckzylinders 32 unter Verschiebung der Zahnstange 33 innerhalb des Zylinderrohres 31 verschwenkt werden, wobei die Achse 40' des beweglichen Zahnrades 39 eine kreisbogenf örmige Bewegungsbahn 73 beschreibt. Gleichzeitig mit dieser Schwenkbewegung um die Schwenkachse 7' wird das bewegliche Zahnrad 39 zufolge der Verschiebung der Zahnstange 33 im Zylinderrohr 31 um seine Achse 40' verdreht, so daß die Schwinge 27 (oder 27') eine zusätzliche Schwenkbewegung um die Achss 40' (abgesehen von der Verschwenkung um die Achse 7') ausführt. Dabei kann durch entsprechende Wahl der Geαmetrie, nämlich insbesondere der Abstände zwischen den Achsen 7' und 40' bzw. 40' und 43' (Ende der Schwinge 27) sowie der Radien der Zahnräder 34, 39 eine bestimmte Bewegungskurve für das Schwingenende 43' vorgegeben werden. Im vorliegenden Ausführungsbsispisl wurde der Abstand zwischen den Achsen 7' und 40' der beiden Zahnräder 34 bzw. 39 gleich der Länge der Schwinge 27, d.h. gleich dem Abstand zwiechen der Achse 40' und der Achse 43' gewählt, und überdies beträgt das Verhältnis der Radien des festen bzw. beweglichen Zahnrades 34 bzw. 39 2 : 1. In diesem Fall bewegt sich dis Achss 43' am Ende der Schwinge 27 auf einer Geraden 74, die durch das Zentrum der insgesamt als Tαtalschwinge oder Doppel kurbel trieb anzusehenden Getriebeeinheit 26 (bzw. 25), nämlich die feste Schwenkachse 7', verläuft, d.h. es lisgt eine Geradeführung vor.
Wenn dabei weiters, wie in Fig. 9 veranschaulicht ist, im Druckmittelkreis für das jeweilige Paar Getriebeeinheiten (z.B. 26, für die Beine) ein Durchflußmengenregler 75 angeordnet ist, so wird bei Einstellung einer zeitlich konstanten Druckmittelmenge für die Schwenkbewegung der Schwinge 27 (oder 27') eine konstante Winkelgeschwindigkeit erzielt, was bsi der gewählten Geometrie im weiteren dazu führt, daß das Schwingenende 43' im Bereich des gemäß Fig. 8 unteren (in Fig. 9 oberen) Umkehrpunktes verlangsamt wird.
Im übrigen ist in Fig. 9 ein Steuerschema mit dem Druckmittel- bzw. Hydraulikkreis für die Druckzylinder 32 beider Getriebeeinheiten eines Paares (z.B. für die Beine, wobei die Ausbildung des Hydraulikkreises für die den Armen zugeordneten Getriebeeinheit völlig gleich sein kann und daher nicht weiter bschrisben wird) gezeigt, wαbei für jeden Druckzylinder (linkes Bein, rechtes Bein) ein gesondertes Umschaltventil 76 bzw. 77 vorgesehen ist, das an die beiden Enden des zugehörigen Druckzylinders 32 angeschlossen ist. Mit diesen Umschaltventilen 76, 77 kann beispieleweise eine Pumpe 78 an die jeweilige Seite des jeweiligen Druckzylinders 32 angeschaltet werden, und abflußseitig ist an die beiden Umschaltventile 76, 77 beispielsweise der bereits vorstehend erwähnte Durchf lußmengenreg ler 75 angeschlossen, von dem das Druckmittel, z.B. öl, in einen Sumpf 79 gelangt. In Abwandlung hievon ist es auch möglich, den Hydraulikkreis ohne Pumpe 78 auszuführen und nur mit dem Durchflußmengenregler 75 zu versehen.
