DE9404866U1 - Gerät zur Rehabilitation und/oder zum Sport - Google Patents

Description

Gerät zur Rehabilitation und/oder zua Sport

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Rehabilitation und/oder zum Sport, insbesondere Beinstrecker, mit einer Schwenkeinrichtung, die gegen einen Widerstand bewegt wird, wobei die Schwenkarmeinrichtung längenänderbar ist.

Der Beinstrecker gehört zu den häufigst vorkommenden Geräten.

Der Patient/Der Sportler nimmt eine Sitzhaltung ein und bewegt mit seinen Beinen die Schwenkeinrichtung, wobei die Beine nach oben und unten geschwenkt werden. Dementsprechend besteht die Schwenkeinrichtung in der Regel aus einem Schwenkhebel. Von Vorteil ist ein fliegend gelagerter Schwenkhebel. Im Bereich der Beine besitzt der Schwenkhebel ein oder mehrere gepolsterte Arme. Der Schwenkradius des Schwenkhebels ist einstellbar. Das heißt, der Abstand der gepolsterten Arme von der Schwenkachse ist änderbar.

Über den Lagerzapfen/Antriebswelle wirkt der Schwenkhebel einer bekannten Einrichtung auf ein heb- und senkbares Gewicht. Das Gewicht ist auf Führungsschienen vertikal beweglich geführt. Die Bewegung wird mit Hilfe eines Kettenzuges oder Seilzuges an dem Schwenkhebel auf das Gewicht übertragen. Das Gewicht ist einstellbar. Dies geschieht in einfacher Weise durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Scheiben oder dergleichen.

Das Gewicht bildet den oben angesprochenen Widerstand gegen die Schwenkbewegung. Andere Geräte arbeiten mit anderen Widerständen.

Es ist bekannt, daß das Gewicht zwar den Widerstand bestimmt, der Widerstand jedoch auch sehr wesentlich von der Massenträgheit des Gewichtes beeinflußt wird, d. h. von der Beschleunigung der Schwenkbewegung abhängig ist. Die Patienten/Sportler können deshalb über ihre Bewegungen unterschiedliche Widerstände mit gleichen Gewichten erfahren.

Ein älterer Vorschlag hat sich zum Ziel gesetzt, den Patienten/Sportlern jeweils eine genaue Kraftanzeige zu geben. Damit sollen Überforderungen der angesprochenen Muskel vermieden werden. Nach dem älteren Vorschlag erfolgt die genaue Kraftanzeige mit Hilfe eines Kraftsensors, der als Zwischenglied in den Kettenzug des Gerätes eingebaut ist. Dies kann an beliebiger Stelle des Kettenzuges, also auch an dem dem Gewicht zugewandten Ende oder auch am anderen Ende erfolgen. Der Kraftsensor ist als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet. Die über den Dehnungsmeßstreifen vermittelten Spannungswerte werden elektronischt angezeigt. Dadurch hat ein Patient/Sportler eine hervorragende Kontrolle.

Auch der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Patienten/Sportler eine genaue Kraftanzeige zu vermitteln. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß die Kraftmessung nach dem älteren Vorschlag eine Ungenauigkeit aufweist, die aus einer relativ langen Kraftübertragüngsstrecke zwischen dem Patienten/Sportler und dem Dehnungsmeßstreifen resultiert. Diese Ungenauigkeit setzt sich aus verschiedenen Einflüssen zusammen, zu denen sowohl das Bewegungsspiel der einzelnen Übertragungsglieder als auch deren Dehnung gehört.

Nach der Erfindung wird deshalb eine bessere Kraftanzeige dadurch erreicht, daß der Kraftsensor an dem längenverstellbaren Teil des Schwenkarmes angeordnet ist.

Vorzugsweise befindet sich aer Kraftsensor am Ende eines auf den Schwenkarb verschiebbar angeordneten weiteren gepolsterten Armes, gegen den der Patient/Sportler arbeitet.

Der weitere Arm kann an einer Büchse befestigt sein, die auf einem den Schwenkarm bildenden Profilstab gleitbeweglich angeordnet ist. Die Druckmeßdose wird belastet, sobald der Patient/Sportler gegen den gepolsterten Arm arbeitet. Über die Druckmeßdose werden die Meßwerte einer elektrischen Anzeige zugeleitet, wie nach dem älteren Vorschlag. Besonders günstige Druckverhältnisse und Anzeigeverhältnisse ergeben sich, wenn der Druckmeßdose an einer der besonders druckbelasteten Flächen der Hülse angeordnet ist.

