AT4425U1

AT4425U1 - Ergometer

Info

Publication number: AT4425U1
Application number: AT0046200U
Authority: AT
Inventors: Peter Vohryzka
Original assignee: Peter Vohryzka
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2001-07-25
Also published as: WO2002000305A1; EP1294452B1; US20050107221A1; EP1294452A1; AU2001265662A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ergometer, vorzugsweise Fahrrad-Ergometer, mit einer in einem Rahmen (1) gelagerten Pedalanordnung (2) und einer einstellbaren Bremseinrichtung (5), welche gegebenenfalls an einer Schwungscheibe (4) angreift. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pedale (7, 8) der Pedalanordnung (2) unabhängig voneinander, unter Ausschluss einer Kraftübertragung von einem Pedal zum anderen, gelagert sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ergometer, vorzugsweise Fahrrad-Ergometer, mit einer in einem Rahmen gelagerten Pedalanordnung und einer einstellbaren Bremseinrichtung, welche gegebenenfalls an einer Schwungscheibe angreift.

Fahrrad-Ergometer haben in letzter Zeit ein weites Anwendungsfeld gefunden. SO werden diese neben der privaten Anwendung sowohl in der Medizin, insbes n- dere in der Sportmedizin zur Leistungsdiagnostik, als auch zur Überprüfung des Trainingsfortschrittes im Hochleistungssport verwendet. Eine weitere Einsalz- möglichkeit ergibt sich in der Rehabilitation, beispielsweise bei Unfall- ocer Schlaganfallpatienten.

So ist beispielsweise aus der DE 36 03 853 A1 ein Fahrrad-Ergometer mit einer Pedalanordnung bekannt geworden, welches eine einstellbare Bremseinrichtung und ein Anzeigeinstrument für das Bremsmoment aufweist. Im Bereich der lenk stangenartigen Haltegriffe ist ein Paneel angeordnet, welches ein Zeigerinstru- ment für das Drehmoment und die Drehzahl aufweist. Der Benutzer des Ergo- meters erhält somit einerseits Auskunft über das für die Überwindung der ein - stellten Bremskraft notwendige Drehmoment sowie über die jeweils erreichte Drehzahl. ice Weiters ist aus der DE 42 27 586 A1 ein Ergometer bekannt, welches dem A f- finden und Trainieren des optimalen Bewegungsablaufs dient. Mit dem Gerät können konstruktive und destruktive Kraftanteile, die ein Radfahrer auf die Pedale freisetzt, in Echtzeit und unter realen Trainingsbedingungen erfasst wer- den.

Dazu werden die am Pedalhebel relevanten elastischen Verformungen so ie Verformungen von Lenk- und Sattelstange durch geeignetes Anordnen von Deh- nungsmessstreifen selektiv und unabhängig voneinander erfasst. Aus den gewonnen Daten kann der vollständige Bewegungsablauf des Radfahrers ermit- telt und optimiert werden, was bedeutet, dass Kraftkomponenten, die in Vor- wärtsbewegung umgesetzt werden, maximiert und Kraftkomponenten, die nicht in Vorwärtsbewegung umgesetzt werden können, weil sie beispielsweise eine statische Gegenkraft erzeugen, minimiert werden.

Nachteiligerweise ist die Vor- richtung relativ aufwendig, da pro Pedalhebel bis zu vier mögliche elastisc e Verformung'(Biegung in Drehrichtung, Biegung senkrecht dazu, Dehnung in
Längsrichtung des Pedalhebels, Torsion um die Längstacane des Pedalhebe s) getrennt und unabhängig voneinander erfasst und ausgewertet werden müssen.

Eine weitere Klasse von Fahrrad-Ergometern dient in der medizinischen Diagnos- tik dazu, die aerob/anaerobe Schwelle eines Patienten zu bestimmen, wobei die Leistung meist stufenweise erhöht und unterschiedliche Patientendaten, wie Herzfrequenz, O2 und CO2-Gehalt der Atemluft etc. bestimmt werden. Derartige Ergometer sind beispielsweise aus der US 4,463,764 A und der US 5,782,772 A bekannt geworden.

