EP4304747B1

EP4304747B1 - Lagerung für ein ergometer mit vibrationseinheit sowie deren verwendung in einem vibrationsergometer für die unteren und oberen extremitäten

Info

Publication number: EP4304747B1
Application number: EP22709730.0A
Authority: EP
Inventors: Oliver DUNKELBERG
Original assignee: Brainaix Swiss AG
Current assignee: Brainaix Swiss AG
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2025-08-06
Anticipated expiration: 2042-03-03
Also published as: CN116963805A; WO2022189254A1; US20240139582A1; EP4304747C0; EP4304747A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ergometer mit einer Vibrationseinheit, Verfahren zum Betrieb eines derartigen Ergometers sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Ergometer und Verwendungen derartiger Ergometer.

STAND DER TECHNIK

Um die individuelle Leistungsstruktur von Reha-/Geriatriepatienten bzw. Leistungssportlern positiv und effizient beeinflussen zu können, ist es notwendig, möglichst viele dosierte externe Trainingsreize ausgewogen und angepasst auf die unterschiedlichen Strukturebenen des menschlichen Organismus zu transformieren. Dabei sollen sowohl konditionelle (Kraft, Ausdauer, Schnelligkeit, Flexibilität) als auch koordinative (neuromotorische) Komponenten in den Anwendungsspektren der Trainingsmittel, Berücksichtigung finden.
Eine Vielzahl von Vibrationstrainingsgeräten hat für neue Trainingsalternativen zur physiologischen Leistungsoptimierung durch Reaktivierung pathologisch degenerierter bzw. Kapazitätserhöhung intakter Funktionssysteme der Humanstrukturen geführt. Obwohl die kommerzielle Nutzung des medizinischen Vibrationstrainings (MVT) bereits erfolgt, ist die wissenschaftliche Absicherung der Methode noch im Grundlagenforschungsstadium angesiedelt.
Vorrichtungen, die Vibrationsenergie auf den Anwender übertragen, sind aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt:
So ist beispielsweise in der US 4 570 927 eine Vorrichtung aufgezeigt, bei der die Beine eines querschnittgelähmten Patienten mit einer von einem Motor angetrieben Kurbeleinheit bewegt und vibriert werden.
Die NL 102 16 19 C beschreibt ein Gerät, bei dem Vibrationsenergie über eine Griffstange auf die oberen Extremitäten übertragen wird.
Aus der DE 102 41 340 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Vibratode auf gedehnte Muskelstrukturen selektiv Vibrationen überträgt.
Eine weitere Vibrationsvorrichtung ist in der DE 102 25 323 B4 beansprucht, bei der über eine mechanisch aufwendige Konstruktion stochastische Resonanzen auf den Anwender übertragen werden.
Die DE 196 39 477 A1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Sitz, einer Griffstange und Vibrationseinheit, mit der die Füße des Anwenders mit Vibrationen beaufschlagt werden. Eine Verwendung dieser fünf zuvor genannten Vorrichtungen zusammen mit oder als Ergometer, beispielsweise über eine mit der Kurbelwelle verbundene Bremseinheit, ist nicht offenbart, und meist auch keine Details, wie die Vibrationen erzeugt werden.
Aus der DE 103 13 524 B3 ist ein Trainingsgerät bekannt, bei dem einzelne oder mehrere mit Vibrationen beaufschlagbare Kontaktstellen zum Trainierenden durch einen oder mehrere Dämpfungselemente schwingungsmechanisch isoliert sind, so dass alle Baugruppen zur Abstützung der Körperteile des Anwenders in Schwingung versetzt werden.
Aus der WO 2006/69988 A1 ist ein Vibrationsergometer bekannt, bei dem ein Tretlager fest mit einer Vibrationsplatte verbunden ist, die über zwei gegenläufige Vibrationsmotoren in Schwingung versetzt wird. Nachteilig ist, dass eine ungerichtete Vibration erzeugt wird, deren Amplitude sich je nach mechanischer Belastung der Tretkurbel oder Einstellung der Ergometerbremse verringert. Die Verbindung zwischen Tretkurbel und Ergometerbremse ist ausschließlich durch eine Fahrradkette mit Ketten-spanner möglich, um die Längen- und Positionsunterschiede zwischen Tretlager und Ergometer auszugleichen: Hierdurch entstehen unangenehme Geräusche und es sind zusätzliche Sicherungsmaßnahmen notwendig, um die Kette gegen Abspringen vom vorderen Kettenblatt zu verhindern.
Die EP 2 158 944 A2 beschreibt eine Vibrationsergometer mit amplitudenveränderbarer Vibration. Wie die Vibration konkret erzeugt und diese Amplitudenänderung realisiert werden soll, ist dort nicht offenbart.
