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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung für
die Physiotherapie und Rehabilitationsbehandlung von Personen mit
einem Rahmen, einem Zugseil, an dem einends ein Hängegestell
befestigbar und das anderenends festlegbar und die Länge des
Zugseiles mittels eines längenveränderbaren
Elements anpaßbar
ist.
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Bei der Physiotherapie und Rehabilitationsbehandlung
von Personen kann es erforderlich sein, die Personen ganz oder teilweise
von ihrem Eigengewicht zu befreien, um Bewegungsabläufe trainieren zu
können.
Dabei ist es wünschenswert,
daß Belastungsmaß jeweils
möglichst
genau an die individuellen Verhältnisse
einer Person anzupassen. Es ist bekannt, Personen in einem Hängegestell,
das aus Schlaufen oder einem Gürtelsystem
bestehen kann, zu befestigen und dann ein Zugseil, das einends an dem
Hängegestell
befestigt ist, um ein Umlenkelement wie beispielsweise eine Umlenkrolle
zu führen und
anderenends das Zugseil anzuziehen und festzulegen, um mittels des
Anzugsmomentes die Person ganz oder teilweise vom Eigen gewicht zu
entlasten. Üblicherweise
wird als längenveränderbares Element,
das die Anzugsbewegung ausführt,
ein Hydraulikzylinder eingesetzt, der auf das Zugseil wirkt und
durch ein Anziehen des Zugseiles einen entsprechenden Anteil des
Körpergewichtes
einer im Hängegestell
befestigten Person aufnimmt.
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Bei den aus dem Stand der Technik
bekannten Vorrichtungen hat sich als nachteilig erwiesen, daß eine Anpassung
des Hydraulikzylinders nur stoßweise
möglich
ist. Durch die stoßartige
Arbeitsweise der Hydraulikzylinder ist es schwierig, die Gewichtsbelastung
der zu trainierenden Person stufenlos an den zulässigen Maximalwert anzupassen. Üblicherweise
wird die einmal eingestellte Position des Hydraulikzylinders nicht
dynamisch nachgeführt,
damit bleibt die einmal eingestellte Gewichtsentlastung statisch
für eine
bestimmte Körperposition
bestehen. Schwierig ist dann die Anpassung der Gewichtsentlastung,
wenn die Person die zu trainierenden Bewegungen nicht konstant in
einer Höhe
ausführt,
sondern sich beim Laufen, Hüpfen
oder Kniebeugen auf- und abbewegt. Bei solchen dynamischen Bewegungsabläufen ist
es bei den bekannten Vorrichtungen nur mit ganz außergewöhnlichem
technischen Aufwand möglich,
die Gewichtsentlastung der Person auf einem konstanten Niveau zu
halten.
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Gerät
zu schaffen, in dem eine vorgegebene Gewichtsentlastung leicht einstellbar
ist und der Entlastungswert auch bei dynamischen Bewegungen der
Person auf einem annähernd
vergleichbaren Entlastungsniveau verbleibt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch
eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Der große Vorteil eines Schrumpfschlauches ist
darin zu sehen, daß dieser
bei einer dynamischen Bewegung der Person ebenfalls eine federnde
Bewegung ausführt,
durch die die Peakbelastungen der Person deutlich verringern. Ein
Schrumpfschlauch bleibt mit seinem Gaspolster und dem flexiblen
Material hochbeweglich, wenn eine Länge eingestellt ist. Der Schrumpfschlauch
kann zusätzlich
mit einem Ventil versehen sein, das bei Überschreiten eines maximalen
und/oder minimalen Schwellwertes ein Gas in den Schrumpfschlauch
einströmen
oder aus diesem herausströmen
läßt. Da das
Gas kompressibel und der Gasraum insgesamt größer als bei einem bekannten
Hydraulikzylinder ist, können
Regelvorgänge
zur Anpassung der Gewichtsentlastung auf eine besonders weiche,
die Person schonende Art und Weise erfolgen. Zudem ist der Schrumpfschlauch
als solcher außerordentlich
kostengünstig, die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist also eine verbesserte Funktion bei zumindest gleichen Herstellkosten
für die
Vorrichtung auf. Ein Schrumpfschlauch wird beispielsweise von der
Firma FESTO unter der Bezeichnung "Fluidic Muscle MAS" hergestellt und vertrieben.