Nachteiligerweise sind die bekannten Vorrichtungen nicht geeignet Unterschiede im Tretverhalten des linken und rechten Beines eines Probanden möglichst unbe- einflusst von Störgrössen und mit hoher Auflösung innerhalb einer Kurbelumdre- hung festzuhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einem Ergometer der eingangs erwähnten Art Verbesserungen aufzuzeigen, die es gestatten, den Drehmoment- verlauf jeder Kurbel bzw. jedes Beines separat mit hoher Auflösung innerhalb einer Kurbelumdrehung zu erfassen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die beiden Pedale der Pedalanordnung unabhängig voneinander, unter Ausschluss einer Kraftübertragung von einem
Pedal zum anderen, gelagert sind. Weiters ist für jedes Pedal eine separate
Bremseinrichtung vorgesehen, deren Bremskraft unabhängig voneinander regel- bar ist. Während bei herkömmlichen Ergometern beide Pedale auf einer durchge- henden Kurbelachse befestigt sind, kann durch die erfindungsgemässe vollstän- dige mechanische Trennung des Kraftflusses beider Pedale deren Drehmoment- verlauf in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel unabhängig voneinander erfasst und nach Aufbereitung in einer Rechnereinheit auf eine Anzeigeeinrichtung im Sicht- feld der trainierenden Person oder eines Patienten in der Rehabilitation übertra- gen werden.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass sich an der Kurbelachse jedes Pedals ein Drehmomentsensor und/oder ein Drehzahlgeber befindet, wel- cher mit einer Rechnereinheit samt Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise einem
Monitor, in Verbindung steht. Mit den Daten der Sensoren an den Kurbelachsen lässt sich auf dem Monitor eine Drehmoment bzw. Kraft-/Winkelkurve des jewei- ligen Beines darstellen. Über dieses Feedback-System kann der Fahrer direkt und willkürlich sein Drehverhalten beeinflussen, um Seitendifferenzen zu vermindern und bewusst an seiner "Beidseitigkeit" zu arbeiten.

Die Einsatzgebiete des erfindungsgemässen Ergometers liegen hauptsächlich n zwei Bereichen: - Sportmedizin/Leistungsdiagnose
Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung kann hier innerhalb kurzer zeit eine Verbesserung des biomechanischen Wirkungsgrades um ca. 25% erreicht werden. Einseitige Belastungen, die Abnützungserscheinungen zur
Folge haben, können frühzeitig diagnostiziert und therapiert werden.

- Rehabilitation
Eine erfolgreiche Anwendung des erfindungsgemässen Ergometers ist bei allen Krankheitsbildern gegeben, die eine Kraft-/Koordinationsdiffere z zweier Extremitäten zur Folge haben, z. B. Schlaganfall, Atrophien ver- schiedener Genese, Myopathien und vieles mehr. In diesem Zusammen- hang ist es auch möglich, die beiden Pedale als Handkurbeln auszubilden, um beispielsweise nach einem Schlaganfall das Zusammenspiel der Mus- keln des betroffenen Armes wieder herzustellen. In einer Ausführung als Rehabilitations-Gerät ist es auch möglich, jedem der beiden Pedale des
Ergometers einen in seiner Leistung regelbaren Hilfsmotor zuzuschalten.

Erfindungsgemäss kann jeder der beiden Hilfsmotoren eine Anti-Spasmus-Steu - rung aufweisen, welche beim Auftreten einer plötzlichen Widerstandsänderung selbsttätig aktivierbar ist. Wenn ein Patient ein Ergometer benutzt, bei welche durch einen Hilfsmotor das Pedalieren unterstützt wird, ist es von Vorteil, wenn der Motor beim Auftreten von Spasmen (plötzlich auftretender, stark überhöht
Muskeltonus) abschaltet bzw. die Drehrichtung ändert. Damit kann verhindert werden, dass die spastische Extremität durch den Hilfsmotor gewaltsam bewegt wird.

