DD235329A1

DD235329A1 - DEVICE FOR MEASURING OPERATORS TO CONTROL LEVERS

Info

Publication number: DD235329A1
Application number: DD27406185A
Authority: DD
Inventors: Hansjoerg Weber
Original assignee: Carus Carl Gustav
Priority date: 1985-03-13
Filing date: 1985-03-13
Publication date: 1986-04-30

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. 1The invention relates to a device for measuring operating forces on hand and Fußbedienhebeln stationary and mobile devices, devices, machines and tools, stationary and mobile training and training devices for scientific and practical issues in the field of occupational medicine and ergonomics, sports medicine, orthopedics , Physiotherapy and rehabilitation and military medicine. The inventive solution of the device consists in that two separate bowl-shaped gripping elements (1, 2) are arranged in the gripping region of an operating lever (15), the cup-shaped gripping element (1) can be loosened with the load arm of a rotatably mounted strap (4) and the cup-shaped gripping element (2) is releasably connected to a fixed shell holder (3) and the power arm of the rotatably mounted bracket (4) on a transducer (6) is arranged resting. 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.Rotary axis with sliding block, a bracket, a shell holder, two cup-shaped handle elements and the crosshead with transducer in the x-, y- and z-axis slidably disposed about the x- and y-axis and rotatable by an axis, a hinge and a clamping bracket are connected to the operating lever and also has the load arm and the power arm of the bracket elements as mass balance.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt die perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. Fig. 1 shows the perspective view of the device according to the invention.

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.A cup-shaped handle member 1 is detachably connected to a bracket 4, which is movably mounted on a rotation axis 5 and transmits the force acting on the cup-shaped handle element 1 proportionally in the opposite direction to the transducer 6 by known means.

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.To ensure the mechanical contact between the bracket 4 and the transducer 6, a compression spring 8 is preferably provided. Since the bearing on the axis of rotation 5 and connected to the cup-shaped handle member 1 bracket 4 can be balanced by a favorable mass distribution about the axis of rotation 5 and a sliding mass balance element 18 even with different heavy cup-shaped handle elements instead of the cup-shaped handle element 1, the bracket 4 acts independently the inclination of the operating lever 15 to the vertical with the same, determined by the compression spring 8, low contact pressure on the transducer. The rotation axis 5, the sliding block 11 and the axle holder 7 are detachably connected to each other. Also, the axle holder 7 is connected to the sliding block 11 in a detachable connection.

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.Depending on the task for the application of the device according to the invention, the cup-shaped gripping elements 1 and 2, which are rigidly secured to the bracket 4 or by means of the shell holder 3 on the axle holder 7, against cup-shaped handle elements with smaller or larger radius or handle elements, as in industry or other areas are used as standard, or replaced with individual matched handle elements or the Fußkraft receiving elements of different shape and size, the gripping elements for the measurement must consist of two parts. On the one hand as close as possible to the diameter of the handle on the respective operating handle area and on the other hand for the purpose of measurability of the forces mechanical contact between the cup-shaped handle elements 1 and 2 or to avoid the two parts of other handle elements to be used, a measuring gap between the mutually facing edges of cup-shaped handle elements 1 and 2 provided by preferably approximately 1 mm. This condition is met by the dovetail guide 12 and the distance screws 16 present on both sides of the axle holder 7, wherein the dovetail guide 12 via the axis 17, the sliding block 11, rotation axis 5 and bracket 4, a change in the distance of the cup-shaped handle member 1 to the handle portion of the operating lever 15th and the spacer screw 16 on the mold holder 3 cause a change in the distance of the cup-shaped handle member 2 to the operating lever 15. The cup-shaped handle elements 1 and 2 can be replaced in conjunction with a longer axis of rotation 5, a longer axle holder 7 and a dimensionally adapted bracket 4 against longer cup-shaped handle elements, so that also operating forces can be measured on such levers that must be operated by both hands , Accordingly, the transducer 6 is adjusted over the guided in the crosshead 9 guide pins 10 with respect to its position to the crosshead 9 so that the axes of the force-transmitting means of the transducer 6 and the bracket 4 are brought into agreement.