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Dadurch, daß ein Gewebe oder Fasermaterial
mit dem flexiblen Material verbunden ist, das im wesentlichen nicht
längenveränderbar
ausgebildet ist, überträgt dieses
Gewebe oder Fasermaterial einen Zugimpuls in axialer Richtung auf
den Schrumpfschlauch, wenn es in einem Anstellwinkel zur Bewegungsrichtung
der Formveränderung
des flexiblen Materials mit dem flexiblen Material verbunden ist. Wenn
sich der Schrumpfschlauch also beispielsweise in Querrichtung ausdehnt
und Fasern in einem Winkel von 45° ansteigend
in Längsrichtung,
beispielsweise in Rautenform verarbeitet, mit dem flexiblen Material
verbunden sind, übertragen
diese Fasern eine Ausdehnung des Schrumpfschlauches in Querrichtung
in eine Schrumpfbewegung des Schrumpfschlauches in Längsrichtung.
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Die Gasmenge im Innenraum des Schrumpfschlauches
kann leicht mit Hilfe eines motorisch betriebenen Kompressors oder
einer manuellen Pumpe an die Bedürfnis se
angepaßt
werden. Durch die Veränderung
der Gasmenge im Schrumpfschlauch ändern sich die Druckverhältnisse
im Innenraum des Schrumpfschlauches. Die zunächst veränderten Druckverhältnisse
im Innenraum des Schrumpfschlauches gleicht das flexible Material,
aus dem der Schrumpfschlauch gefertigt ist, durch eine Änderung der
räumlichen
Ausdehnung wieder aus, bis sich ein Gleichgewicht zwischen dem Innen-
und Außendruck und
der Kraft, die für
die Aufrechterhaltung der erreichten äußeren Form des Schrumpfschlauches
erforderlich ist, eingestellt hat.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Erfindung wird nun
anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
Es zeigen:
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1:
eine Querschnittsansicht durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2:
eine schematische Ansicht der Vorrichtung aus 1 mit einer veränderten Körperhaltung der zu trainierenden
Person,
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3:
den prinzipiellen Aufbau eines Schrumpfschlauches im drucklosen
Zustand,
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4:
einen Schrumpfschlauch mit erhöhter Gasmenge
im Innenraum,
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5:
eine Prinzipskizze des Pneumatiksystems,
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6:
ein alternatives Pneumatiksystem.
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In 1 ist
der grundsätzliche
Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gut erkennbar. Ein Schrumpfschlauch 2 ist in einem Rahmen 4 angeordnet.
Der Schrumpfschlauch 2 ist einends am Rahmen 4 befestigt,
am anderen Ende des Schrumpfschlauches 2 ist ein Zugseil 6 befestigt.
Am anderen Ende des Zugseils 6 ist ein Hängegestell 8 angebracht,
in dem eine Person 10 aufgehängt ist. Die Person 10 steht
auf einem Laufband 12. Der Rahmen 4 weist Räder 14 auf.
Der Schrumpfschlauch 2 ist innen hohl und gasdicht gegen
die Umgebungsluft abgedichtet. Über
ein Sperrventil 17 kann Luft in den Schrumpfschlauch 2 hinein-
oder wieder herausgelassen werden. Das Sperrventil 17 kann
mit einem Manometer ausgestattet und in Griffhöhe am Rahmen angebracht sein,
um einem Bediener einen direkten Zugriff zu ermöglichen, während er mit der Person 10 arbeitet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Schrumpfschlauch 2 über eine Leitung 18 mit
einem Gastank 20 verbunden. Wenn die Leitung 18 zwischen
dem Schrumpfschlauch 2 und dem Gastank 20 freigeschaltet
ist, kann das Gaspolster im Innenraum des Schrumpfschlauches 2 zusätzlich den
Innenraum des Gastanks 20 zur Abfederung von Lastspitzen
nutzen.
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Auf- und Abbewegungen der Person 10 werden über das
Hängegestell 8 und
das über
die Umlenkrollen 22 geführte
Zugseil 6 auf den Schrumpfschlauch 2 übertragen.