WO-A-2010110670 beschreibt ein stationäres Trainings- und Übungsgerät zum Simulieren des Fahrens von Fahrrädern, Motorrädern, Autobooten, Flugzeugen und ähnlichen Fortbewegungsmitteln für Menschen, wobei die Grundkonstruktion einen auf einem Boden abzustützenden ersten Rahmen und einen mit dem ersten Rahmen auf einer Achse verbundenen zweiten Rahmenausleger umfasst, wohingegen der zweite Rahmen relativ zum ersten Rahmen drehbar neigbar ist und wobei die Neigung unter Verwendung einer Lenkstange oder eines Lenkrads durch eine Verbindung zwischen einer Lenksäule und einer ersten Rahmenreferenz steuerbar ist.
EP-A-2008695 betrifft ein Trainingsgerät, das einen Mechanismus umfasst, der von einem Benutzer des Trainingsgeräts über Antriebsmittel gedreht wird, die um eine Drehachse rotieren, und Vibrationsmittel, durch die die Antriebsmittel in Schwingung versetzt werden können, wobei die Vibrationsmittel einen Elektromotor umfassen, der sich um eine Rotationsachse dreht, mit mindestens einem Gewicht, das durch den Motor um die Rotationsachse gedreht werden soll, wobei das Gewicht relativ zu der Rotationsachse exzentrisch angeordnet ist. Der Elektromotor ist um einen sich parallel zur Drehachse des Elektromotors erstreckenden Drehzapfen frei schwenkbar, wobei der Drehzapfen oberhalb des Elektromotors unterhalb der Drehachse des Antriebsmittels angeordnet ist, während der Elektromotor schwenkbar mit einer Stütze verbunden ist, die die Drehachse des Antriebsmittels trägt, wobei die Stütze über Federmittel mit einem Rahmen des Übungsgeräts verbunden ist.
US-A-2014024502 beschreibt ein Trainingsfahrrad mit einer Basisstütze und einer aufrechten Stützstruktur. Verbunden mit der aufrechten Stützstruktur sind ein Sitz, eine Lenkstangenanordnung, eine Pedalanordnung und eine Widerstandsanordnung. Die aufrechte Stützstruktur kann schwenkbar mit der Basisstütze verbunden sein, um zu ermöglichen, dass sich die aufrechte Stützstruktur zwischen verschiedenen geneigten Positionen bewegt. Eine oder mehrere Vibrationsanordnungen können an verschiedenen Stellen mit dem Heimfahrrad verbunden sein, um gewünschte Teile des Heimfahrrads, wie etwa die Lenkstangenanordnung, den Sitz oder die Pedalanordnung, zu vibrieren. Die Vibrationen werden während der Durchführung einer Übung auf einen Benutzer übertragen, um dem Benutzer verschiedene physiologische Vorteile zu bieten.
CN-A-106618946 offenbart ein Rehabilitations-Trainingsbett für das Training der unteren Gliedmaßen. Das Rehabilitations-Trainingsbett umfasst einen Bettkörper; ein Trainingssystem für die unteren Gliedmaßen, das sich relativ zum Bettkörper in horizontaler Richtung bewegen kann, auf dem Bettkörper angeordnet ist und einen Trainer für die unteren Gliedmaßen und einen Positionseinstellmechanismus für den Trainer für die unteren Gliedmaßen umfasst, wobei der Positionseinstellmechanismus für den Trainer für die unteren Gliedmaßen am Bett montiert ist Körper, und der Trainer für die unteren Gliedmaßen ist fest mit einem Ende des Positionseinstellmechanismus für den Trainer für die unteren Gliedmaßen verbunden. Gemäß dem Schema können die Probleme, dass ein vorhandenes Rehabilitations-Trainingsbett im Trainingsmodus einzeln ist, groß in der Größe, groß im belegten Raum und dergleichen ist, gelöst werden.
KR-A-20180100781 bezieht sich auf einen mit virtueller Realität verknüpften intelligenten Fahrsimulator, der es einem Benutzer ermöglicht, eine virtuelle Realität zu erleben, während er sich auf dieselbe Weise bewegt, wie er tatsächlich ein Fahrrad, ein Motorrad, ein Fahrzeug und dergleichen in einem virtuellen Raum fährt. Der mit virtueller Realität verknüpfte intelligente Fahrsimulator umfasst: eine Rahmeneinheit zum Bereitstellen eines Sitzplatzes für einen Benutzer; eine Kippplatte zum Stützen der Rahmeneinheit, die nach vorne und nach hinten gedreht werden soll; eine Front-/Heckneigungsimplementierungseinheit zum Drehen der Rahmeneinheit in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung in Bezug auf die Kippplatteneinheit gemäß einem Signal, das sich auf eine Front- und Heckneigung einer Straßenoberfläche eines virtuellen Fahrraums bezieht, das von außen eingegeben wird; eine Grundplatteneinheit zum Stützen der nach links und rechts zu drehenden Kippplatteneinheit; und eine Links/Rechts-Neigungsimplementierungseinheit zum Lagern der linken und rechten Bodenflächen der Kippplatteneinheit durch eine Antriebswelle, die getragen wird, um horizontal auf der Basisplatteneinheit gedreht zu werden, und einer