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.A further possibility of adapting the device to the geometry of the given operating lever 15 results from a change in the direction of the longitudinal axis of the cup-shaped gripping elements 1 and 2 in case of deviations of the axis of the grip area at the free end of the operating lever 15 from the axis of the operating lever 15 through the pivot joint 13 around the x and y axis and also a displacement in the longitudinal direction of the axis of the operating lever 15 (z-axis) can be achieved. A displacement of the cup-shaped gripping elements 1 and 2 in the direction of the x-axis is possible through the sliding block 11 and the crosshead 9 on the axis 17 fixed to the dovetail guide 12, in the direction of the y-axis by the dovetail guide 12.

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.In order to assess the applied forces both in the direction of the operator and in the direction of the operator, a page change of acting on the strap 4 on the transducer 6 cup-shaped handle element 1 with the rigid means of the shell holder 3 on the axle holder 7 attached cup-shaped handle element 2 is necessary because upon a movement of the operating lever 15 to the operator, the forces acting on the cup-shaped handle member 2 forces are not measured and the forces acting on the cup-shaped handle member 1 forces that are transmitted solely to the transducer 6, are much lower, if due to lack of closure the force acting on the cup-shaped gripping element 2 is not generated in the same way as the opposing force on the cup-shaped gripping element 1. The cup-shaped handle elements 1 and 2 are brought to the respective opposite side by the cup-shaped handle member 2 with the dissolved from the axle holder 7 shell holders 3 turned by 180 ° and the shell mold holder 3 are screwed to the opposite side of the axle 7 and by the shell-shaped handle member 1 supporting Bracket 4 after previous solution of the axle holder 7 from the sliding block 11 and the transducer 6 is removed from the rotation axis 5 and plugged back after rotation by 180 ° on rotation axis 5, after which the axle holder 7 is again to connect with sliding block 11 and the transducer 6 by screwing , To carry out the measurement but also the crosshead 9 must be subtracted from the axis 17 with the transducer 6, rotated by 180 ° to the opposite side and plugged onto the axis 17 again.

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.Depending on whether on one side or the other of the plane of movement of the operating lever 15 sufficient space for the device is available, it can be fixed by appropriate rotation of the not yet firmly screwed on the operating lever 15 clamp 14 in the right or left position on the operating lever 5. According to the requirement of the measurement and intermediate positions in levers with a round cross-section, such. B. the operating lever 15, possible.

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 befestigtenFurthermore, the device can also be mounted in the plane of movement of the operating lever 15 on the side facing away from the operator and serve to measure the forces of closure and, above all, of forces that occur when the operating lever 15 is moved toward the operator. For this purpose, a conversion of the device is required. The crosshead 9 carrying the transducer 6 to the guide pins 10 is withdrawn from the axis 17 after prior solution of the screw connection between the transducer 6 and axle holder 7. The cup-shaped handle element 1 is released from the bracket 4. The axle holder 7 is removed from the sliding block 11, the bracket 4 is removed and the rotation axis 5 is unscrewed from the sliding block 11. Thereafter, the axle holder 7 is connected to the shell mold holders 3 and the cup-shaped handle element 2 again with the sliding block 11. The compression spring 8 is removed from the axle holder 7 and then the crosshead 9 with the attached via the guide pins 10

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.Transducer 6 is rotated by 90 ° counterclockwise and placed on the axis 17. Thereafter, a not shown in Figure 1 with a bracket, not shown in Figure 1, the tensile force receiving element, which is in operative engagement with the transducer 6, connected. The cup-shaped handle member 2 is unscrewed from the shell mold holders 3, rotated counterclockwise by 90 ° and fixed to the shell mold holders 3. Thereafter, the screwing of the likewise rotated by 90 ° counterclockwise schaienförmigen handle element 1 with a bracket, not shown in Figure 1, the force acting on a hand force, a proportional tensile force on a not shown in Figure 1, the tensile force receiving and the transducer 6 in the Effect-oriented element unfolds.

Claims

Invention claim:

1. A device for measuring operating forces on hand or Fußbedienhebeln different dimensions and shape in devices, devices, machines and hand tools, consisting of cup-shaped handle elements and a transducer characterized in that two separate cup-shaped handle elements (1, 2) in the handle portion of an operating lever (15) are arranged, the cup-shaped handle member (1) releasably connected to the load arm of a rotatably mounted bracket (4) and the cup-shaped handle member (2) releasably connected to a fixed shell holder (3) and the power arm of the rotatably mounted bracket (4) is arranged resting on a transducer (6).

