DD235329A1 - Vorrichtung zur messung von bedienkraeften an bedienhebeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Bedienkraeften an Hand- und Fussbedienhebeln ortsfester und mobiler Geraete, Vorrichtungen, Maschinen und Handwerkszeuge, an ortsfesten und mobilen Uebungs- und Trainingsgeraeten fuer wissenschaftliche und praktische Fragestellungen auf dem Gebiet der Arbeitsmedizin und Ergonomie, der Sportmedizin, Orthopaedie, Physiotherapie sowie der Rehabilitation und Militaermedizin. Die erfinderische Loesung der Vorrichtung besteht darin, dass zwei voneinander getrennte schalenfoermige Griffelemente (1; 2) im Griffbereich eines Bedienhebels (15) angeordnet sind, das schalenfoermige Griffelement (1) loesbar mit dem Lastarm eines drehbar gelagerten Buegels (4) und das schalenfoermige Griffelement (2) loesbar mit einem feststehenden Formschalenhalter (3) verbunden ist und der Kraftarm des drehbar gelagerten Buegels (4) auf einem Messwandler (6) aufliegend angeordnet ist. Fig. 1

Description

Drehachse mit Kulissenstein, ein Bügel, ein Formschalenhalter, zwei schalenförmige Griffelemente sowie der Kreuzkopf mit Meßwandler in Richtung der x-, y- und z-Achse verschiebbar, um die x- und y-Achse drehbar angeordnet sowie durch eine Achse, ein Drehgelenk und eine Klemmhalterung mit dem Bedienhebel verbunden sind und außerdem der Lastarm sowie der Kraftarm des Bügels Elemente als Masseausgleich aufweist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt die perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ein schalenförmiges Griffelement 1 ist lösbar mit einem Bügel 4 verbunden, der an einer Drehachse 5 beweglich gelagert ist und die am schalenförmigen Griffelement 1 angreifende Kraft proportional in entgegengesetzter Richtung auf den Meßwandler 6 durch bekannte Mittel überträgt.

Zur Gewährleistung des mechanischen Kontaktes zwischen dem Bügel 4 und dem Meßwandler 6 ist vorzugsweise eine Druckfeder 8 vorgesehen. Da der an der Drehachse 5 gelagerte und mit dem schalenförmigen Griffelement 1 verbundene Bügel 4 durch eine günstige Masseverteilung um die Drehachse 5 und ein verschiebbares Masseausgleichselement 18 auch bei unterschiedlich schweren schalenförmigen Griffelementen anstelle des schalenförmigen Griffelementes 1 ausgewuchtet werden kann, wirkt der Bügel 4 unabhängig von der Neigung des Bedienhebels 15 zur Lotrechten mit gleicher, durch die Druckfeder 8 bestimmter, geringer Andruckkraft auf den Meßwandler. Die Drehachse 5, der Kulissenstein 11 und der Achshalter 7 sind lösbar miteinander verbunden. Auch der Achshalter 7 steht mit dem Kulissenstein 11 in einer lösbaren Verbindung.

In Abhängigkeit von der Aufgabenstellung zur Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die schalenförmigen Griffelemente 1 und 2, die am Bügel 4 bzw. mittels des Formschalenhalters 3 am Achshalter 7 starr befestigt sind, gegen schalenförmige Griffelemente mit kleinerem oder größerem Radius oder gegen Griffelemente, wie sie in der Industrie oder anderen Bereichen standardmäßig verwendet werden, oder gegen individuelle angepaßte Griffelemente oder die Fußkraft aufnehmende Elemente unterschiedlicher Form und Größe ausgetauscht werden, wobei die Griffelemente für die Messung aus zwei Teilen bestehen müssen. Um einerseits dem Durchmesser des am jeweiligen Bedienhebel vorhandenen Griffbereiches möglichst nahezukommen und andererseits zum Zweck der Meßbarkeit der Kräfte mechanischen Kontakt zwischen den schalenförmigen Griffelementen 1 und 2 bzw. den beiden Teilen anderer zu verwendender Griffelemente zu vermeiden, ist ein Meßspalt zwischen den einander zugewandten Rändern der schalenförmigen Griffelemente 1 und 2 von vorzugsweise annähernd 1 mm vorgesehen. Diese Bedingung wird durch die Schwalbenschwanzführung 12 und die auf beiden Seiten des Achshalters 7 vorhandenen Distanzschrauben 16 erfüllt, wobei die Schwalbenschwanzführung 12 über die Achse 17 den Kulissenstein 11, Drehachse 5 und Bügel 4 eine Veränderung des Abstandes des schalenförmigen Griffelementes 1 zum Griffbereich des Bedienhebels 15 und die Distanzschraube 16 über den Formschalenhalter 3 eine Veränderung des Abstandes des schalenförmigen Griffelementes 2 zum Bedienhebel 15 bewirken. Die schalenförmigen Griffelemente 1 und 2 können in Verbindung mit einer längeren Drehachse 5, einem längeren Achshalter 7 und einem maßlich angepaßten Bügel 4 gegen längere schalenförmige Griffelemente ausgewechselt werden, so daß auch Bedienkräfte an solchen Hebeln gemessen werden können, die von beiden Händen bedient werden müssen. Dementsprechend wird der Meßwandler 6 über die im Kreuzkopf 9 geführten Führungsstifte 10 hinsichtlich seiner Lage zum Kreuzkopf 9 so verstellt, daß die Achsen der kraftübertragenden Mittel des Meßwandlers 6 und des Bügels 4 in Übereinstimmung gebracht werden.