Vielzahl von Nocken, die integral damit gekoppelt und gedreht werden, und zum Einstellen einer linken und Rechtsneigung der Kippplatteneinheit durch Fahren gemäß einem Signal, das sich auf eine Links- und Rechtsneigung der Straßenoberfläche des virtuellen Fahrraums bezieht und von außen eingegeben wird. So ist es möglich, ein realistisches Fahrgefühl in einer virtuellen Fahrraumrealität zu vermitteln, indem verschiedene Fahrumgebungen und Fahrhaltungen implementiert werden, als ob ein Benutzer tatsächlich fährt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Alle zuvor genannten Ergometer Systeme basieren auf dem Prinzip, den Anwender zusammen mit dem eingesetzten Trainingsmittel auf eine Rüttelplatte zu positionieren. Alle zur Abstützung des Trainierenden verwendeten Bauteile üben Vibrationsenergie auf die mit den Bauteilen berührenden Körperteile bzw. die korrespondierenden Körpersegmente aus. Daraus ergeben sich Ganzkörpervibrationen (GKV bzw. Whole Body Vibration "WBV"), die teilweise über den arbeitsmedizinisch zulässigen Grenzwerten gemäss der DIN ISO 2631 stehen. Die Resonanzkonflikte reduzieren die Anwendungsdauer mit resultierender (zeitbegrenzender) Effizienzminimierung. Die konstruktive Merkmalsisolierung der MVT Apparaturen auf die uniforme neuromotorische Stimulierung der intramuskulären Koordination, mit Fokussierung der konditionellen Kraftkomponente, führt zu einer fehlenden breiten konditionell-koordinativen Multifunktionalität der GKV. Die MVT-Produkte des Standes der Technik decken nur einen selektiven Teilausschnitt der Trainingstherapie ab; ein ganzheitliches Trainingskonzept kann mit diesen Vorrichtungen nicht realisiert werden. Eine Kombination mit konservativen Trainingsgeräten ist obligatorisch (z.B. mit Cardiogeräten im Warm-up/Cool-Down bzw. ergänzendes mechanisches Widerstandstraining).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Lagerung für ein Ergometer mit einer Vibrationseinheit, wobei dadurch eine optimale Lagerung des Tretlagers für die Vibrationen, bei denen sowohl die Amplitude als auch die Frequenz einstellbar sein soll, bereitgestellt wird, indem die Vibration im Wesentlichen nur in eine, vorzugsweise vertikale, Richtung wirkt, die Amplitude der Vibration im Wesentlichen unabhängig von der Belastung der Vibrationseinheit ist und Vibrationsfrequenzen bis zu 50 Hz zu erzielen sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Lagerung in einem Vibrationsergometer für die unteren und oberen Extremitäten. Vorliegende Erfindung betrifft entsprechend ein Ergometer, insbesondere ein Fahrrad-Ergometer, mit wenigstens einer Tretvorrichtung für einen Benutzer und mit einer Vibrationseinheit gemäß Anspruch 1.
Zur Hauptsache betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrrad-Ergometer. Die hier beschriebenen Konzepte lassen sich aber analog einsetzen bei einem Ergometer für die oberen Extremitäten, d. h. ein Hand-Ergometer. Auch ist es möglich, die vorliegende Erfindung bei einem kombinierten Fahrrad- und Hand-Ergometer bei beiden Kurbelvorrichtungen einzusetzen. Wird die vorgeschlagene Technologie bei einem Hand-Ergometer eingesetzt, so ist dann das in der Folge verwendete Tretlager natürlich nicht im eigentlichen Sinne ein Tretlager, sondern ein Kurbellager für ein solches Hand-Ergometer, und die in der Folge genannte Tretvorrichtung ist dann keine Tretvorrichtung, sondern eine Rotationsvorrichtung für die Hände.
Die Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Lager der Tretvorrichtung um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, wobei vorzugsweise die Vibration um diese Schwenkachse im Wesentlichen nur in eine, vorzugsweise vertikale, Richtung wirkt.
Durch diese Lagerung können die Vibrationen selektiv um diese horizontale Schwenkachse am Tretlager erzeugt werden und wirken dann auch nur dort.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist, vorzugsweise im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Tretvorrichtung, eine Bremse angeordnet, die über ein Kraftübertragungselement, vorzugsweise in Form einer Kette, eines Zahnriemens oder eines Keilriemens, mit der Tretvorrichtung gekoppelt ist. Zudem ist bevorzugt das Lager der Tretvorrichtung um eine horizontale, auf der Höhe einer Achse der Bremse angeordnete Schwenkachse schwenkbar gelagert.
Generell ist bevorzugt die Schwenkachse horizontal angeordnet.