In Fig. 9 ist weiters ein Druckregler oder Druckbegrenzer 80 veranschaulicht, der auf einen bestimmten Druck einstellbar ist, und der aus Sicherheitsgründen vorgesehen ist und den Systemdruck begrenzt. Weiters sind an den Schwingen 27 schematisch Dehnmeßstreif en 81 gezeigt (vgl. auch Fig. 2 und 7), die zur Erfassung dsr Biegung der jeweiligen Schwinge 27 (bzw. 27') und damit zur Erfassung des von einem Probanden auf diese Schwinge aufgebrachtn Drehmoments dienen. Ferner sind bei 82 in Fig. 9 schematisch Positionsgeber veranschaulicht, die die Stellung des jeweiligen beweglichen Zahnrades 39 und damit der Schwinge 27 erfassen. Die elektrischen Signale der Positionsgeber 82 und der Dehnmeßstreifen 81 werden einer elektronischen Auswerteschaltung zugeführt, die nicht näher dargestellt ist und die beispielsweise Werte für das aufgebrachte Drehmoment (und damit für die aufgebrachte Leistung) in Relation zur jeweiligen Position der Schwinge 27 (bzw. 27') - und somit der jeweiligen Position des Fußes oder der Hand längs der Geraden 74 - sowie in Relation zur mit Hilfe des Durchflußmengenreglers 75 eingestellten Winkelgeschwindigkeit liefert. Mit dieser Auswerteschaltung kann eine Steuerschaltung gekoppelt sein, mit deren Hilfe einerseits der Durchflußmengenregler 75 wie auch der Druckregler 80 einstellbar ist, wie in Fig. 9 schematisch bei 83 bzw. 84 angedeutet ist, und mit der andererseits die Umschaltventile 76, 77, bei denen es sich beispielsweise um Sol enoidventi le handelt, in den gewünschten Positionen der Schwinge 27 (bzw. 27') und damit des Fußes oder der Hand auf der Geraden 74 umgeschaltst werden können (Einstellung der Umkehrpunkte des Schwingenendes 43' gemäß Fig. 2 oder 8 auf der Geraden 74 und damit Einstellung des
Arbeitsbereichs). Um die beiden Umkehrpunkte der jeweiligen Schwinge 27 bzw. 27' einzustellen, können an sich auch im Bereich der Schwinge oder aber im Bereich der Zahnstange 33 Positionsgeber oder aber Endschalter vorgesehen sein. Die Anbringung und Verschaltung derartiger Positionsgeber ist an sich herkömmlich und daher in der Zeichnung nicht näher veranschaulicht.
Auf dieee Weise kann der Arbeitsbereich elektronisch gesteuert werden und frei wählbar sein. Dabei kann im jeweiligen eindeutig definierbaren Arbeitsbereich die Schub- oder Zugkraft registriert werden, wobei für die jeweilige Messung auch die Stellung des Sitzes 19 (Fig. 1 und 5) registriert werden kann.
Gemäß Fig. 5 kann dieser Sitz 19 mit Hilfe eines Arbeitszylinders 85 verschwenkt werden, wobei dieser Arbeitszylinder 85 einerseits bei 86 am Gestell, z.B. einer sich zwischen den beiden Gestellfüßen 2 (Fig. 1) und 3 erstreckenden Abdeckplatte 87, und andererseits an einem Winkelhebel 88 angelenkt ist, der den Sitz 19 trägt und bei 89 an der Abdeckplatte 87 schwenkbar befestigt ist. Dabei kann auch hier ein dem Sitz 19 zugeordneter Positionsgeber 90, beispielsweise am Arbeitszylinder 85 oder aber im Bereich des Winkelhebels 88, vorgesehen sein.
Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht je nach Steuerungsart verschiedene Betriebsformen, wobei beispieleweise Untersuchungen im Bereich der Muskelkontraktion oder -distraktion möglich sind. So sind zyklischs Bewegungsformen, wie Radfahren, Stufensteigen oder Rudern, ebenso möglich wie azyklische Bewegungsformen, bei denen beispielsweiee die unteren Getriebeeinheiten 26 in mehr oder weniger zufälliger Weise mit Hilfe der Umschaltventile 76, 77 auf- und abgehend angesteuert werden, und zwar unabhängig voneinander, um so beispielsweise die Verhältnisse bei einem Skiabfahrtslauf zu simulieren. Zufolge der Unabhängigkeit der einzelnen Getriebeeinheiten 25 bzw. 26 ist es dabei auch möglich, jeweils nur ein Bein bzw. einen Arm zu untersuchen oder aber zu trainieren. Aus der schematischen Darstellung in Fig. 10 ist ersichtlich, daß die unteren Getriebeeinheiten 26, die den Beinen zugeordnet sind, praktisch ein spiegelbildlich zum Bein auegebiIdetee Doppelkurbelgetriebe darstellen, wobei dem Kniegelenk des Beines die Achse 40' des beweglichen Zahnrades entspricht. Die festetehende Achse 7' ist im wssentlichen fluchtend zum Hüftgelenk anzuordnen. Am Schwingenende 43' der Schwinge 27 greift der Fuß an. Dieser Fuß wird dabei gemäß der erwähnten geraden Linie 74 bewegt, wobei diese Gerade 74 in der Verlängerung durch das Hüftgelenk (Achse 7') verläuft.
In Fig. 11 ist schematisch eine obere, einem Arm zugeordnete Getriebeeinheit 25 veranschaulicht, die derart angeordnet ist, daß die feststehende Achse 7' in Fluchtung zum Schultergelenk liegt. Die Achse 40' des beweglichen Zahnrades sntspricht dabei im wesentlichen dem Ellbogengelenk, und die Hand greift am freien Ende 43' der Schwinge 27' an. Die Hand bewegt sich dabei wiederum auf der erwähnten Geraden 74, die hier in der Verlängerung durch das Schul tergelenk verläuft.
In der Betriebsweise gemäß Fig. 11 ist der jeweilige Holm 14 (siehe Fig. 1, 3 und 4) aus der in Fig. 1 dargestslIten ungefähr waagrechten Position in eine ungefähr vertikale Position verschwenkt, wobei zu dieser Verschwenkung der anhand der Fig. 3 erwähnte Schwenkzylinder 20 dient, dem beispielsweise ebenfalls ein in Fig. 3 nur schematisch gezeigter Positionsgeber 91 zugeordnet ist. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung der HαLme 14 ist der Proband mit seinem Oberkörper nach vorne gebeugt, wobei er mit seinen Händen die jeweiligen Griffe 30 der oberen Getriebeeinheiten 25 im wesentlichen auf- und abbewegt.
Weiters ist jeder Holm 14 mit Hilfe des Arbeitszylinders 15 (Fig. 4) in seiner Längsrichtung relativ zum Gestell veretellbar, um eine weitere Anpassung vorzunehmen, wobei auch hier vorzugsweise Positionsgeber 92 (s. Fig. 4) vorgesehen sind.
Zusammenfassend ergibt sich somit, daß bei der beschriebenen Ergαmetervorrichtung der
Oberkörperneigungswinkel, ferner die Position des Sitzes 19, der obere und untere Tot- bzw. Umkehrpunkt der Bewegungsstrecken jeder oberen und unteren Getriebeeinheit 25 bzw. 26, die jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten im Bereich der Achsen 7' bzw. 40' sowie ferner der Sicherheitsdruck der energetischen Druckmittel Versorgung der Hydroaktoren 32 einstellbar, d.h. vorwählbar sind. Damit ergeben sich die verschiedensten übungs- und Untersuchungsmöglichkeiten, wie vorstehend bereits angedeutet wurde, und die hier keiner weiteren Erläuterung bedürfen. Es sei nur kurz erwähnt, daß die Bein- und/oder Armbewegungen gesondert ab- und zuschaltbar sind, und daß ein Exklusiv-Betrieb: links Bein, rechtes Bein, linker Arm, rechter Arm möglich ist. Weiters ist dabsi jeweils ein überwindender oder aber ein nachgebender Betrieb möglich, wobei der Prαband einmal versucht, das Bein oder den Arm schneller als die jeweilige Getriebeeinheit zu bewegen oder aber die Getriebeeinheit abzubremsen. Die dabei aufgebrachten Kräfte können sodann - über die Erfaseung der Biegung durch die Dehnmeßstreif en 81 und die Berücksichtigung der mit dem Durchflußmengenreglr 75 eingestellten Winkelgeschwindigkeiten registrisrt werden, oder die Vorrichtung wird nur als bloßss Übungsgerät benutzt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E :