Eine weitere Anpassungsmöglichkeit der Vorrichtung an die Geometrie des gegebenen Bedienhebels 15 ergibt sich, indem bei Abweichungen der Achse des Griffbereiches am freien Ende des Bedienhebels 15 von der Achse des Bedienhebels 15 durch das Drehgelenk 13 eine Veränderung der Richtung der Längsachse der schalenförmigen Griffelemente 1 und 2 um die x- und y-Achse und außerdem eine Verschiebung in Längsrichtung der Achse des Bedienhebels 15 (z-Achse) erreicht werden kann. Eine Verschiebung der schalenförmigen Griffelemente 1 und 2 in Richtung der x-Achse wird durch den Kulissenstein 11 und den Kreuzkopf 9 auf der an der Schwalbenschwanzführung 12 fixierten Achse 17, in Richtung der y-Achse durch die Schwalbenschwanzführung 12 möglich.

Um die aufzubringenden Kräfte sowohl in Richtung vom Bediener als auch in Richtung zum Bediener beurteilen zu können, ist ein Seitenwechsel des über den Bügel 4 auf den Meßwandler 6 wirkenden schalenförmigen Griffelementes 1 mit dem starren mittels des Formschalenhalters 3 am Achshalter 7 befestigten schalenförmigen Griffelementes 2 notwendig, da bei einer Bewegung des Bedienhebels 15 zum Bediener die an dem schalenförmigen Griffelement 2 auftretenden Kräfte nicht gemessen werden und die auf das schalenförmige Griffelement 1 dabei einwirkenden Kräfte, die allein auf den Meßwandler 6 übertragen werden, wesentlich geringer sind, wenn infolge mangelnden Handschlusses eine der an dem schalenförmigen Griffelement 2 wirkenden Kraft gleich große Gegenkraft am schalenförmigen Griffelement 1 nicht erzeugt wird. Die schalenförmigen Griffelemente 1 und 2 werden auf die jeweilige Gegenseite gebracht, indem das schalenförmige Griffelement 2 mit den vom Achshalter 7 gelösten Formschalenhaltern 3 um 180° gewendet sowie die Formschalenhalter 3 an der Gegenseite des Achshalters 7 verschraubt werden und indem der das schalenförmige Griffelement 1 tragende Bügel 4 nach vorheriger Lösung des Achshalters 7 vom Kulissenstein 11 und dem Meßwandler 6 von der Drehachse 5 abgenommen und nach Drehung um 180° auf Drehachse 5 wieder aufgesteckt wird, wonach der Achshalter 7 wieder mit Kulissenstein 11 und dem Meßwandler 6 durch Verschraubung zu verbinden ist. Zur Durchführung der Messung muß aber auch der Kreuzkopf 9 mit dem Meßwandler 6 von der Achse 17 abgezogen, um 180° nach der Gegenseite gedreht und auf die Achse 17 wieder aufgesteckt werden.

Je nachdem, ob auf der einen oder anderen Seite der Bewegungsebene des Bedienhebels 15 ausreichend Raum für die Vorrichtung zur Verfügung steht, kann sie durch entsprechende Drehung der noch nicht am Bedienhebel 15 fest verschraubten Schelle 14 in rechter oder linker Stellung am Bedienhebel 5 fixiert werden. Entsprechend dem Erfordernis der Messung sind auch Zwischenstellungen bei Hebeln mit rundem Querschnitt, wie z. B. dem Bedienhebel 15, möglich.