Wahlweise ist die Druckmeßdose auch außen an der Hülse vorgesehen. Dies erlaubt größere Abmessungen für die Druckmeßdose und erleichtert die Zugänglichkeit der Druckmeßdose. Für diesen Fall ist der Schwenkarm zweiteilig ausgebildet, wobei der eine Teil fest ist und ein Widerlager für die Druckmeßdose bildet und der andere Teil schwenkbeweglich angeordnet ist und die verschiebbare Hülse trägt. Es ist günstig, wenn die Bewegungsfreiheit des schwenkbeweglich angeordneten Schwenkarmteiles beschränkt ist. Dies läßt sich zum Beispiel mit Hilfe einer oder mehrerer Laschen erreichen, die ineinander greifen. Günstig ist, das Bewegungsspiel mit einer Justierschraube einzustellen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Figur 1 zeigt einen herkömmlichen Beinstrecker, Figuren 2 bis 4 die Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Mit 1 ist ein Rahmen bezeichnet, der eine Seitenwand besitzt und sich über einen Fuß am Boden abstützt. In der Seitenwand ist ein Sitz 6 gehalten. Ferner sind an der Seitenwand Führungsstangen 2 montiert, auf denen ein nicht dargestelltes Gewicht heb- und senkbar angeordnet ist. Das Gewicht wird über einen Kettenzug 3 bewegt. Die Bewegung erfolgt mittels eines Schwenkantriebes. Der Schwenkantrieb wird durch einen Schwenkhebel 8 gebildet, der einen gepolsterten Arm 7 besitzt. Der Patient/Sportler greift mit seinen Füßen/Unterschenkeln hinter den gepolsterten Arm 7 und bewegt beim Verschwenken seiner Unterschenkel den Arm 8. Dabei ist der Sitz durch geeignete Verstellung so eingerichtet, daß die Knie in etwa mit der Schwenkachse des Schwenkhebels 8 fluchten.

Das dargestellte Gerät besitzt ein Doppelscheibensystem 4. Eine Scheibe des Doppelscheibensystems gehört zu einer Schwenk lagerung, die über ein Hebelgestänge mit dem Kettenzug 3 in Verbindung steht. Die andere Scheibe des DoppeIscheibensystems gehört zu dem Schwenkhebel 8 und ist mit einem Zapfen oder dergleichen in der Schwenk lagerung zusätzlich schwenkbeweglich gelagert. Infolgedessen können die beiden Scheiben des Doppelscheibensystems gegeneinander bewegt werden. In jeder gewünschten Bewegungsstellung ist mittels Arretierstiften 5 eine Verriegelung/Arretierung des Zwei Scheibensystems möglich.

In Figur 2 und 3 ist der Schwenkarm mit 10 bezeichnet. Er besteht aus einem Kastenprofil mit quadratischem Querschnitt.

Der weitere gepolsterte Arm ist in Figur 2 mit 15 bezeichnet, der die Berührungsflächen mit den Füßen/Unterschenkeln des Patienten/Sportlers bildet. Wie in Figur 1 ist der Arm 15 verschiebbar auf dem Schwenkarm 10 angeordnet. Nach Figur 2 ist dazu eine Hülse 11 vorgesehen. Die Hülse 11 kann in verschiedenen Stellungen mittels eines Arretierungsstiftes 17 gesichert werden. Der Arretierungsstift 17 ist federbelastet. Die Federkraft hält ihn jeweils in der Arretierungsstellung. Zum Verschieben muß der Stift gegen die Federkraft gezogen werden. Mit dem Stift 17 korrespondieren Arretierungslöcher 18 in dem Kastenprofil des Schwenkarmes 10.

Zu der Verstelleinrichtung gehört noch eine Gabel 12. Die Gabel 12 trägt den Arm 15 und ist mittels Gelenkbolzen 13 schwenkbeweglich an der Hülse 11 gehalten. Der Schwenkwinkel der Gabel 12 ist gering, jedoch für die Druckmessung mittels einer Druckmeßdose 14 ausreichend. Die Druckmeßdose 14 ist in der Gabel 12 so angeordnet, daß bei einer Schwenkbewegung der Beine des Patienten/Sportlers, der auf die Polsterung des weiteren Armes 15 ausgeübte Druck über die Druckmeßdose 14 in die Hülse 11 geleitet wird. Infolgedessen wird die gesamte in diesem Bereich wirksame Kraft an der Druckmeßdose 14 wirksam.

