DE4027129C2 - Trainingsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Erzeugung unterschiedlicher Reaktionsmomente.

Aus der DE 35 26 144 C2 und der DE 35 46 538 C2 sind Trainingsgeräte bekannt, bei denen ein an einer Schwenk­ achse befestigter Hebel, der zur Erzeugung eines Reak­ tionsmomentes über ein Zahnstangengetriebe mit einem doppelt wirkenden Kolben eines Hydraulikzylinders verbun­ den ist, eine alternierende Drehbewegung des Hebels in eine translatorisch hin- und hergehende Bewegung des Kolbens umwandelt. Bauartbedingt wird diese Konstruktion bei der Auslegung auf Dauerwechselfestigkeit für mittlere und hohe Drehmomente ab ca. 200 Nm, wie sie beim Einsatz mit Hochleistungssportlern durchaus vorkommen, sehr viel Raum beanspruchen. Durch hohe Belastungen im Dauereinsatz wird das Spiel in den beweglichen Getriebeteilen zunehmen.

Da die Reibkräfte proportional zu den an der Reibung beteiligten Oberflächen sind, ist es oberstes Ziel, die Anzahl der beweglichen Teile zu verringern. Für exakte Drehmomentmessungen sind Getriebespiel und hohe Reibmomen­ teanteile unerwünscht.

Wie in der benannten DE 35 46 538 C2 erwähnt, wählt der Patient den gewünschten Widerstand durch die Geschwindig­ keit der ausgeführten Bewegung selbst. Eine geschwindig­ keitsvariable Drehbewegung ist jedoch nur in den selten­ sten Fällen erwünscht.

Aus der gattungsbildenden FR 2 586 934-A1 ist ein Trainingsgerät bekannt, bei dem ein Einfachrotor von einer Schwenkwelle angetrieben die Verdrängungsarbeit in einer flüssigkeitsgefüllten Kammer verrichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trainingsgerät der eingangs angegebenen Art so zu gestalten, daß bei möglichst kleiner Bauweise für beide Drehrichtungen unterschiedliche Reaktionsmomente eingestellt werden können, und daß mit diesem Trainingsgerät auch ein hartes sportliches Training möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Trainingsgerät der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die entscheidenden Verbesserungen liegen in der verringer­ ten Anzahl der beweglichen Teile, indem auf die Umsetzung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung ver­ zichtet wird. Ohne Getriebe und dem damit verbundenen Getriebespiel, folglich auch mit weniger bewegten Teilen, werden unerwünschte Einflüsse auf die Drehmomentmessung entscheidend verringert.

Der Vorteil dieser Konstruktion ist die breitbandige Einsatzmöglichkeit als Diagnosegerät für präzise Messungen einerseits und als Trainingsgerät für den harten sport­ lichen Einsatz andererseits, wobei es hier auf die dauer­ hafte Bewältigung hoher Belastungen ankommt.

Ein weiterer Vorteil liegt in der wesentlich verringerten Baugröße durch den Einsatz eines Doppelrotors. Die zu übertragenden Kräfte sind durch das Produkt aus maximal zulässigem Druck und der wirksamen Fläche festgelegt. Teilt man die notwendige Fläche auf zwei Rotoren bzw. Statoren auf, verringert sich deren effektiver Durchmesser.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, unabhängig von dem vom Patienten gewünschten Widerstand die Geschwindigkeit der ausgeführten Bewegung annähernd konstant zu halten.

Bei dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät wird das Reaktionsmoment bei einem Verschwenken des Hebels in an sich bekannter Weise dadurch erzeugt, daß die hydraulische Flüssigkeit durch den Rotor je nach dessen Bewegungsrich­ tung von einer Zylinderkammer in die andere verdrängt wird, wobei die Größe des Reaktionsmomentes von der Drosselung der hydraulischen Flüssigkeit in dem Kanal und der Drosseleinrichtung abhängt. Wird das Reaktionsmoment zu groß, kann die übende Person die Bewegung jederzeit unterbrechen, womit auch das Reaktionsmoment null wird. Bei einer Unterbrechung wirken also auf die zu trainie­ renden Glieder oder Körperteile keine Kräfte mehr ein. Nimmt die übende Person die Bewegung wieder auf, kann sie praktisch das Reaktionsmoment bei null beginnend wieder steigern, da nahezu kein Haftreibungswiderstand zu über­ winden ist. Das erfindungsgemäße Trainingsgerät läßt sich somit in idealer Weise zu schonender Behandlung einsetzen, wobei auch hohe Belastungen möglich sind.

Da bei dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät die das Reaktionsmoment für die übende Person erzeugende Einheit aus dem unmittelbar an dem Hydraulikdrehzylinder angelenk­ ten Hebel besteht, läßt sich diese in raumsparender Weise derart anordnen, daß eine Vielzahl unterschiedlicher Übungen ausgeführt werden können.