Die kraftmässige Trennung im Kurbeltrieb des Ergometers kann gemäss einer
Ausführungsvariante der Erfindung dadurch hergestellt werden, dass eines der
Pedale eine Kurbelachse mit einem rohrförmigen Fortsatz und das andere Pedal eine Kurbelachse mit einem zylindrischen Fortsatz aufweist, wobei der zylindri0 sche Fortsatz im rohrförmigen Fortsatz drehbar gelagert ist. Für Anwendungen als herkömmliches Fahrrad-Ergometer können die beiden Fortsätze zueinander fluchtende Radialbohrungen aufweisen, wobei durch Einsetzen einer Fixi r- schraube in die Radialbohrungen die Pedalanordnung in einer 180 Geometrie fixierbar ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Ergometers, Fig. 2 die Tretlagereinheit des Ergometers nach Fig. 1 in einem Axialschnitt, sowie Fig. 3 ein Diagramm des Drehmomentsverlaufs in Abhängigkeit des Kurbelwin- kels.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ergometer weist eine in einem Rahmen 1 gelagerte Pedalanordnung 2 auf, welche über einen Kettentrieb 3 auf zwei sepa- rat gelagerte Schwungscheiben 4 mit einer Bremseinrichtung 5 wirkt, deren Bremskraft unabhängig voneinander regelbar ist. Die Regelung der Bremskraft kann auf nicht weiter dargestellte Weise mechanisch oder gesteuert durch die Rechnereinheit 6 elektromechanisch, beispielsweise nach dem Prinzip einer Wir- belstrombremse erfolgen. Die beiden Pedale 7 und 8 der Pedalanordnung 2 sind unabhängig voneinander - unter Ausschluss einer Kraftübertragung vom Pedal 7 zum Pedal 8 - im Rahmen 1 gelagert. An den Kurbelachsen 7', 8' jedes Pedals 7, 8 befindet sich ein Drehmomentsensor 9, welcher mit der Rechnereinheit 6 in Verbindung steht.

Die Rechnereinheit 6 steht mit einer Anzeigeeinrichtung 10, vorzugsweise einem Monitor, in Verbindung, welcher im Gesichtsfeld des Benut- zers angeordnet ist. Die Rechnereinheit und der Monitor können auch zu einer Einheit zusammengefasst und im Bereich der lenkstangenartigen Haltegriffe des Ergometers angeordnet sein. Weiters kann an jeder Kurbelachse 7', 8' ein Dreh- zahlgeber 11 angeordnet sein. Für bestimmte Anwendungsgebiete in der Rehabi- litation, beispielsweise nach Schlaganfällen, kann jedem der beiden Pedale 7 und 8 des Ergometers ein in seiner Leistung regelbarer Hilfsmotor 12 zugeschaltet sein, wobei die Bewegung der jeweils vom Schlaganfall betroffenen Extremität durch den Hilfsmotor 12 unterstützt wird.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsvariante einer Tretlagereinheit des Ergo- meters, bei welcher eines der Pedale eine Kurbelachse 7' mit einem rohrförmigen
Fortsatz 13 und das andere Pedal eine Kurbelachse 8' mit einem zylindrischen
Fortsatz 14 aufweist, wobei der zylindrische Fortsatz 14 im rohrförmigen Fortsatz
13 drehbar gelagert ist. Die Kurbelachse 7' ist im Lagergehäuse 15 zweifach gelagert (siehe Lager 16,17), die Kurbelachse 8' ist durch das Lager 18 sowie durch das nur strichliert angedeutete Lager 18' ebenfalls zweifach gelagert, wodurch eine kompakte Bauweise realisiert wird. Zwischen den beiden Lagern 16 und 17 ist eine Distanzhülse 26 angeordnet.

Die beiden Fortsätze 13,14 weisen zueinander fluchtende Radialbohrungen 13', 14' auf, wobei durch Einsetzen einer

(nicht dargestellten) Fixierschraube in die Radialbohrungen die Pedalanordnung 2 in einer 180 Geometrie fixierbar ist.