Die Schwenkachsenlagerung des Lagers kann durch eine im Wesentlichen gabelförmigen Konstruktion gegeben sein, bei der die Gabelenden der Arme drehbar um die Schwenkachse gelagert sind, und die gegenüberliegenden zusammengeführten Arme mit dem Lager verbunden sind, vorzugsweise indem der zusammengeführte Bereich eine Lageraufnahme für das Lager der Tretvorrichtung bildet.
Weiterhin bevorzugt kann die Schwenkachse derart angeordnet sein, dass am Ort des Lagers die Schwenkbewegung im Wesentlichen ausschließlich in vertikaler Richtung erlaubt ist.
Die Vibrationseinheit weist wenigstens eine direkt oder indirekt von einem Motor angetriebene Hauptwelle mit einer daran befestigten Exzenterscheibe auf, wobei die Exzenterscheibe drehbar an einen Pleuel angekoppelt ist.
Dabei überträgt der Pleuel mit einem an seinem der Exzenterscheibe gegenüberliegend angeordneten Pleuelkopf die Vibrationen auf das Lager der Tretvorrichtung, sodass die Vibrationen im Wesentlichen ausschließlich an diesem Lager in vertikaler Richtung anliegen. Zusammen mit dem erfindungsgemäßen Lager können so die Vibrationen optimal selektiv auf das Tretlager gelegt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationseinheit wenigstens eine direkt oder indirekt von einem Motor angetriebene Hauptwelle mit einer daran befestigten Exzenterscheibe aufweist, wobei die Exzenterscheibe drehbar an einen Pleuel angekoppelt ist, und die Vibrationseinheit unterhalb des Lagers angeordnet ist, und dass der Pleuelkopf direkt an das Lager angekoppelt ist, vorzugsweise eine Lagerschale für das Lager bildet, und der Pleuel im Wesentlichen die gesamte vertikal nach unten gerichtete Last auf dem Lager alleine und ohne weitere Führung trägt.
Generell ist vorzugsweise die Achse der Hauptwelle parallel zur Achse des Lagers angeordnet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager der Tretvorrichtung in einer vertikalen Linearführung mit einem Linearschlitten gelagert ist, wobei der Linearschlitten oben fest mit dem Lager verbunden ist, und unten mit dem Pleuelkopf verbunden ist, wobei vorzugsweise die Achse der Hauptwelle parallel zur Achse des Lagers verläuft.
Eine Bodenplatte kann weiterhin angeordnet sein, unterhalb welcher die Hauptwelle und vorzugsweise auch der Motor angeordnet ist und oberhalb welcher die Tretvorrichtung angeordnet ist, wobei in der Bodenplatte eine Ausnehmung vorgesehen sein kann, durch welche der Pleuel hindurchtritt und mit seinem Pleuelkopf direkt an das Lager angekoppelt ist.
Bevorzugt weist die Vibrationseinheit wenigstens eine direkt oder indirekt von einem Motor angetriebene Hauptwelle mit einer daran befestigten Exzenterscheibe auf, wobei die Exzenterscheibe drehbar an einen Pleuel angekoppelt ist, und die Vibrationseinheit unterhalb der Bremse, vorzugsweise oberhalb einer Bodenplatte angeordnet ist, und wobei vorzugsweise die Kopplung des Pleuels an das Lager über wenigstens eine schräg nach oben verlaufende, den Pleuelkopf direkt oder indirekt mit dem Lager verbindende Strebe realisiert ist, und wobei weiterhin vorzugsweise diese Strebe starr mit der Schwenkachsenlagerung verbunden ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationseinheit wenigstens eine direkt oder indirekt von einem Motor angetriebene Hauptwelle mit einer daran befestigten Exzenterscheibe aufweist, wobei die Exzenterscheibe drehbar an einen Pleuel angekoppelt ist, und an der Hauptwelle ein eine weitere Exzenterscheibe angeordnet ist, mit der ein Gegengewicht in eine Kompensationsvibration versetzt wird, wobei vorzugsweise diese weitere Exzenterscheibe auf der Hauptwelle mit zur Exzenterscheibe zum Antrieb des Pleuels entgegengesetzter Exzentrizität angeordnet ist.
Die weitere Exzenterscheibe treibt vorzugsweise einen weiteren Pleuel an, der drehbar auf der weiteren Exzenterscheibe gelagert ist und an ein Gegengewicht angekoppelt ist, dass im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Vibrationsvorrichtung am Lager in Vibration versetzt wird, aber mit einer die Vibration am Lager kompensierender Wirkung, vorzugsweise indem die Vibration am Gegengewicht um 180° gegenüber der Vibration am Lager versetzt ist.
