EP0218018B1

EP0218018B1 - Trainingsgerät

Info

Publication number: EP0218018B1
Application number: EP86109703A
Authority: EP
Inventors: Günter Kern; Rainer Kranz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-22
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1990-09-26
Anticipated expiration: 2006-07-15
Also published as: ATE56887T1; DE3526144A1; EP0218018A1; DE3526144C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Traininggerät ist aus der CH-A-446 148 bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung wird ein kreisförmiger Kolben verwendet, der direkt mit einer Schwenkwelle verbunden ist. Es ist daher nicht möglich, die Übersetzung zwischen der Schwenkwelle und dem Kolben zu verändern und/oder den jeweiligen Verhältnissen anzupassen.
Aus der FR-E-46 495 ist ein Stoßdämpfer mit einem Schneckengetriebe bekannt, bei dem die Schnecke außerhalb des Zylinders liegt.
Die FR-A-810 361 zeigt ebenfalls einen Stoßdämpfer, bei dem die Welle außerhalb des Zylinders liegt.
Bei einem aus der EP-A-0 135 346 bekannten Trainingsgerät ist an einer vertikalen Stütze ein mit zwei Handgriffen versehener Hebel um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert. An den Hebel ist zwischen den Handgriffen und der Anlenkstelle an der Stütze die Kolbenstange der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit angelenkt, deren Zylinder unterhalb der gelenkigen Verbindung des Hebels mit der Stütze mit dieser gelenkig verbunden ist. Bei dem bekannten Trainingsgerät läßt sich der mit Handgriffen versehene Hebel zu Übungszwekken lediglich herabdrücken oder anheben, so daß dieses nur einen beschränkten Anwendungsbereich aufweist. Die Einstazmöglichkeiten des bekannten Trainingsgeräts lassen sich ohne weiteres auch nicht erweitern, weil der Hebel mit dem Hydraulikzylinder und der Stütze eine viel Raum beanspruchende Konstruktion darstellt, die sich nur schwierig anderen Bewegungsabläufen zur Erreichung anderer Trainingseffekte anpassen läßt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Trainingsgerät der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen, das eine stabile, raumsparende Konstruktion aufweist, so daß es sich in einfacher Weise unterschiedlichen Übungen anpassen läßt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Trainingsgerät der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät wird das Reaktionsmoment bei einem Verschwenken des Hebels in an sich bekannterweise dadurch erzeugt, daß die hydraulische Flüssigkeit durch den Kolben je nach dessen Bewegungsrichtung von einerZylinderkammer in die andere verdrängt wird, wobei die Größe des Reaktionsmoments von der Drosselung der hydraulischen Flüssigkeit in dem Kanal und der Drosseleinrichtung abhängt. Da das Reaktionsmoment etwa mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung des Hebels zunimmt, kann der Patient oder Übende den gewünschten Widerstand durch die Geschwindigkeit der ausgeführten Bewegung wählen. Wird das Reaktionsmoment zu groß, kann die übende Person jederzeit die Bewegung unterbrechen, womit auch das Reaktionsmoment null wird. Bei einer Unterbrechung wirken also auf die zu trainierenden Glieder oder Körperteile keine Kräfte mehr ein. Nimmt die übende Person die Bewegung wieder auf, kann sie praktisch das Reaktionsmoment bei null beginnend steigern, da nehezu kein Haftreibungswiderstand zu überwinden ist. Das erfindungsgemäße Trainingsgerät läßt sich somit in idealer Weise bei schonender Behandlung einsetzen, wobei auch hohe Belastungsstufen möglich sind.
Dab bei dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät die das Reaktionsmoment für die übende Person erzeugende Einheit aus dem unmittelbar aus dem Hydraulikzylinder angelenkten Hebel besteht, läßt sich diese in raumsparender Weise derart anordnen, daß eine Vielzahl unterschiedlicher Ubungen ausgeführt werden kann.
Aus der DE-A-28 39 300 ist ein Trainingsgerät bekannt, bei dem ein Hebel mit einer Schwenkwelle verbunden ist, deren Drehbewegung durch einen Kettentrieb auf eine zweite Schwenkwelle übertragen wird, mit der ein Hebel verbunden ist, an den ein Ende einer Gasfeder angelenkt ist, deren anderes Ende im Gestell schwenkbar gelagert ist. Dieses bekannte Trainingsgerät ist mit einen sehr aufwendigen und Raum beanspruchenden Getriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung versehen, so daß die Anpassung dieses Geräts an unterschiedliche Ubungen einen zusätzlichen erheblichen Konstruktionsaufwand erfordert.