Die Druckmeßdose 14 ist wahlweise in einem Schlitz verschiebbar angeordnet. Mit Hilfe der Verschiebung läßt sich das Spiel zwischen der Gabel 12 und der Hülse 11 auf ein Minimalmaß reduzieren. Die Gabel 12 und die Hülse 11 bilden beim Schwenken der Gabel 12 einen keilförmigen Öffnungsspalt, der durch Verschieben der Druckmeßdose 14 geschlossen werden kann.

Von der Druckmeßdose führt ein Spiralkabel 19 zu der Meßwerterfassung und -anzeige. Die Druckmeßdose 14 arbeitet elektronisch, desgleichen die Meßwerterfassung und -anzeige. Darüber hinaus erlaubt die Meßwerterfassung und Meßwertanzeige eine Eichung. Das heißt, es kann die Hebelwirkung des Armes 15 kompensiert werden, so daß die jeweils wirksamen effektiven Kräfte angezeigt werden.

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Im übrigen erlaubt die verwendete Elektronik auch die Kombination mit einer Längenmessung, d. h. Entfernungsmessung der Hülse 11 bzw. des Armes 5 von der Schwenkachse des Schwenkarmes 10. Diese Längenmessung kann rein mechanischer Art sein, oder es kann sich um eine Messung aufgrund elektrischen Widerstandes handeln, wobei der Widerstand nach Art eines Schiebewiderstandes ausgebildet ist und der Meßwert sich anhand der stromdruchflossenen Länge des Widerstandes ergibt. Es kann auch eine Längenmessung mit Hilfe eines Zugpotentiometers vorgesehen sein. Bei dem Zugpotentiometer ist ein Drehpotentiometer vorgesehen, welches gegen Federkraft über einen Faden oder dergleichen Zugmittel bewegt wird und mit jeder Rückwärtsbewegung der Hülse 11 zurückgedreht wird. Die jeweilige Zugstellung ist gleichbedeutend mit einer bestimmten Entfernung der Hülse 11 bzw. des Armes 15. Die Längenmessung kann auch mit Hilfe von Lichtschranken dargestellt werden.

Die zusätzliche Längenmessung kann von Vorteil sein, um den behandelten Muskel des Patienten/Sportlers bestimmte absolute Kraftwerte unabhängig von der Länge der Gliedmaßen abzufordern. Das ermöglicht einen kontrollierten Muskelaufbau.

Über die Entfernungsmessung läßt sich das jeweilige Drehmoment bestimmen bzw. ein bestimmtes Drehmoment vorgeben.

Vorzugsweise ist die Druckmeßdose als Brückenschaltung aufgebaut. Das Brückensignal wird über einen Filter, einen Vorverstärker und einen 18 Bit-A/D-Wandler von einem Microcontroller ausgewertet. Der Microcontroller fragt die Meßwerte mit einer Frequenz von 10 Hertz ab.

Die Signale der Längenmessung werden über einen zweiten A/D-Wandler mit 8 Bit-Auflösung abgefragt. Aus dem Drucksignal und dem Längensignal berechnet der MikroController die effektiv wirksame Kraft, mit der Probant belastet wird.

Der Controller überträgt den aktuellen Meßwert auf einen LCD-Treiberbaustein und einen RS 232-Übertragungsbaustein. Der LCD-Treiberbaustein steuert die Meßwertanzeige, ein 3 l/2stelliges LCD-Display, an. Die Auflösung des Anzeigewertes liegt je nach Sensor zwischen 1 und 5 N.

Über den RS 232-Baustein können die Meßwerte an ein Peripheriegerät, &zgr;. B. ein Persona!-Computer, übertragen und weiterverarbeitet werden. Der Mikroprozessor erlaubt die Speicherung von Spitzenwerten. Die Spitzenwerte können über Tastendruck aberufen werden.

Alle elektronischen Bauteile werden über Batterien versorgt; dadurch ist das Gerät netzunabhängig.