Durch Hineinpumpen einer bestimmten Gasmenge in den Innenraum des Schrumpfschlauchs 2 ist
der Schrumpfschlauch 2 auf eine bestimmte Länge eingestellt
worden. Verändert sich
die Körperhaltung
der Person 10, so kann schon der Schrumpfschlauch 2 alleine
flexibel die aus der Bewegung der Person 10 resultierenden
Lastveränderungen
ausgleichen. Die Spreizung des Ausgleichsvermögens erhöht sich, wenn für den Lastausgleich
zusätzlich
das Volumen des Gastanks 20 nutzbar ist. Dazu muß die Leitung 18 als
Verbindungsleitung geöffnet
werden.
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Als Gastank 20 kann das
Hohlprofil des Rahmens 4 genutzt werden. Es ist jedoch
auch möglich, einen
separaten Gastank 20 in den Hohlraum des Rahmens 4 einzuschieben
oder einen Gastank 20 als separates Bauteil an der Vorrichtung
zu befe stigen. Wenn der Gastank 20 nicht als fester Formkörper, sondern
ebenfalls als flexible Gashülle
ausgeführt
ist, erhöht
sich die Flexibilität
des Systems insgesamt, da nicht nur der Schrumpfschlauch 2 und
die Gassäule im
Schrumpfschlauch 2 sowie dem Gastank 20 elastisch
auf Belastungen reagieren, sondern zusätzlich noch die Form des Gastanks 20 selbst.
So kann als Gastank 20 beispielsweise auch ein Schrumpfschlauch 2 eingesetzt
werden.
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Eine einfache und schnelle Grobeinstellung der
Länge des
Zugseils 6 ist möglich,
indem das untere Dichtungsstück 30 des
Schrumpfschlauchs 2 mittels eines Sperrbolzens 16 in
einem der Befestigungspunkte 24 festgelegt ist, die über die
Höhe des Rahmens 4 als
Querbohrungen verteilt sind, in die der Sperrbolzen 16 durch
ein im Dichtungsstück 30 befindliches
Auge durchsteckbar ist. Die Feineinstellung der Länge des
Zugseils 6 kann dann durch Veränderung des Gasvolumens innerhalb
des Schrumpfschlauches 2 erfolgen.
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An Stelle der verfahrbaren Ausgestaltung des
Rahmens 4 mittels der Räder 14 ist
es auch möglich,
den Rahmen 4 auf einem Fußboden oder an einer Wand zu
befestigen.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel
ist es vorstellbar, den Schrumpfschlauch 2 am anderen Ende
des Zugseiles 6 zu befestigen oder einen oder mehrere Schrumpfschläuche 2 vorzusehen,
die zwischen dem Hängegestell 8 und
einer rahmenseitigen Befestigung angebracht sind. Bei Verwendung
von mehreren Schrumpfschläuchen 2 können diese
jeweils durch Abschnitte von Zugseilen 6 miteinander verbunden
sein. Der Schrumpfschlauch 2 ist nicht endlos flexibel,
sondern erreicht abhängig
von seiner technischen Auslegung irgendwann seine Belastungsgrenze.
Je stärker
er sich seiner Belastungsgrenze annähert, um so geringer flexibel
kann er auf Belastungen und Schwankungen des Belastungswertes reagieren.
Des halb wird vorgeschlagen, mehrere Schrumpfschläuche 2 in Folge hintereinander oder
in Reihe zu schalten, um dadurch die Belastbarkeit zu erhöhen und
die Flexibilität
trotz großer
Lasten auf einem hohen Niveau zu halten. Ein Schrumpfschlauch 2 kann
beispielsweise um bis zu 25 % seiner Länge durch Erhöhung des
Innendrucks einschrumpfen. Für
eine passende Auslegung muß also die
Länge des
oder der Schrumpfschläuche 2,
der Durchmesser des innenliegenden Hohlraums sowie die anfallenden
Lasten passend aufeinander abgestimmt werden.