Weiterhin kann die Vorrichtung auch in der Bewegungsebene des Bedienhebels 15 auf der dem Bediener abgewandten Seite befestigt werden und der Messung von Handschlußkräften und vor allem von Kräften dienen, die bei Bewegung des Bedienhebels 15 zum Bediener auftreten. Dazu wird ein Umbau der Vorrichtung erforderlich. Der den Meßwandler 6 an den Führungsstiften 10 tragende Kreuzkopf 9 wird von der Achse 17 nach vorheriger Lösung der Schraubenverbindung zwischen Meßwandler 6 und Achshalter 7 abgezogen. Das schalenförmige Griffelement 1 wird vom Bügel 4 gelöst. Der Achshalter 7 wird vom Kulissenstein 11 abgenommen, der Bügel 4 entfernt und die Drehachse 5 aus dem Kulissenstein 11 herausgeschraubt. Danach wird der Achshalter 7 mit den Formschalenhaltern 3 und dem schalenförmigen Griffelement 2 wieder mit dem Kulissenstein 11 verbunden. Die Druckfeder 8 wird vom Achshalter 7 abgenommen und anschließend der Kreuzkopf 9 mit dem über die Führungsstifte 10 befestigten

Meßwandler 6 um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und auf die Achse 17 aufgesetzt. Danach wird ein in Figur 1 nicht dargestellter Bügel mit einem in Figur 1 nicht dargestellten, die Zugkraft aufnehmenden Element, das mit dem Meßwandler 6 im Wirkungseingriff steht, verbunden. Das schalenförmige Griffelement 2 wird von den Formschalenhaltern 3 abgeschraubt, um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und an den Formschalenhaltern 3 befestigt. Danach erfolgt die Verschraubung des gleichfalls um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn gedrehten schaienförmigen Griffelementes 1 mit einem in Figur 1 nicht dargestellten Bügel, der bei Einwirkung einer Handkraft eine proportionale Zugkraft an einem in Figur 1 nicht dargestellten, die Zugkraft aufnehmenden und mit dem Meßwandler 6 im Wirkungseingriff stehenden Element entfaltet.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Vorrichtung zur Messung von Bedienkräften an Hand- oder Fußbedienhebeln unterschiedlicher Abmessungen und Gestalt bei Geräten, Vorrichtungen, Maschinen und Handwerkzeugen, bestehend aus schalenförmigen Griffelementen und einem Meßwandler gekennzeichnet dadurch, daß zwei voneinander getrennte schalenförmige Griffelemente (1; 2) im Griffbereich eines Bedienhebels (15) angeordnet sind, das schalenförmige Griffelement (1) lösbar mit dem Lastarm eines drehbar gelagerten Bügels (4) und das schalenförmige Griffelement (2) lösbar mit einem feststehenden Formschalenhalter (3) verbunden ist und der Kraftarm des drehbar gelagerten Bügels (4) auf einem Meßwandler (6) aufliegend angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die schalenförmigen Griffelemente (1; 2) und der Kreuzkopf (9) mit dem Meßwandler (6) um ihre jeweilige Längsachse versetzbar angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Verbundsystem der Vorrichtung der Achshalter (7), Drehachse (5), Bügel (4), Formschalenhalter (3), schalenförmige Griffelemente (1; 2), Kreuzkopf (9) und Meßwandler (6) in Richtung der x-, y- und z-Achse verschiebbar und um die x- und y-Achse drehbar angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl am Lastarm als auch am Kraftarm des Bügels (4) Elemente zum Massenausgleich (18) vorgesehen sind.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Bedienkräften an Hand- und Fußbedienhebeln ortsfester und mobiler Geräte, Vorrichtungen, Maschinen und Handwerkszeuge, an ortsfesten und mobiler Geräte, Vorrichtungen, Maschinen und Handwerkszeuge, an ortsfesten und mobilen Übungs- und Trainingsgeräten für wissenschaftliche und praktische Fragestellungen auf dem Gebiet der Arbeitsmedizin und Ergonomie, Sportmedizin, Orthopädie, der Rehabilitation, Physiotherapie und Militärmedizin.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Bekannt ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Umwandeln von Kräften und daraus abgeleiteten Größen, wie Druck- und Drehmoment, und Bewegungsgrößen, wie Schwingung, Schwinggeschwindigkeit und Schwingbeschleunigung, in elektrische Größen und zum Messen der Kraftverteilung auf Objekten (DD-WP 121 383) sowie eine Meßanordnung zur Ermittlung der Kraftverteilung von statischen und dynamischen Kräften am lebenden Organismus (DD-WP 149 415). Dabei handelt es sich um einen Komplex spezieller mechanoelektrischer Wandler (DD-WP 121 383), die beispielsweise auf einen in Länge und Durchmesser konstanten Handgriff geklebt werden. Jedoch ist aus einer Reihe von Gründen (DD-WP 204 206) eine exakte Messung der resultierenden Handkräfte mit diesem Verfahren und dieser Einrichtung nicht möglich. Bekannt ist ferner ein mechanisches Verfahren zum Bestimmen von Lasten mittels einer als Handgriff ausgebildeten Federwaage (DE 2 060 208). Ohne Schaffung von Voraussetzungen kann diese Einrichtung nicht an Bedienhebeln angeordnet werden. Das starre und das bewegliche Griffelement, das auf das Meßsystem wirkt, können nicht problemlos ausgetauscht und durch verschiedene standardisierte oder individuell angepaßte Griffelemente ersetzt werden. Eine Kraftmessung ist damit stets nur mit einer Abweichung von der Griffachse sowohl auf der Seite des Bedieners als auch auf der entgegengesetzten Seite möglich. Bei Messung von Kräften in der dem Bediener entgegengesetzten Richtung müßte, da der Bedienhebel ein geradliniges Ergreifen der Meßvorrichtung in der Bewegungsebene verhindert, die Meßvorrichtung unter Umgehung des Bedienhebels erfaßt werden, was nur bei mehr oder weniger starker Beugung oder Streckung im Handgelenk, also in einer von der normalen Handhaltung abweichenden Position möglich ist. Dabei werden Kräfte wirksam, die von der vorgegebenen Kraftmeßrichtung des Meßsystems abweichen, wodurch das Meßergebnis erheblich verfälscht wird. Das mechanische Meßsystem erlaubt auch keine kontinuierliche Messung und Aufzeichnung der Kraft und der daraus ableitbaren mechanischen Kraft- und Bewegungsparameter. Außerdem ist eine Vorrichtung zur Messung von Beugekräften der menschlichen Hand oder einzelner Finger jeweils genau in Wirkungsrichtung der Kraft bei biomechanisch gleichen Bedingungen für Hände unterschiedlicher Größe und bei verschiedenen Beugewinkeln der Finger ein und derselben Hand bekannt (DD-WP 204 206). Obwohl diese Vorrichtung ein problemloses Auswechseln der Griffelemente und eine Veränderung der gegenseitigen geometrischen Lage der Griffteile sowie die kontinuieriche Messung und Registrierung der Kraft infolge der Verwendung eines mechanoelektrischen Wandlers ermögicht, kann sie in der gegebenen Ausführung zur Messung von Bedienkräften an Geräten, Vorrichtungen, Maschinen und Handwerkszeugen nicht verwendet werden und ist nur unter Laborbedingungen für dynamometrische Untersuchungen der Hand und einzelner Finger in Verbindung mit der Erfassung biomechanischer Parameter des Handsystems geeignet.

