DE3526144A1 - Trainingsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät mit einem gegen ein Reaktionsmoment verschwenkbaren Hebel.

Nach Krankheiten oder Verletzungen kann es erforderlich sein, geschwächte Muskelgruppen und/oder Gelenke in schonender Weise gegen veränderliche Widerstände zur Kräftigung und Wiederge­ winnung der Beweglichkeit zu bewegen.

Bekannte heilgymnastische Trainingsgeräte der eingangs angege­ benen Art weisen den Nachteil auf, daß der Hebel gegen eine Feder- oder Reibungskraft verschwenkbar ist. Ist der Hebel von einer Feder belastet, wirkt auf das den Hebel verschwenkende Glied oder Körperteil nach dem Ausschwenken des Hebels auch dann ein Rückstellmoment, wenn diese nicht bewegt werden. Wird das Reaktionsmoment des verschwenkbaren Hebels durch eine Reibungs­ kraft aufgebracht, ist bei einem Verschwenken aus der Ruhelage oder bei einer Unterbrechung der Schwenkbewegung jedesmal ein erhöhter Haftreibungswiderstand zu überwinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Trainingsgerät der eingangs angegebenen Art zu schaffen, dessen Hebel sich ohne erhöhten Haftreibungswiderstand bei einer Bewegung aus der Ruhelage und ohne auch bei einer Bewegungsunterbrechung wirkendes Gegenmoment gegen einen Widerstand bewegen läßt, der mit der Winkelgeschwin­ digkeit der Schwenkbewegung zunimmt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schwenkwelle des Hebels mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders durch ein Getriebe verbunden ist, das die hin- und hergehende translatorische Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umwan­ delt, und daß die beiden durch die beiden Kolbenseiten abgeteil­ ten und mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllten Zylinderkammern durch einen Kanal, in dem eine Drosseleinrichtung angeordnet ist, miteinander verbunden sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät wird das Reaktionsmo­ ment bei einem Verschwenken des Hebels dadurch erzeugt, daß die hydraulische Flüssigkeit durch den Kolben je nach dessen Bewe­ gungsrichtung von einer Zylinderkammer in die andere verdrängt wird, wobei die Größe des Reaktionsmoments von der Drosselung der hydraulischen Flüssigkeit in dem Kanal und der Drosselein­ richtung abhängt. Da das Reaktionsmoment etwa mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung des Hebels zu­ nimmt, kann der Patient den gewünschten Widerstand durch die Geschwindigkeit der ausgeführten Bewegung wählen. Wird das Reak­ tionsmoment zu groß, kann der Patient jederzeit die Bewegung unterbrechen, womit auch das Reaktionsmoment Null wird. Bei einer Bewegungsunterbrechung wirken also auf die zu trainieren­ den Glieder oder Körperteile keine Kräfte mehr ein. Nimmt der Patient die Bewegung wieder auf, kann er praktisch das Reaktions­ moment bei Null beginnend steigern, da nahezu kein Haftreibungs­ widerstand zu überwinden ist. Das erfindungsgemäße Trainingsge­ rät läßt sich somit in idealer Weise bei schonender Behandlung einsetzen, wobei auch hohe Belastungsstufen möglich sind.

Zweckmäßigerweise besteht die Drosseleinrichtung aus einem einstellbaren Drosselventil. Durch die Einstellung des Drossel­ querschnitts läßt sich der erreichbare Widerstand bzw. das jeweils gewünschte Reaktionsmoment den jeweiligen Trainings­ bedingungen anpassen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß in den Endbereichen des in der Zylinderwandung angeordneten oder durch diese hindurchgeführten Kanals je ein einstellbares Dros­ selventil angeordnet ist, daß der Kolben aus zwei starr mitein­ ander verbundenen Kolbenscheiben besteht, die zwischen sich eine Kolbenkammer begrenzen, daß in jeder Kolbenscheibe ein einen Durchfluß in die angrenzende Zylinderkammer gestattendes Rück­ schlagventil angeordnet ist und daß der Kanal zwischen den Drosselventilen mit einer durch die Zylinderwandung hindurch in die Kolbenkammer mündenden Leitung versehen ist. Diese Aus­ gestaltung gestattet es, die Drosselventile auf unterschiedliche Querschnitte einzustellen, so daß die Hinbewegung bei gleicher Geschwindigkeit mit einem anderen Reaktionsmoment als die Rück­ bewegung erfolgt. Dies kann entsprechend den zu trainierenden und zu bewegenden Gliedern oder Körperteilen und entsprechend dem gewählten Trainingsprogramm zweckmäßig sein. Die aus einer Zylinderkammer verdrängte hydraulische Flüssigkeit wird im wesentlichen nur durch das angrenzende Drosselventil gedrosselt und kann sodann durch die Kolbenkammer und das gegenüberliegende Rückschlagventil unter Umgehung des anderen Drosselventils in die andere Zylinderkammer strömen.