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In 2 ist
die Person 10 in einer hockenden Körperhaltung gezeigt. Durch
die Abwärtsbewegung der
Person 10 ist der Schrumpfschlauch 2, der vorher auf
die stehende Position wie in 1 gezeigt
eingestellt wurde, einer Zugbelastung ausgesetzt. Bei den herkömmlichen
Vorrichtungen wäre
ein In-die-Hocke-Gehen der Person 10 nicht möglich gewesen, ohne
das längenveränderbare
Element nachzustellen. Im Ausführungsbeispiel
kann sich die Person 10 jedoch ohne Nachjustierung abhocken,
da die erhöhte
Zugbelastung auf den Schrumpfschlauch 2 durch eine Volumenveränderung
desselben kompensierbar ist.
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Wenn der Schrumpfschlauch 2 in
seiner Länge
zunächst
auf die in 2 gezeigte
hockende Position der Person 10 eingestellt ist und sich
die Person 10 erhebt, wird der Schrumpfschlauch 2 entlastet.
Wenn bei solchen Bewegungen zusätzlich
Gas aus dem Gastank 20 in den Innenraum des Schrumpfschlauchs 2 zugefördert wird,
kann die Entlastungswirkung der Aufwärtsbewegung voll kompensiert
werden. Eine solche Kompensation kann beispielsweise durch ein voreinstellbares
Kugelsitzventil gewährleistet
werden. Aber auch ohne ein solches Kugelsitzventil erfolgt zumindest
eine teilweise Kompensation der Aufwärtsbewegung durch eine Veränderung
der räumlichen
Ausdehnung des Schrumpfschlauches 2, die sich infolge der
veränderten
Druckverhältnisse
im Innenraum des Schrumpfschlauches 2 ergibt.
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In 3 ist
die Gewebestruktur eines Schrumpfschlauches 2 gezeigt.
Die Wandung des Schrumpfschlauches 2 besteht aus einem
nicht näher
dargestellten flexiblen Material. In das flexible Material ist ein
netzartiges Gewebe bzw. Fasermaterial 26 eingearbeitet,
das im Ausführungsbeispiel kreuzweise
im Material der Wandung des Schrumpfschlauches verarbeitet ist.
Die Wandung des Schrumpfschlauches 2 umfaßt einen
hohlen Innenraum 28, der an den Stirnseiten des Schrumpfschlauches 2 durch
Dichtungstücke 30 abgedichtet
ist. Das obere Dichtungsstück 30 weist
eine Durchführung
für die
Leitung 18 auf. Das Dichtungsstück 30 ist jeweils mit
dem Zugseil 6 oder dem Rahmen 4 verbindbar. Die
Verbindung der Dichtungsstücke 30 mit
den Wandungen des Schrumpfschlauches 2 ist so ausgeführt, daß diese
Verbindungen den auftretenden Zugbelastungen standhalten und auch
den auftretenden Druckspitzen im Innenraum des Schrumpfschlauches 2 widerstehen
können.
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In 4 ist
das in 3 drucklos dargestellte
Schrumpfschlauchstück 2 in
einem Zustand gezeigt, in dem der Innenraum des Schrumpfschlauches 2 mit
einer zusätzlichen
Gasmenge aufgefüllt worden
ist. Dadurch hat die Breite des Schrumpfschlauches 2 zugenommen,
die nicht längenveränderbaren
Gewebe-/Fasermaterialien 26 haben aufgrund des Breitenwachstums
die Länge
des Schrumpfschlauches 2 verkürzt.
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In 5 ist
ein Schema für
ein Pneumatiksystem dargestellt. Das System ist insbesondere um einen
Kompressor 32 und ein 4/4-Wegeventil 34 ergänzt worden.
An das 4/4-Wegeventil ist eine Druckleitung 40 angeschlossen,
mittels derer der Schrumpfschlauch 2 mit Druckluft beaufschlagbar
ist. Um einen Überdruck
im Schrumpfschlauch 2 zu vermeiden, ist in der Druckleitung 40 ein
Druckbegrenzungsventil 36 vorgesehen, dessen Schwellwert
manuell und/oder über
eine Steuerungs-/Regelungsvorrichtung einstellbar ist. Der aktuelle
Druckwert in der Druckleitung 40 kann durch ein Manometer 38 überprüft werden.