Zweckmäßigerweise ist die Drosseleinrichtung außerhalb des Drehzylinders angeordnet. Dies ermöglicht eine fle­ xible Anwendung durch die Adaption verschiedener Drossel­ einrichtungen ohne konstruktive Änderung des Drehzylin­ ders. Durch die gegensinnige Verschaltung zweier Drossel­ rückschlagventile wird durch unterschiedliche Drossel­ stellungen für die beiden Strömungsrichtungen der Hydrau­ likflüssigkeit ein für beide Bewegungsrichtungen unter­ schiedlich einstellbares Reaktionsmoment erreicht.

Wählt man die Drosseleinrichtung und deren Arbeitsbe­ reich so aus, daß ein großer Druckdifferenzbereich mit einer geringfügigen Änderung des Durchflußstromes verbun­ den ist, wird die Einhaltung annähernd konstanter Winkel­ geschwindigkeit der Schwenkbewegung für einen großen Reak­ tionsmomentbereich erreicht. Dem Übenden oder Patienten wird daher die Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung in einem engen Toleranzband über die Einstellung der Drosselventile vorgegeben. Das Reaktionsmoment wählt er über den gewünschten Widerstand selbst.

Zweckmäßigerweise ist der hydraulische Drehzylinder mit dem aus einem Stuhl, einer Liege oder dergleichen beste­ hendem Trainingsgerät derart verbunden, daß die Schwenk­ achse im wesentlichen mit der Achse des Gelenks des zu trainierenden Gliedes oder Körperteils fluchtet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Dreh­ zylinder derart mit der Schwenkachse eines zweiten gleichartigen, an dem Trainingsgerät befestigten Drehzy­ linders verbunden, daß diese mit der Längsachse des ersten Drehzylinders fluchtet. Diese Ausgestaltung ermöglicht gleichsam kardanisch räumliche Bewegungen, wie sie bei­ spielsweise zum Trainieren von Kniegelenken zweckmäßig sind.

Der Hebel­ arm kann mit einer die Reaktionskraft oder das Reaktionsmoment messenden Einrichtung versehen werden. Diese Einrichtung kann dem Patienten oder dem Arzt das jeweilige Reaktions­ moment anzeigen. Zusätzlich kann eine Einrichtung vorge­ sehen sein, die die gemessenen Kräfte und Momente anzeigt, Arbeit und Leistung ermittelt, diese anzeigt und regist­ riert. Die von dem Patienten geleistete Arbeit läßt sich aus dem jeweiligen Widerstand und dem Schwenkwinkel errechnen, wobei zur Berechnung der Leistung noch die Winkelgeschwindigkeit zu ermitteln ist.

Um zu große Bewegungen zu verhindern, kann der Schwenkwinkel des Hebels durch Anschläge einstellbar sein. Weiterhin ist die Länge des Hebelarms des Hebels zweck­ mäßigerweise einstellbar und somit an die Körperstatur anzupassen.

Besteht das erfindungsgemäße gymnastische Gerät bei­ spielweise aus einem Trainingsstuhl, kann der Unterschen­ kel des Patienten mittels gepolsterter Andrückschalen und Fixierbändern an dem Hebel befestigt werden. Die Andrück­ schale ist zweckmäßigerweise in ihrem Ansatzpunkt an dem längenverstellbaren Hebelarm drehbar gelagert und kann auf die Schienbeinlänge des Patienten eingestellt werden, so daß eine Schubbelastung der Kniegelenkbänder möglichst gering gehalten wird. Dabei liegt der Oberschenkel fest auf der Stuhlsitzfläche auf. Er wird ebenfalls durch Haltegurte fixiert. Zusätzlich kann ein Beckengurt zur Fixierung von Hüfte und Rumpf vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße Trainingsgerät ermöglicht es, das Belastungsrisiko am Gelenkapparat des Patienten gering zu halten. Daher sollten an den erforderlichen Stellen Justier-, Stütz- und Fixierungseinrichtungen vorgesehen werden. Die zu trainierenden Muskeln können von dem Patienten so stark bewegt werden, wie es ihm möglich ist, um bei geringstem Zeitaufwand größtmögliche Trainingser­ folge zu erzielen. Kontrollierende Meßeinrichtungen können dem Patienten oder Trainierenden und dem Therapeuten einen ständigen Überblick über die Belastung und den Erfolg der Übungsprogramme vermitteln. Zu diesem Zweck findet eine Datenspeicherung dergestalt statt, daß die aus mehreren Trainingsabschnitten abgespeicherten Kraft-Momenten-Ver­ laufskurven mittels eines gesonderten Programmoduls übereinander aufgetragen werden. Dem Therapeuten und dem Übenden werden somit die Trainingserfolge deutlich visua­ lisiert.

Die Aufzeichnung der genannten Meßgrößen findet sowohl über der Zeit als auch über dem Winkel statt. Die Drehbe­ wegung wird mit einem Sensor (Drehgeber) registriert und parallel zu den übrigen Meßgrößen angezeigt und gespei­ chert. Der Schwenkwinkel kann auf jede beliebige Anfangs- oder Nullstellung bezogen werden. Alle gemessenen Größen können in Echtzeit angezeigt, darauf vor allem weiterver­ arbeitet und ausgedruckt werden.

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

Je nach beanspruchter Muskelgruppe läßt sich durch Öffnen je einer Drossel sowohl die agonistische als auch die antagonistische Seite trainieren.