Das Getriebe läßt sich in vorteilhafter und einfacher Weise dadurch bilden, daß die Schwenkwelle den Zylinder zwischen den Kolbenscheiben quer durchsetzt und in gegenüberliegenden Berei­ chen der Zylinderwandung gelagert ist und daß der Kolben zwi­ schen den Kolbenscheiben mit einer achsparallelen Zahnstange versehen ist, mit der ein mit der Schwenkwelle fest verbundenes Ritzel kämmt. Das Getriebe kann auch durch eine Kurbel und eine Pleuelstange oder Exzenter gebildet werden.

Zweckmäßigerweise ist der Zylinder mit dem aus einem Stuhl, einer Liege oder dergleichen bestehenden Trainingsgerät derart verbunden, daß die Schwenkwelle im wesentlichen mit der Achse des Gelenks oder Beugungszentrums des zu trainierenden Gliedes oder Körperteils fluchtet.

ln weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zylinder derart mit der Schwenkwelle eines zweiten gleichartigen, an dem Trai­ ningsgerät befestigten Zylinders verbunden, daß diese mit der Längsachse des ersten Zylinders fluchtet. Diese Ausgestaltung ermöglicht gleichsam kardanische räumliche Bewegungen, wie sie beispielsweise zum Trainieren von Hüft- oder Schultergelenken zweckmäßig sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Zylinder mit mindestens einem den Druck der hydraulischen Flüssigkeit in einer Zylinderkammer messenden Einrichtung versehen sein. Diese Einrichtung kann dem Patienten oder dem Arzt das jeweilige Reak­ tionsmoment anzeigen. Zusätzlich kann eine Einrichtung vorgese­ hen sein, die den gemessenen Druck anzeigt und/oder aus diesem die Arbeit und/oder die Leistung ermittelt und diese anzeigt und/oder registriert. Die von dem Patienten geleistete Arbeit läßt sich aus dem jeweiligen Widerstand und den Schwenkwinkeln errechnen, wobei zur Ermittlung der Leistung noch die Winkelge­ schwindigkeit zu messen ist.

Um zu große Bewegungen zu verhindern, kann der Schwenkwinkel des Hebels durch Anschläge einstellbar sein. Weiterhin ist die Länge des Hebelarms des Hebels zweckmäßigerweise einstellbar.

Besteht das erfindungsgemäße gymnastische Gerät beispielsweise aus einem Trainingsstuhl, kann der Unterschenkel des Patienten mittels gepolsterter Andrückschalen und Fixierbändern an dem Hebel befestigt werden. Dabei liegt der Oberschenkel fest auf der Stuhlsitzfläche auf und wird ebenfalls durch Haltegurte fixiert. Zusätzlich kann ein Beckengurt zur Stabilisierung von Hüfte und Rumpf vorgesehen werden. Die Andrückschale ist zweck­ mäßigerweise in ihrem Ansatzpunkt an dem längenverstellbaren Hebelarm drehbar gelagert und kann auch selbst auf die erforder­ liche Schienenbeinlänge des Patienten eingestellt werden, so daß eine Schubladenbelastung der Kniegelenksbänder möglichst gering gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Trainingsgerät ermöglichst es, das Bela­ stungsrisiko am Gelenkapparat des Patienten möglichst gering zu halten. Daher sollten an den erforderlichen Stellen Justier-, Stütz- und Stabilisierungseinrichtungen vorgesehen werden. Die zu trainierenden Muskeln können von dem Patienten so stark bewegt werden, wie es ihm möglich ist, um bei geringstem Zeit­ aufwand die größtmöglichen Trainingserfolge zu erzielen. Kon­ trollierende Meßeinrichtungen können dem Patienten odr Trainie­ renden und auch dem Therapeuten einen ständigen Überblick über die Belastung und den Erfolg der Übungsprogramme vermitteln. Auch ist eine Datenspeicherung zur Statistik und Programmgestal­ tung möglich.