Dabei ist, vorzugsweise im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Tretvorrichtung, eine Bremse angeordnet, die über ein Kraftübertragungselement, vorzugsweise in Form einer Kette, eines Zahnriemens oder eines Keilriemens, mit der Tretvorrichtung gekoppelt ist, und das Gegengewicht um eine horizontale, vorzugsweise auf der Höhe einer Achse der Bremse angeordnete Schwenkachsenlagerung schwenkbar gelagert ist, wobei bevorzugt die Schwenkachse so angeordnet ist, dass das Gegengewicht im Bereich des Lagers die Schwenkbewegung im Wesentlichen ausschließlich in vertikaler Richtung vollzieht, wobei vorzugsweise das Gegengewicht einen Gewichtskopf im Bereich des Lagers aufweist, und weiterhin vorzugsweise dieser Gewichtskopf den Lagerbereich wenigstens teilweise gabelförmigen oben und unten umgreift.
Anstelle oder zusätzlich zu einer solchen Kompensationsvorrichtung mit einem Gegengewicht können die Vibrationen auf den eigentlich nicht in Vibration zu Versetzungen Bauteilen auch verhindert werden, indem das Ergometer auf eine Gewichtsplatte gestellt wird, typischerweise mit einem Gewicht von mindestens 50 kg, vorzugsweise von mehr als 100 kg, beispielsweise bereitgestellt durch Metallplatten, Sandbehälter, Wasserbehälter und/oder Steinelemente, die zum Beispiel in einem Rahmen, der in der Höhe verstellbar auf dem Standboden gelagert ist, vorgesehen sind. Vorzugsweise kann ein solcher Rahmen, gegebenenfalls sogar elektrisch, in der Höhe verstellt und/oder nivelliert werden und über (zum Beispiel nur für die Verschiebung absenkbare) Rollen an den gewünschten Ort verschoben werden. Die Platte kann zusätzlich Dämpfungselemente enthalten, vorzugsweise sind derartige Dämpfungselemente in den Ecken eines solchen Rahmens und/oder der Gewichtsplatte vorgesehen und/oder es können Dämpfungsmatten zur Auflage auf dem Rahmen oder auf Rahmenelementen vorgesehen sein. Besonders geeignet sind Dämpfungsmatten mit einer feinzelligen Elastomerstruktur mit eingeschlossenen Gasvolumina, beispielsweise auf Basis von Polyetherurethan mit einer Dicke im Bereich von 10-30 mm. Mit einer solchen Konstruktion kann ein mechanischer Hochpassfilter bereitgestellt werden, der die Vibrationen sowohl auf den Boden, auf dem das Gerät steht, als auch auf Bauteile des Ergometers, die nicht in Vibration versetzt werden sollen, weitgehend verhindert. Der Hochpassfilter filtert insbesondere Vibrationen unterhalb von 25 Hz, vorzugsweise von weniger als 20 Hz, wirksam heraus.
Die Vibrationseinheit kann wenigstens eine direkt oder indirekt von einem Motor angetriebene Hauptwelle mit einer daran befestigten Exzenterscheibe aufweisen, wobei die Exzenterscheibe drehbar an einen Pleuel angekoppelt ist, und die Exzenterscheibe und/oder eine gegebenenfalls vorhandene weitere Exzenterscheibe auf der Hauptwelle entlang einer Richtung senkrecht zur Drehachse der Hauptwelle verschieblich und einstellbar gelagert ist, wobei vorzugsweise diese Lagerung durch eine Kulissenführung realisiert ist, bei welcher wenigstens ein Verstellelement bei Verschiebung entlang der Achse der Hauptwelle eine Verschiebung der Exzenterscheibe entlang einer Richtung senkrecht zur Drehachse der Hauptwelle verursacht.
Das wenigstens eine Verstellelement kann in einer Ausnehmung oder Durchgangsöffnung in der Hauptwelle über Stellmittel einstellbar verschieblich gelagert sein, und eine Kulisse im oder am Verstellelement kann durch Wechselwirkung mit einem Gleitstein an der Exzenterscheibe die Exzentrizität der Exzenterscheibe einstellen.
Auf der Hauptwelle kann weiter eine Exzenterscheibe für die Erzeugung der gewünschten Vibration und eine weitere Exzenterscheibe für das Gegengewicht gelagert sein, und entweder ein Verstellelement vorgesehen sein, mit welchem die Exzentrizität beider Exzenterscheiben korreliert um 180° versetzt eingestellt werden kann, oder zwei individuelle Verstellelemente für die jeweilige Exzenterscheibe vorgesehen sein, über die die Exzentrizität der Scheiben individuell eingestellt werden kann.
Typischerweise ist ein derartiges Ergometer dafür vorgesehen, bei einer Frequenz von 1-50 Hz mit einer Vibrationsamplitude am Lager im Bereich von 1-10 mm, vorzugsweise im Bereich von 3-7 mm, betrieben zu werden, vorzugsweise mit einer Belastung im Bereich von 50-500 W, insbesondere im Bereich von 100-300 W ausgelegt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter die Verwendung eines Ergometers wie oben beschrieben zur therapeutischen und/oder Form aufbauenden Therapie, wobei vorzugsweise Frequenzen im Bereich von 5-50 Hz, vorzugsweise im Bereich von 7-25 Hz und/oder mit Amplituden im Bereich von 1-10 mm, vorzugsweise 3-7 mm am Lager eingestellt werden.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