Im Ausführungsbeispiel sind im Akku-Fach an der Rückseite des Gerätes vier 1,2 Volt Mignon-Akkus eingebaut. Die Betriebsdauer beträgt bei voll geladenen Akkus im Dauereinsatz ca. 12 Stunden. Leere Akkus werden durch die "Batt"-Anzeige im LCD-Display angezeigt. Die Akkus können dann über ein verfügbares Ladegerät nachgeladen werden. Hierzu ist der Stecker vom Sensor zu lösen und mit dem Stecker vom Ladegerät zu verbinden. Die Ladezeit beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 8 bis 14 Stunden.

Die Akkus können ca. 500mal nachgeladen werden. Sie können dann gegen handelsübliche Akkus ausgetauscht werden. Das Akkufach an der Rückseite des Gerätes läßt sich durch Lösen einer Schraube öffnen.

In Figur 3 ist die Schwenkachse 10 mit 15 bezeichnet. Darüber hinaus ist eine Justierung 16 vorgesehen, die aus einer Schraube mit Kontermutter besteht. Mit der Justierung 16 kann das Bewegungsspiel der Gabel 12 eingestellt werden.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem zweiteiligen Schwenkarm, der mit einer Schwenkachse/Antriebswelle 20 zusammenwirkt. Der Schwenkarm besteht aus einem festen Teil 21 und einem beweglichen Teil 26. Der bewegliche Teil 26 ist schwenkbeweglich an dem festen Teil 21 angeordnet. Der bewegliche Teil 26 wird durch ein Profil gebildet, auf dem eine Hülse 23 verstellbar angeordnet ist. Die Hülse 23 ist mit einer Verstelleinrichtung versehen wie die Hülse 11. Im Unterschied zur Hülse 11 ist der weitere Arm, der die Berührungsfläche mit den Füßen/Unterschenkel des Patienten/Sportlers bildet, jedoch bei 24 unmittelbar mit der Hülse 23 verbunden. Die Hülse 23 besitzt einen außen

angeordneten Drucksensor 22 in Form einer Druckmeßdose. Die Druckmeßdose liegt an dem festen Teil 21 an, so daß der feste Teil 21 ein Widerlager für den Kraftsensor 22 und den beweglichen Teil 26 bildet. Die Bewegungsfreiheit des beweglichen Teiles 26 wird von einer Justierung 25 bestimmt, die aus zwei Laschen und einer Schraube besteht. Je eine Lasche ist an einem Ende des festens Teiles 21 und einem Ende des beweglichen Teiles 26 befestigt. Beide Laschen werden durch die Schraube gehalten, wobei die Schraube durch ein Durchgangs loch der einen Lasche beweglich hindurch in ein Gewindeloch der anderen Lasche greift. Mit dem Kraftsensor 22 lassen sich in gleicher Weise wie mit der Druckmeßdose nach Figur 2 und 3 die von dem Patienten/Sportler ausgeübten Kräfte messen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und 3 ist der Kraftsensor jedoch außenliegend an der Hülse angeordnet und damit gut zugänglich. Im übrigen erfolgt die Kraftmessung wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und 3 und ist eine Kombination mit einer Messung des Abstandes der Hülse 23 von der Schwenkachse/Antriebswelle 20 möglich.

Der erfindungsgemäße Sensor kann bei Trainingsgeräten nachgerüstet werden. Bei den meisten Geräten empfiehlt sich eine Anordnung des Sensors zwischen den Gewichtsplatten und dem Seil- bzw. Kettenzug. Die Montage des Sensors kann mittels beigefügter Ringschrauben oder anderer handelsüblicher Adaptoren wie z. B. Karabinerhaken erfolgen. Bei einigen Gerätetypen ist dazu die Seil- oder Kettenlänge gegebenenfalls einzukürzen, um die Länge des Sensors auszugleichen. Der Sensor kann, z. B. bei Zugapparaten, auch direkt zwischen Zugseil und Handgriff montiert werden. Die Trainingsgeräte können mit eingebautem Sensor weiterhin normal benutzt werden.

Zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört neben dem Sensor ein Elektronikteil mit den oben beschriebenen Funktionen. Die Verbindung des Elektronikteils mit dem Sensor erfolgt über Stecker. Nach der Verbindung kann der Elektronikteil eingeschaltet werden. Es ist von Vorteil, wenn sich der Elektronikteil nach dem Einschalten auf dem Sensor kalibriert. Es erscheint dann kurzfristig die Anzeige "888" am Display. Während dieser Zeit sollte der Sensor nicht belastet werden, um Meßfehler zu vermeiden. Im Ausführungsbeispiel kalibriert der Elektronikteil nach

jedem Einschalten erneut. Nach der Kalibrierphase (2 bis 3 Sekunden) ist der Elektronikteil betriebsbereit. Der Elektronikteil verfügt im Ausführungsbeispiel über einen maximalen Kraftspeicher, der kurzzeitige Spitzenwerte erfaßt. Der Spitzenwert kann über die Taste Maximalkraft abgerufen und über die Taste Löschen wieder gelöscht werden. Die Anzeige der Kraftwerte erfolgt in Kilogramm, eine Umrechnung in die Einheit Newton ist durch den Faktor 10 möglich.

Die technischen Daten des Ausführungsbeispiel können wie folgt zusammengefaßt werden:

Funktionen:

- Messung und Anzeige der aktuellen Kraft

- Spitzenwertspeicher

- Einstellmöglichkeit für Grenzwerte, Grenzwertmeldung durch akustisches und optisches Signal

- automatische Nullpunktkalibrierung beim Einschalten

- "Batterie - leer" - Anzeige

- analoge Schnittstelle (0-3 Volt) für Anschluß an EMG-Geräte, Schreiber etc., PC-Analogkarten (Option)

- RS 232 Schnittstelle /PC - Auswertesoftware (Option)

Technische Daten:

- Meßbereich 0,5 - 170 kg, Auflösung 0,5 kg, Bruchlast des Sensors mind. 250 % . .

- Abtastrate 100 Hz₁ Anzeigefrequenz 5 Hz

- Anzeige über 3 l/2stelliges LCD-Display, 17 mm hoch

- Meßfehler des Sensors < 1 %

Lieferumfang:

- Sensor mit Befestigungsadapter (Ringschraube)

- Meßgerät inkl. Akkus

- Ladegerät mit VDE-Zeichen

- Verbindungskabel

Allgemeines:

- Arbeitstemperatur 10 ⁰C ... 60 ⁰C

- Lagertemperatur 0 ⁰C ... 70 ⁰C

- Abmessung max. (B &khgr; H &khgr; T) 10 &khgr; 210 &khgr; 50 (mm)

- Schutzart IP 54

- Gehäuse ABS, RAL 7038

- Gewicht 500 g

- Bedienfeld Folie (austauschbar) mit unterlegten Kurzhubtasten

Claims (11)

Schutzansprüche

1. Gerät zur Rehabilitation und/oder Sport, insbesondere Beinstrecker, mit einer Schwenkeinrichtung, die gegen einen Widerstand bewegt wird, wobei ein längenänderbarer Schwenkarm und ein Kraftsensor zur Messung der effektiven Kräfte vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor am Schwenkarm angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schwenkarm (10, 21 und 26) ein weiterer Arm (15) vesteilbar geführt ist und der Kraftsensor (14, 22) an der Verstellung bzw. in der Verstellung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen mehrteiligen Schwenkarm (21, 26), wobei der eine Teil (26) beschränkt beweglich angeordnet ist und den weiteren, verstellbaren Arm trägt und sich über den Kraftsensor (22) an dem festen Teil (21) abstützt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verstellung mit einer auf dem Schwenkarm (10) verschiebbaren Hülse (11) und einer an der Hülse (11) schwenkbeweglich angeordneten Gabel (12), die den weiteren Arm (15) trägt, wobei der Kraftsensor (14) zwischen der Gabel (12) und der Hülse (11) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (14, 22) durch eine Druckmeßdose gebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Wegmessung der Längenänderung des Schwenkarmes.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßdose als Brückenschaltung gebaut ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Signalkreis für das Brückensignal mit Filter, Vorverstärker, A/D-Wandler und einem MikroController.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Microcontroller zugleich der Signalkreis für das Längensignal angeschlossen ist und in diesem Signalkreis ein zweiter A/D-Wandler vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Microcontroller an einen LCD-Treiberbaustein und an einen RS 232-Übertragungsbaustein angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Adapter zur Sensormontage.