Beim Beugen und Strecken eines Gelenkes mit dem erfindungsge­ mäßen Trainingsgerät kann ein Drehpunkt ermittelt werden, der der gedachten Mitte des Gelenks entspricht. Bei einem Scharnier­ gelenk ergibt sich dabei eine Drehlinie. Sie ist das gedachte Lot durch alle zur Längsrichtung der beiden Schenkel liegenden Ebenen. Dabei schneiden sich zwei senkrecht zueinander stehende Ebenen in dem Drehpunkt. Die Drehachse bzw. der Drehpunkt des Hebels soll räumlich der gedachten Gelenkmitte nachgeführt und fixiert werden können. Die Kreisbewegung der beiden Schenkel kann dabei in einen gleichgerichteten Vorwärts- und Rückwärts­ schub des haydraulischen Arbeitskolbens umgewandelt werden.

Die Drosseleinrichtung kann aus einem Arbeitsausgleichskanal bestehen, dessen Überströmbohrungen so angeordnet sind, daß er für die Bewegungsrichtungen benutzt werden kann, und zwar mit­ tels zweier Drosselschrauben. Es kann auch ein Mehrkanalsystem mit mehreren Drosselschrauben angewendet werden.

Die Drehbewegung kann mittels Drehgeber registriert und auf einer Digital- oder Analoganzeige sichtbar gemacht werden, die von jeder beliebigen Position auf Ausgangs- oder Endstellung gestellt werden kann. Der Öldruck kann von Drucksensoren erfaßt und entweder digital oder analog sichtbar gemacht werden. Die erfaßten Meßwerte können direkt einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt, gespeichert, ausgewertet und ausgedruckt werden.

Durch feststellbare Anschläge kann der Bewegungsbereich des zu trainierenden Gelenks eingegrenzt werden.

Mit Hilfe eines speziell erarbeiteten Programms lassen sich die medizinischen Daten des Patienten eingeben, beispielsweise das Gewicht des aus der Streckung völlig entspannt zurückfallenden Unterschenkels.

Je nach beanspruchter Muskelgruppe läßt sich sowohl die agoni­ stische als auch die antagonistische Seite trainieren.

Das erfindungsgemäße Gerät läßt sich in Form eines Trainings­ stuhls beispielsweise zur Kräftigung und allgemeinen Nachbe­ handlung postoperativer Kniegelenks- und Muskelverletzungen einsetzen. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Trainingsgerät zur Kräftigung der gesamten Sprunggelenksmuskulatur in dem Bewegungsbereich Pronation-Supination und Dorsal-Plantarflektion verwendet werden.

Mit besonderem Vorteil läßt sich das erfindungsgemäße Trainings­ gerät auch zur allgemeinen und speziellen Kräftigung der Rumpf­ muskulatur unter Schonhaltung des Wirbelsäulenbereiches ein­ setzen. Mit dem Gerät läßt sich zur Kräftigung der gesamte Hüftbereich einschließlich der Gruteal-Muskulatur trainieren. Mit ihm lassen sich zur Kräftigung der verschiedenen Bewegungs­ bereiche beispielsweise auch die Muskelteile des Schultergelenks bewegen. Es kann auch zur speziellen Kräftigung der Unterarm- und Handgelenksmuskulatur eingesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 das aus einem Stuhl bestehende Trainingsgerät in perspektischer, schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des mit dem Hebel versehenen Hydraulikzylinders,

Fig. 3 bis 5 den Hydraulikzylinder in zwei Seitenansichten und in Draufsicht und

Fig. 6 bis 8 den Kolben in zwei Seitenansichten und in Draufsicht.

Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht das Trainings­ gerät aus einem Stuhl 1, der nur durch Sitzfläche, Rückenlehne und Beine angedeutet ist. An der Sitzfläche ist der Hydraulik­ zylinder 2 mit dem Schwenkhebel 3 in der Weise befestigt, daß die Schwenkachse in etwa mit der durch die beiden Kniegelenke des Patienten gezogenen Linie fluchtet. An dem Schwenkhebel 3, der in nicht dargestellter Weise längenverstellbar ist, ist endseitig ein Querstück 4 angesetzt, das Bandagen zur Befesti­ gung an dem Unterschenkel des Patienten trägt.

Der Stuhl 1 ist weiterhin mit nicht dargestellten Befestigungs­ gurten für den nur durch Striche dargestellten Patienten ver­ sehen.

Der Hydraulikzylinder ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. In dem Hydraulikzylinder 2 ist ein beidseitig wirkender Kolben angeordnet, der aus den beiden Kolbenscheiben 5, 6 besteht, die durch die Zahnstange 7 starr miteinander verbunden sind. In gegenüberliegenden Bereichen der Zylinderwandung ist eine Schwenkwelle gelagert, auf die das Ritzel 8 aufgekeilt ist. Das Ritzel 8 kämmt mit der Zahnstange 7. Außerhalb des Zylinders 2 ist auf die Schwenkwelle der Schwenkhebel 3 aufgekeilt. Die durch die Kolbenscheiben 5, 6 abgeteilten Zylinderkammern 9, 10 sind durch einen Kanal 11 miteinander verbunden, in dem ein Drosselventil 12 angeordnet ist.