   Ziel der Erfindung

   Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine einfache weitgehend universell einsetzbare Vorrichtung zum exakten Messen von Bedienkräften unterschiedlicher Richtung an Hand- und Fußbedienhebeln bei Geräten, Vorrichtungen, Maschinen und Handwerkzeugen zu schaffen, die an Hebel und Handgeräte unterschiedlicher Abmessungen und Gestaltung anpaßbar und feststellbar ist und die mit den bekannten Vorrichtungen verbundenen Nachteile im wesentlichen beseitigt.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Messung der Handschlußkraft, der Handkraft in Richtung zum Bediener und in entgegengesetzter Richtung sowie der Fußkraft vorzustellen, die die Messung dieser Kräfte an Hand- und Fußbedienhebeln unterschiedlicher Abmessungen und Gestaltung bei Geräten, Vorrichtungen, Maschinen und Handwerkszeugen ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei voneinander getrennte schalenförmige Griffelemente im Griffbereich des Bedienhebels angeordnet sind, von denen das eine schalenförmige Griffelement lösbar mit dem Lastarm eines drehbar gelagerten Bügels und das andere schalenförmige Griffelement mit einem feststehenden Formschalenhalter lösbar verbunden ist und der Kraftarm des drehbar gelagerten Bügels auf einem Meßwandler aufliegend angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich weiterhin darauf, daß sowohl die beiden schalenförmigen Griffelemente und ein den Meßwandler tragender Kreuzkopf um ihre jeweilige Längsachse versetzbar angeordnet sind als auch im Verbundsystem der Vorrichtung ein Achshalter, eine