wesentliche Elemente einer Vibrationseinheit für ein Ergometer gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung;

Fig. 2

die Vibrationseinheit gemäß Figur 1 in einer Schnittdarstellung in a) in einem detaillierten Ausschnitt gemäß A in Figur 2a) in b);

Fig. 3

wesentliche Elemente einer Vibrationseinheit für ein Ergometer gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung;

Fig. 4

die Vibrationseinheit gemäß Figur 3 in einer Schnittdarstellung;

Fig. 5

wesentliche Elemente einer Vibrationseinheit für ein Ergometer gemäß einer dritten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung;

Fig. 6

die Vibrationseinheit gemäß Figur 5 in einer Schnittdarstellung;

Fig. 7

unterschiedliche Anordnungen der Vibrationseinheit, wobei in

a) eine Ausführungsform dargestellt ist, in welcher das Tretlager über eine Schwinge unmittelbar von unten vom Pleuel gelagert ist, in
b) eine Ausführungsform dargestellt ist, bei welcher das Tretlager ohne Schwinge in einer Linearlagerung gelagert ist, an welche die Vibrationseinheit von unten angekoppelt ist und in
c) eine Ausführungsform dargestellt ist, bei welcher die Vibrationseinheit unterhalb der Bremse angeordnet ist, das Tretlager über eine Schwinge gelagert ist und ein Gegengewicht vorgesehen ist;

Fig. 8

eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Figur 7 b);

Fig. 9

Ansichten auf eine Ausführungsform gemäß Figur 7c, wobei in a) zur besseren Sichtbarmachung der einzelnen Elemente die Aufhängung ohne Gegengewicht dargestellt ist und in b) nur das Gegengewicht dargestellt ist;