Bei dem aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlichen Zylinder 2 ist der Drosselkanal 11 in der Zylinderwandung angeordnet. In den Endbereichen ist der Kanal mit Bohrungen 12, 13 versehen, die in die Zylinderkammern 9, 10 münden.

Der Zylinder weist in seinem mittleren Bereich eine Querbohrung 14 auf, in der die Schwenkwelle mit dem Ritzel gelagert ist, das mit der Zahnstange kämmt.

Weiterhin weist der Kanal 11 in seinem mittleren Bereich neben der Querbohrung 14 eine Querbohrung 15 auf, die in die Kolben­ kammer zwischen den Kolbenscheiben 5, 6 mündet.

In seinen Endbereichen ist der Kanal von Gewindebohrungen 16, 17 durchsetzt, in die Drosselschrauben einschraubbar sind, durch die sich der jeweilige Drosselquerschnitt einstellen läßt.

Die Ausgestaltung des Kolbens ist aus den Fig. 6 bis 8 näher ersichtlich. Der Kolben besteht aus den endseitigen Kolbenschei­ ben 5, 6, die durch die Zahnstange 7 miteinander verbunden sind. Die Kolbenscheiben 5, 6 sind mit abgesetzten Axialbohrungen 19, 20 versehen, in die Rückschlagventile bildende Stahlkugeln 21, 22 eingesetzt sind. Diese Stahlkugeln sind durch aufgeschraubte Sicherungsbleche in der dargestellten Weise gegen ein Heraus­ fallen gesichert.

Claims (10)

1. Trainingsgerät mit einem gegen ein Reaktionsmoment verschwenkbaren Hebel, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkwelle des Hebels (3) mit dem Kolben (5, 6) eines Hydraulikzylinders (2) durch ein Getriebe (7, 8) verbunden ist, das die hin- und hergehende trans­ latorische Bewegung des Kolbens (5, 6) in eine Drehbe­ wegung umwandelt, und daß die beiden durch die beiden Kolbenseiten abgeteilten und mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllten Zylinderkammern (9, 10) durch einen Kanal (11), in dem eine Drosseleinrichtung (12) angeordnet ist, mit­ einander verbunden sind.

2. Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung aus einem einstellbaren Drosselventil besteht.

3. Trainingsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Endbereichen des in der Zylinder­ wandung angeordneten oder durch diese hindurchgeführten Kanals (11) je ein einstellbares Drosselventil (16, 17) angeordnet ist, daß der Kolben aus zwei starr miteinander verbundenen Kolbenscheiben (5, 6) besteht, die zwischen sich eine Kolbenkammer begrenzen, daß in jeder Kolben­ scheibe (5, 6) ein einen Durchfluß in die angrenzende Zylinderkammer (9, 10) gestattendes Rückschlagventil (21, 22) angeordnet ist und daß der Kanal (11) zwischen den Drosselventilen (16, 17) mit einer durch die Zylinder­ wandung hindurch in die Kolbenkammer mündenden Leitung (15) versehen ist.

4. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkwelle den Zylinder (2) zwischen den Kolbenscheiben (5, 6) quer durchsetzt und in gegenüberliegenden Bereichen der Zylinderwandung gela­ gert ist und daß der Kolben zwischen den Kolbenscheiben (5, 6) mit einer achsparallelen Zahnstange (7) versehen ist, mit der ein mit der Schwenkwelle fest verbundenes Ritzel (8) kämmt.

5. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) mit dem aus einem Stuhl (1), einer Liege oder dergleichen bestehenden Trainingsgerät derart verbunden ist, daß die Schwenkwelle im wesentlichen mit der Achse des Gelenks oder Beugungs­ zentrums des zu trainierenden Gliedes oder Körperteils fluchtet.

6. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder derart mit der Schwenk­ welle eines zweiten gleichartigen, an dem Trainingsgerät befestigten Zylinders verbunden ist, daß diese mit der Längsachse des ersten Zylinders fluchtet.

7. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) mit mindestens einem den Druck der hydraulischen Flüssigkeit in einer Zylinder­ kammer messenden Einrichtung versehen ist.

8. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die den gemessenen Druck anzeigt und/oder aus diesem die Arbeit und/oder Leistung ermittelt und diese anzeigt und/oder registriert.

9. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel des Hebels (3) durch Anschläge einstellbar ist.

10. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Hebelarms des Hebels (3) einstellbar ist.