Das erfindungsgemäße Gerät läßt sich in Form eines Trainingsstuhls beispielsweise zur Kräftigung und allge­ meinen Nachbehandlung von Kniegelenks- und Muskelver­ letzungen einsetzen.

Mit besonderem Vorteil läßt sich das erfindungsgemäße Trainingsgerät auch zur Kräftigung der Rumpfmuskulatur unter Schonhaltung des Wirbelsäulenbereiches einsetzen. Mit dem Gerät läßt sich auch der gesamte Hüftbereich kräftigen, ebenso auch die Muskelteile des Schultergelenks in verschiedenen Bewegungsbereichen, die Unterarm- und die Handgelenksmuskulatur. Zum Training der letztgenannten Körperteile ist eine im Sinne der Erfindung abgewandelte Konstruktion erforderlich.

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

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

Fig. 2 eine schematische Ansicht des hydraulischen Drehzylinder mit Doppelrotor ohne die Darstellung des Schwenkhebels.

Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht das Trainingsgerät aus einem Stuhl (1), der nur durch Sitz­ fläche, Rückenlehne und Beine schematisch angedeutet ist. An der Sitzfläche ist der Drehzylinder (2) mit dem Schwenkhebel (3) in der Weise befestigt, daß die Schwenk­ achse 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 drehbar gelagertes Querstück (4) angesetzt, das Bandagen zur Befestigung des Unterschenkels des Patienten trägt.

Der Stuhl (1) ist weiterhin mit nicht dargestellten Befestigungsgurten für den nur durch Striche angedeuteten Patienten versehen.

Der Drehzylinder (2) in Fig. 2 besteht aus zwei fest mit der Zylinderwand um 180 Grad versetzt verbundenen Statorseqmenten (7), einem Doppelrotor, bestehend aus der Schwenkwelle (5) und zwei um 180 Grad versetzten Rotorsegmenten (6). Die Statorseqmente (7) sind fest mit der Zylinderwand des Drehzylinders (2) verbunden. Die Rotorseqmente (6), die Schwenkwelle (5) und die Stator­ seqmente (7) teilen den Zylinderraum luft- und flüssig­ keitsdicht in die vier Zylinderkammern (8, 9, 14, 15). Über die beiden Druckausgleichsbohrungen (13) sind je zwei gegenüberliegende Kolbenkammern (9, 15) und (8, 14) verbunden, die bei jeder Drehrichtung denselben Arbeitstakt haben, sich also vergrößern bzw. verkleinern. Die Schwenkwelle (5) ist in den gegenüberliegenden Zylinderdec­ keln gelagert. Außerhalb des Drehzylinders (2) ist auf die Schwenkwelle (5) der Schwenkhebel (3) aufgekeilt. Die beiden Kolbenkammern (8) und (9) sind durch einen Drossel­ kanal (10) miteinander verbunden. Darin sind zwei gleich­ artige Drosselrückschlagventile (11) und (12) in der Weise angeordnet, daß jedes einzelne dieser Ventile den Drosselquerschnitt für eine der beiden möglichen Strö­ mungsrichtungen des Fluids bestimmt. Die Drosselrück­ schlagventile (11) und (12) stellen in jeweils einer Richtung den, falls erforderlich, unterschiedlichen Drosselquerschnitt ein. In der jeweils anderen Richtung gewähren sie ungehinderten Durchfluß ohne wesentlichen Druckverlust.

Claims (4)

1. Trainingsgerät mit einem an einer Schwenkwelle befestigten Hebel (3), der über die Schwenkwelle mit einem Rotor und einem Stator im Inneren eines Hydraulikzylinders (2) zusammenwirkt, wobei die Schwenkwelle mit dem Hebel und dem Rotor (6) fest verbunden ist sowie der Stator (7) mit dem Hydraulikzylinder und ein eine Drosseleinrichtung aufweisender Kanal vorhanden ist, der die flüssigkeitsgefüllten Kammern verbindet, die zwischen Rotor und Stator bei Hebeldrehung ihr Volumen verändern, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein Doppelrotor ist, bestehend aus zwei in Umlaufrichtung um 180°C versetzten, auf der Schwenkwelle (5) befestigten Rotorsegmenten (6), und daß zwei in Umfangsrichtung um 180° versetzte, im Hydraulikzyinder befestigte Statoren (7) vorgesehen sind, die zusammen mit den Rotorsegmenten (7) und dem Hydraulikzylinder (2) vier Kolbenkammern (8, 9, 14, 15) begrenzen, von denen jeweils zwei, die ihr Volumen gleichsinnig ändern, über je eine Druckausgleichsbohrung (13) in der Schwenkwelle (5), verbunden sind, und daß der Kanal (10) zwei unabhängig voneiannder einstellbare Drosseleinrichtungen (11, 12) aufweist.

2. Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) derart mit der Schwenkachse (5) eines zweiten gleichartigen, an dem Trainingsgerät befestigten Zylinders verbunden ist, daß diese mit der Längsachse des ersten Zylinders fluchtet.

3. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel des Hebels (3) durch Anschläge einstellbar ist.

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