Fig. 10

unterschiedliche Ansichten einer weiteren Ausführungsform mit an die Schwinge angekoppelter Vibrationseinheit und Gegengewicht, wobei in a) die rechte Seitenansicht, in b) die linke Seitenansicht, in c) Ansicht von oben, in d) eine Explosionszeichnung, in e) eine Ansicht von schräg oben rechts und in f eine Ansicht von schräg unten rechts dargestellt sind.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt wesentliche Elemente einer Vibrationseinheit in einer Explosionsdarstellung. Die eigentliche Hauptwelle 12 ist von zwei Lagern 11 gelagert und wird durch einen (nicht dargestellten) Motor in Drehung versetzt. Die Kopplung an den Motor kann entweder direkt oder indirekt, zum Beispiel über einen Keilriemen, erfolgen. Bei Motor handelt es sich vorzugsweise um einen Servomotor mit einer Leistung im Bereich von 300 - 1.600 W. Die Hauptwelle 12 ist dabei strukturiert und verfügt auf der linken Seite 40 über einen Bereich, in dem sie von den genannten Lagern 11 gelagert ist. Die zwei Kugellager 11 dienen der Lagerung der Hauptwelle 12 mit dem Lagergehäuse 19 und verhindern eine axiale Verschiebung der Hauptwelle 12. Auf der rechten Seite folgt eine Schulterfläche 12a. Diese Schulterfläche 12a verhindert eine axiale Verschiebung der rechts oberhalb dargestellten Exzenterscheibe 6 und damit des gesamten Pleuels 1. Die Exzenterscheibe 6 ist auf die Gleitfläche 12b der Hauptwelle verschieblich aufgesetzt. Die Gleitschalen 9 sind in der Exzenterscheibe 6 formschlüssig gehalten und ermöglichen die exzentrische Verstellung der Exzenterscheibe 6 aus der Rotationsachse der Hauptwelle 12. Die Kraftübertragung der Rotation der Hauptwelle 12 auf die Exzenterscheibe 6 erfolgt über die Gleitfläche 12b über die Gleitschalen 9 und damit auf den Pleuel 1. Die Exzenterscheibe 6 liegt dabei nicht direkt an den Gleitflächen 12b der Hauptwelle, sondern dazwischen befinden sich die Gleitschalen 9, die wie hier dargestellt zweiteilig aber auch einteilig ausgebildet sein können. Die Anlageflächen 41 auf der Innenseite der Exzenterscheibe 6 sind entsprechend mit der Außenseite der Gleitschalen 9 in Anlage und deren Anlageflächen 42 auf der Innenseite ihrerseits in Kontakt mit der Gleitfläche 12b der Hauptwelle 12.
Die Gleitschalen 9 sind bevorzugterweise aus einem Material mit Gleiteigenschaften, beispielsweise aus einem Kunststoff mit Gleiteigenschaften (z.B. PTFE), und die Hauptwelle 12 aus Metall gefertigt, um eine optimale Gleitpaarung an der Gleitfläche 12b zu erreichen.
Die Exzenterscheibe 6 verfügt in ihrer axialen Ausnehmung 43 über einen quer zur Achse geneigt zu dieser verlaufenden Gleitstein 5, der die Auslenkung der Exzenterscheibe 6 und damit den Hub des Pleuels 1 bestimmt. Der Gleitstein 5 überbrückt die Ausnehmung 43 und wird durch die Schrauben 7 gehalten. Die Passschrauben 7 fixieren den Gleitstein 5 in der Exzenterscheibe 6 nicht nur kraft- sondern auch formschlüssig. Ein Kugellager wird mit dem Lagerring 3 auf der Exzenterscheibe 6 zur Lagerung des Pleuels 1 befestigt. Dazu wird das Kugellager mit dem Lagerring 3 über die Schrauben 2 mit der Exzenterscheibe verschraubt. Auf der anderen Seite ist ein Spannring 8 vorgesehen, der den Außenring des Kugellagers 4 kraftschlüssig mit dem Pleuel 1 über die Schrauben 10 fixiert. Die Schrauben 10 spannen über den Spannring 8 das Kugellager 4 auf den Pleuel 1.