Das Kettenblatt 19 wird auf beiden Seiten mit Hilfe einer Adapterscheibe 20 an einem Flansch 21 der Kurbelachse 7' bzw. 8' befestigt. Das Kettenschutzble h auf beiden Seiten ist mit 22 bezeichnet. Der Drehmomentsensor 9 besteht bei- spielsweise aus einem an den Kurbelachsen 7' bzw. 8' befestigten Torsionsri g 23, welcher mit einem vorzugsweise am Kettenschutzblech 22 fixierten Datena - nehmer 24 zusammenwirkt. Die vom Datenabnehmer 24 ausgehende zur Rec - nereinheit 6 führende Signalleitung ist mit 25 bezeichnet.

Fig. 3 zeigt den Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit vom Kurbelwink I, wobei beispielsweise für das linke Bein die Kurve L und für das rechte Bein die Kurve R (strichliert) gemessen wird. Die Kurve R für das rechte Bein wurde um 180 verschoben, um die beiden Maxima besser vergleichen zu können. Für den Patienten in der Rehabilitation bzw. für den Sportler im Training ist nun anzu- streben, beide Kurven möglichst gleichmässig zu gestalten. Dabei kann die Auf- zeichnung am Monitor als Feedback verwendet werden. Im dargestellten Fall sollte versucht werden, die Kurve R durch ein Ändern des Drehverhaltens der rt zu beeinflussen, das/ein Drehmomenteinbruch im Bereich der Drehmomentspi e verhindert und beispielsweise ein Ergebnis gemäss Kurve V (punktiert) erreicht t wird.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Ergometer, vorzugsweise Fahrrad-Ergometer, mit einer in einem Rahmen (1) gelagerten Pedalanordnung (2) und einer einstellbaren Bremseinrich- tung (5), welche gegebenenfalls an einer Schwungscheibe (4) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pedale (7,8) der Pedalanord- nung (2) unabhängig voneinander, unter Ausschluss einer Kraftübertragung von einem Pedal zum anderen, gelagert sind.
2. Ergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Pedal (7,8) eine separate Bremseinrichtung (5) vorgesehen ist, deren Bremskraft unabhängig voneinander regelbar ist.
3. Ergometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der Kurbelachse (7', 8') jedes Pedals (7,8) ein Drehmomentsensor (9) und/oder ein Drehzahlgeber (11) befindet, welcher mit einer Rechnereinheit (6) samt Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise einem Monitor (10), in Verbin- dung steht.
4. Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pedale (7,8) als Handkurbeln ausgebildet sind.
5. Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der beiden Pedale (7,8) ein in seiner Leistung regelbarer Hilfs- motor (12) zuschaltbar ist.
6. Ergometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Hilfsmotoren (12) eine Anti-Spasmus-Steuerung aufweist, welche beim Auftreten einer plötzlichen Widerstandsänderung selbsttätig aktivier- bar ist.
7. Ergometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Pedale (7) eine Kurbelachse (7') mit einem rohrförmigen Fortsatz (13) und das andere Pedal (8) eine Kurbelachse (8') mit einem zylindrischen Fortsatz (14) aufweist, wobei der zylindrische Fortsatz (14) im rohrförmigen Fortsatz (13) drehbar gelagert ist.
8. Ergometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Fort- sätze (13,14) zueinander fluchtende Radialbohrungen (13', 14') aufweisen, <Desc/Clms Page number 7> wobei durch Einsetzen einer Fixierschraube in die Radialbohrungen die Pedalanordnung (2) in einer 180 Geometrie fixierbar ist.
9. Ergometer nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichn t, dass der Drehmomentsensor (9) aus einem an der Kurbelachse (7', 8') befestigten Torsionsring (23) besteht, welcher mit einem vorzugsweise am Kettenschutzblech (22) fixierten Datenabnehmer (24) zusammenwirkt.