2. Device according to item 1, characterized in that the cup-shaped gripping elements (1, 2) and the crosshead (9) with the transducer (6) are arranged displaceable about their respective longitudinal axis.

3. Device according to item 1 and 2, characterized in that in the composite system of the device of the axle holder (7), rotation axis (5), bracket (4), shell mold holder (3), cup-shaped gripping elements (1, 2), crosshead (9). and transducers (6) are slidable in the direction of the x, y and z axes and arranged to be rotatable about the x and y axes.

4. Device according to item 1 to 3, characterized in that elements for mass balance (18) are provided both on the load arm and on the power arm of the bracket (4).

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Field of application of the invention

The invention relates to a device for measuring operating forces on hand and Fußbedienhebeln stationary and mobile devices, devices, machinery and hand tools, stationary and mobile devices, devices, machines and tools, stationary and mobile exercise and training equipment for scientific and practical issues in the field of occupational medicine and ergonomics, sports medicine, orthopedics, rehabilitation, physiotherapy and military medicine.

Characteristic of the known technical solutions

Known is a method and apparatus for converting forces and derived therefrom, such as pressure and torque, and motion quantities, such as vibration, vibration velocity and vibration acceleration, in electrical quantities and measuring the force distribution on objects (DD-WP 121 383) and a measuring device for determining the force distribution of static and dynamic forces on the living organism (DD-WP 149 415). It is a complex of special mechano-electric transducer (DD-WP 121 383), which are glued, for example, on a constant in length and diameter handle. However, for a number of reasons (DD-WP 204 206) an exact measurement of the resulting hand forces with this method and this device is not possible. Also known is a mechanical method for determining loads by means of a designed as a handle spring balance (DE 2 060 208). Without creating conditions, this device can not be arranged on control levers. The rigid and the movable handle member, which acts on the measuring system can not be easily replaced and replaced by various standardized or customized handle elements. A force measurement is thus always possible only with a deviation from the handle axis both on the side of the operator and on the opposite side. When measuring forces in the direction opposite to the operator would, since the operating lever prevents a rectilinear gripping the measuring device in the plane of motion, the measuring device are detected bypassing the operating lever, which only in more or less strong flexion or extension in the wrist, ie in a from the normal hand position deviating position is possible. In this case, forces that differ from the given force measuring direction of the measuring system are effective, as a result of which the measurement result is significantly falsified. The mechanical measuring system also does not allow continuous measurement and recording of the force and the mechanical force and motion parameters derived therefrom. In addition, a device for measuring flexion forces of the human hand or individual fingers each exactly in the direction of action of the force in biomechanically identical conditions for hands of different sizes and at different flexion angles of the fingers of the same hand known (DD-WP 204 206). Although this device allows easy replacement of the handle members and a change in the mutual geometric position of the handle parts and the continuous measurement and registration of the force due to the use of a mechano-electrical converter, it can in the given design for measuring operating forces on equipment, devices, machines and Hand tools are not used and is only suitable under laboratory conditions for dynamometric examinations of the hand and individual fingers in connection with the detection of biomechanical parameters of the hand system.

Object of the invention

The invention aims to provide a simple largely universally applicable device for the accurate measurement of operating forces of different directions on hand and Fußbedienhebeln of devices, devices, machines and hand tools that is adaptable and lockable on levers and handsets of different dimensions and design and the substantially eliminates disadvantages associated with the known devices.

Explanation of the essence of the invention

The object of the invention is to provide a device for measuring the endurance of hand, the hand force towards the operator and in the opposite direction and the foot force, the measurement of these forces on hand and Fußbedienhebeln different dimensions and design of equipment, devices, machines and hand tools allows. According to the invention this object is achieved in that two separate cup-shaped handle elements are arranged in the handle portion of the operating lever, of which a cup-shaped handle member releasably connected to the load arm of a rotatably mounted strap and the other cup-shaped handle member with a fixed shell holder and the power arm of rotatably mounted bracket is arranged resting on a transducer. The solution according to the invention further relates to the fact that both the two cup-shaped gripping elements and a crosshead carrying the transducer are arranged displaceably about their respective longitudinal axis as well as in the composite system of the device an axle holder, a