1. Trainings- bzw. Ergometervorrichtung (1) mit einem Gestell (2, 3, 4), das einen Sitz (19) trägt und an dem zur Aufnahme von Extremitätenbewegungen eines Probanden Hebelbzw. Kurbelelemente (28, 30) beweglich gelagert sind, denen vorzugsweise eine Meßeinrichtung zur Erfassung der aufgebrachten Kraft bzw. Leistung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar oder zwei Paare von den Beinen und/oder Armen zugeordneten, voneinander unabhängigen Getriebeeinheiten (25, 26) vorgesehen ist bzw. sind, die je einen am Gestell (2, 3, 4) oder an einem damit verbundenen Teil (14) schwenkbar gelagerten Lenker (32) und eine an. diessm schwenkbar gelagerte Schwinge (27, 27') enthalten, die mit vorgebbarer, vorzugsweise konstanter Winkelgeschwindigkeit schwenkbar ist, und an deren freiem Ende ein Halterungs- oder Griffelement (43; 28, 30) für die Füße bzw. Hände eines Probanden vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeeinheiten (25, 26) eine Geradeführung (74) bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Getriebeeinheit (25, 26) eine um die Achse (7') eines zumindest während des Betriebee an Gestell (2, 3, 4) feststehend vorgesehenen Zahnrades (34) schwenkbare und mit diesem feststehenden Zahnrad (34) kämmende Zahnstange (33) aufweist, die in einem Zylinderrαhr (31) eines den Lenker bildenden Druckzylinders (32) angeordnet ist und zumindest sinen im Zylinderrohr dicht geführten Kolben (48, 49) trägt, und mit der ein bewegliches, am Zylinderrohr (31) drehbar gelagertes Zahnrad (39) in Eingriff steht, mit dem die Schwinge (27, 27') drehfest verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnräder (34, 39) zum Kämmen mit der Zahnstange (33) durch Schlitze (44, 45) im Zylinderrohr (31) in dieses hineinragen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (33) an jedem ihrer beiden Enden einen mit ihr fest verbundenen Kolben (48, 49) trägt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Schwinge (27, 27') gleich dem Abstand zwischen den geometrischen Achsen (7', 40') der beiden Zahnräder (34, 39) ist und der Radius des feststehenden Zahnrades (34) doppelt so groß wie jener des beweglichen Zahnrades (39) ist.
7. Vorrichtung nach einem der Aneprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schwinge (27, 27') im Bereich nahe dem beweglichen Zahnrad (39) zur Meßeinrichtung gehörende Dehnungsmeßstreifen (81) zum Erfassen der Biegung der Schwinge (27, 27') und damit eines auf diess auf gebrachten Drehmomentes angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im dem Druckzylinder (32) zugeordneten Druckmittel kreis ein Durchf lußmengenregler (75) zur Einstellung der Druckmittelmenge zum bzw. vom Druckzylinder vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im dem Druckzylinder (32) zugeordneten Druckmittelkreis eine Druckmittelpumpe (78) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Anspüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im dem Druckzylinder (32) zugeordneten Druckmittelkreis ein Druckregler (80) oder Druckbegrenzer vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorsehen von zwei Paaren von Getriebeeinheiten (25, 26) die beiden den Armen eines Probanden zugeordneten Getriebeeinheiten (15) an Holmen (14) gelagert sind, die am Gestell (2, 3) längsverschiebbar (15, 16) und schwenkbar (17, 20) gelagert sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorsehen eines festen Lagerpunktes (7') für die den Beinen zugeordneten Getriebeeinheiten (26) mit am Gestell (2, 3) der Sitz (19) am Gestell zumindest höhenverstellbar, gegebenenfalls auch horizontal verschiebbar, vorzugsweise um eine horizontale Achse (86) schwenkbar, angebracht ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß Pαsitiαnsgeber (91, 92; 90) zur Erfassung der eingestellten Position der Holme (14) und/oder des Sitzes (19) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß den Schwingen (27, 27') Positioneqeber (82) zuqeordnet sind.
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