Wird im Schrumpfschlauch
2 bzw. in der Druckleitung 40 ein
vorgewählter
Schwellwert überschritten,
bläst das
Druckbegrenzungsventil 36 die überschüssige Luft in die Umgebung
ab.
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An das 4/4-Wegeventil 34 ist
des weiteren eine Druckleitung 42 angeschlossen, über die
der Gastank 20 mit Druckluft beaufschlagbar ist. Da der Gastank 20 wiederum über die
Leitung 18 mit dem Schrumpfschlauch 2 verbunden
ist, ist in der Leitung 18 ein Sperrventil 44 vorgesehen,
durch das die Drücke
im Schrumpfschlauch 2 und dem Gastank 20 unabhängig voneinander
einstellbar sind. Ist das Sperrventil 44 geöffnet, so
kann ein sich im Schrumpfschlauch 2 einstellender zu niedriger
Druck durch Gas ausgeglichen werden, das aus dem Gastank 20 über das
Sitzventil 46 in den Schrumpfschlauch 2 einströmt. Der
Schwellwert für
ein Öffnen
des Sitzventils 46 kann ebenfalls manuell oder automatisch vorwählbar ausgestaltet
sein. Auf die Leitung 18 mit den zugehörigen Ventilen kann verzichtet
werden, wenn die Druckausgleichsfunktion über das 4/4-Wegeventil realisiert
wird, wie in 6 gezeigt.
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Das 4/4-Wegeventil 34 erlaubt
vier verschiedene Schaltstellungen. In der in 5 gezeigten Schaltstellung versorgt die
Pumpe 32 sowohl den Schrumpfschlauch 2 wie auch
den Gastank 20 mit Druckluft. In anderen Schaltstellungen
wird entweder nur der Schrumpfschlauch 2 oder nur der Gastank 20 oder
keiner der beiden Elemente mit Druckluft versorgt. Durch entsprechende
Schaltungen der im System vorgesehenen Ventile und Vorwahl entsprechender
Schwellwerte der Druckbegrenzungsventile kann das System auf einfache
Art und Weise an die jeweiligen therapeutischen Erfordernisse der
Person 10 angepaßt
werden.
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In 6 ist
ein alternatives Pneumatiksystem zu dem in 5 gezeigten dargestellt. Das 4/4-Wegeventil 34 ist
in diesem Ausführungsbeispiel anders
beschaltet als das in 5 beschriebene Ventil.
In der Stellung A wird die vom Kompressor
32 erzeugte Druckluft
nach Passieren der Druckregler-Einheit 52, in der Drücke in einem
Bereich von 0-6 bar einstellbar sind, direkt in den Schrumpfschlauch 2 geleitet,
ohne daß eine
Verbindung mit dem Gastank 20 besteht. In der Stellung
B ist der Schlauch vom Druckregler und dem Tank isoliert. Dies ist
die Stellung mit der geringsten Flexibilität. In der Stellung C sind der
Gastank 20 und der Druckregler 52 mit dem Schrumpfschlauch 2 verbunden.
Hier ergibt sich ein maximales Federvolumen inklusive der Druckregelung.
In der Stellung 4 ist der Schrumpfschlauch 2 nur
mit dem Gastank 20 verbunden, die Funktion des Druckreglers 52 ist
ausgeschaltet. Das System kann durch Öffnen des Sperrventils 44 von Überdruck
entlastet werden, die Druckluft wird dann durch den Schalldämpfer 54 abgeblasen.
Eine Überlastung
des Schrumpfschlauches 2 wird durch das Sicherheitsventil 56 vermieden,
das beispielsweise auf 6 bar einstellbar ist. Der Kompressor 32 ist
vom System mittels einer Schnellkupplung 58 mit Rückschlagventil 46 trennbar.
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Abweichend von den in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen können natürlich auch
andere geeignete Ausgestaltungen und Abwandlungen im Pneumatiksystem
eingesetzt werden, je nachdem, wie dies für den konkreten Anwendungsfall
gewünscht
ist. Je nach Ausgestaltung des Pneumatiksystems ist es möglich, durch
Zuförderung von
Gas aus dem Kompressor 32 und/oder dem Gastank 20 in
den Schrumpfschlauch 2 einen gewünschten Entlastungswert aufrechtzuerhalten.