Zweckmäßigerweise besteht die Drosseleinrichtung aus einem einstellbaren Drosselventil. Durch die Einstellung des Drosselquerschnitts läßt sich der erreichbare Widerstand bzw. das jeweils gewünschte Reaktionsmoment den jeweiligen Trainingsbedingungen anpassen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß in den Endbereichen des in der Zylinderwandung angeordneten oder durch diese hindurchgeführten Kanals je ein einstellbares Drosselventil angeordnet ist, daß der Kolben aus zwei starr miteinander verbundenen Kolbenscheiben besteht, die zwischen sich eine Kolbenkammer begrenzen, daß in jeder Kolbenscheibe ein einen Durchfluß in die angrenzende Zylinderkammer gestattendes Rückschlagventil angeordnet ist und daß der Kanal zwischen den Drosselventilen mit einer durch die Zylinderwandung hindurch in die Kolbenkammer mündenden Leitung versehen ist. Diese Ausgestaltung gestattet es, die Drosselventile auf unterschiedliche Querschnitte einzustellen, so daß die Hinbewegung bei gleicher Geschwindigkeit mit einem anderen Reaktionsmoment als die Rückbewegung 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 Kolbenkanner 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 Bereichen der Zylinderwandung gelagert ist und daß der Kolben zwischen 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.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindungs ist der Zylinder derart mit der Schwenkwelle eines zweiten gleichartigen, an dem Trainingsgerät 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 Reaktionsmoment anzeigen. Zusätzlich kann eine Einrichtung vorgesehen 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 Winkelgeschwindigkeit zu messen ist.
Um zu große Bewegungen zu verhindern, kann der Schwenkwinkel des Hebels durch Anschläge einstellbar sein. Weiterhin ist die Lange 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 zweckmäßigerweise in ihrem Ansatzpunkt an dem längenverstellbaren Hebelarm drehbar gelagert und kann auch selbst auf die erforderliche Schienenbeinlange des Patienten eingestellt werden, so daß eine Schubladenbelastung der Kniegelenksbänder möglichst gering gehalten wird.
Das erfindungsgemäße Trainingsgerät ermöglichst es, das Belastungsrisiko 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 gerringstem Zeitaufwand die größmöglichen Trainingserfolge zu erzielen. Kontrollierende Meßeinrichtungen können dem Patienten oder Trainierenden und auch dem Therapeuten einen ständigen Überblick über die Belastung und den Erfolg der Ubungsprogramme vermitteln. Auch ist eine Datenspeicherung zur Statistik und Programmgestaltung möglich.
Beim Beugen und Strecken eines Gelenkes mit dem erfindungsgemäßen Trainingsgerät kann ein Drehpunkt ermittelt werden, der der gedachten Mittel des Gelenks entspricht. Bei einem Scharniergelenk 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 nachgeführte und fixiert werden können. Die Kreisbewegung der beiden Schenkel kann dabei in einen gleichgerichteten Vorwärts- und Rückwärtsschub des hydraulischen Arbeitskolbens umgewandelt werden.
Die Drosseleinrichtung kann aus einem Arbeitsausgleichskanal bestehen, dessen Uberströmbohrungen so angeordnet sind, daß er für die Bewegungsrichtungen benutzt werden kann, und zwar mittels 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 Anschlage 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 agonistische als auch die antagonistische Seite trainieren.
Das erfindungsgemäße Gerät läßt sich in Form eines Trainingsstuhls beispielsweise zur Kraftigung und allgemeinen Nachbehandlung postoperativer Kniegelenks- und Muskelverletzungen einsetzen. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Trainingsgerat zur Kräftigung der gesamten Sprunggelenksmuskulatur in dem Bewegungsbereich Pronation-Supination und Dorsal-Plantarflektion verwendet werden.
Mit besonderem Vorteil läßt sich das erfindungsgemäße Trainingsgerät auch zur allgemeinen und speziellen Kräftigung der Rumpfmuskulatur unter Schonhaltung des Wirbelsäulenbereiches einsetzen. Mit dem Gerät läßt sich zur Kraftigung der gesamte Hüftbereich einschließlich der Gruteal-Muskulatur trainieren. Mit ihm lassen sich zur Kräftigung der verschiedenen Bewegungsbereiche 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,
Figs. 3 bis 5 den Hydraulikzylinder in zwei Seitenansichten und in Draufsicht und
Figs. 6 bis 8 den Kolben in zwei Seitenansichten und in Draufsicht.

Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht das Trainingsgerät aus einem Stuhl 1, der nut durch Sitzfläche, Rückenlehne und Beine angedeutet ist. An der Sitzfläche ist der Hydraulikzylinder 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 Befestigung an dem Unterschenkel des Patienten trägt.
Der Stuhl 1 ist weiterhin mit nicht dargestellten Befestigungsgurten für den nur durch Striche dargestellten Patienten versehen.
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 Kolbenkammer 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 Kolbenscheiben 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 Herausfallen gesichert.

Claims

1. Trainingsgerät mit einem an einer Schwenkwelle befestigten Hebel (3), der zur Erzeugung eines Reaktionsmoments mit dem doppelt wirkenden Kolben (5, 6) eines Hydraulikzylinders (2) verbunden ist, und mit einem eine Drosseleinrichtung (12) aufweisenden Kanal (11), der die durch den Kolben (5, 6) getrennten und mit Flüssigkeit gefüllten Zylinderkammern (9, 10) miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet

daß der Hebel (3) mit dem Kolben (5, 6) so verbunden ist, daß eine alternierende Drehbewegung des Hebels (3) in eine translatorische hin-und hergehende Bewegung des Kolbens (5, 6) umgewandelt wird,

daß die Schwenkwelle den Zylinder (2) quer durchsetzt und in gegenüberliegenden Bereichen der Zylinderwandung gelagert ist,

und daß die Schwenkwelle im Inneren des Zylinders (2) mit dem Kolben (5, 6) durch ein Getriebe (7, 8) verbunden ist.

2. Trainingsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Endbereichen eines in der Zylinderwandung angeordneten oder durch diese hindurchgeführten Kanals (11) der jeweils in die äußeren Bereiche der Zylinderkammern (9, 10) des Zylinders (2) mündet, 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 Kolbenscheibe (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 Zylinderwandung hindurch in die Kolbenkammer mündenden Leitung (15) versehen ist.

3. Trainingsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 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.

4. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 Beugungszentrums des zu trainierenden Gliedes oder Körperteils fluchtet.

5. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder derart mit der Schwenkwelle eines zweiten gleichartigen, an dem Trainingsgerät befestigten Zylinders verbunden ist, daß diese mit der Längsachse des ersten Zylinders fluchtet.

6. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) mit mindestens einem den Druck der hydraulischen Flüssigkeit in einer Zylinderkammer messenden Einrichtung versehen ist.

7. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die den gemessenden Druck anzeigt und/oder aus diesem die Arbeit und/oder Leistung ermittelt und diese anzeigt und/oder registriert.

8. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel des Hebels (3) durch Anschläge einstellbar ist.

9. Trainingsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Hebelarms des Hebels (3) einstellbar ist.