Die Kräfte des Pleuels 1 werden über die Exzenterscheibe 6 über die Gleitschalen 9 auf die Hauptwelle 12 und über die Lageranordnung 11 auf das Lagergehäuse 19 übertragen. Der Pleuelkopf 1a dient zur Aufnahme eines Lagers für die bewegliche Fixierung mit dem Lineareinheit oder der Schwinge (vgl. weiter unten).
In ein axiales Sackloch 38 der Hauptwelle 12 greift axial ein zapfenförmiges Verstellelement 13 verschieblich ein. Das Verstellelement 13 wird über die Passschrauben 14 mit der Lageraufnahme 15 kraft- und formschlüssig verbunden. Die Lageraufnahme 15 nimmt die Lageranordnung 16 in Form zweier Kugellager-Ringe auf. Auf dieser sitzt eine Trapezgewindemutter 17, die mechanisch (= rotationssicher) mit dem Lagergehäuse 19 (in Figur 1 nicht dargestellt) verbunden ist. In Fig. 1 dargestellt sind noch 6 Bohrungen für die Verschraubung mit dem Lagergehäuse 19. Die Lagerordnung 16 ist in axialer Richtung spielfrei einstellbar, und ist mit Wellenspannmutter 20 und Sicherungsring 21 (beide in Fig. 1 nicht dargestellt, vgl. Fig. 2) auf der Trapezspindel 18 befestigt. Die Trapezspindel 18 bewegt das Verstellelement 13 in axialer Richtung zur Änderung des Hubs des Pleuels 1. Die Trapezspindel 18 rotiert infolge der Lageranordnung 16 nicht mit der Hauptwelle 12. Das Verstellelement 13 ist bevorzugterweise aus einem Material mit Gleiteigenschaften, beispielsweise aus einem Kunststoff mit Gleiteigenschaften (z.B. PTFE), und der Gleitstein 5 aus Metall gefertigt, um eine optimale Gleitpaarung zu erreichen.
Im Verstellelement verläuft quer eine Kulissenöffnung in Form einer Ausschnittsfläche 13a. Diese Ausschnittsfläche verfügt über eine im Wesentlichen gleiche Breite wie die Dicke des Gleitsteins 5 und ist aber wesentlich länger. Sie fluchtet, wenn das Verstellelement 13 in das Sackloch 38 eingeschoben ist, mit der größeren Öffnung 39. Der Gleitstein 5 durchgreift mit anderen Worten die Öffnungen 39 und 13a. Die Ausschnittsfläche 13a ist damit Teil des Verstellelements 13. Der Gleitstein 5 wird in der Ausschnittsfläche 13a positioniert, über die planaren Flächen des Gleitsteins 5 und der Ausschnittsfläche 13a des Verstellelements 13 wird formschlüssig die Auslenkung der Exzenterscheibe 6 erreicht.
Damit ist die Exzenterscheibe 6 auf der Hauptwelle 12 exzentrisch gelagert. Der untere Ring des Pleuels 1 ist seinerseits drehbar auf der Exzenterscheibe 6 über den Lagerring 4 gelagert. Dreht sich die Hauptwelle 12, so vollzieht die Exzenterscheibe 6 eine exzentrische Bewegung, die auf den unteren Ring des Pleuels 1 übertragen wird und damit am Pleuelkopf 1a in eine Translation oder Oszillation übersetzt wird. Die Frequenz dieser Oszillationen werden durch die Rotationsfrequenz der Hauptwelle 12 bestimmt, und damit über die Frequenz des diese Welle antreibenden Motors. Die Amplitude der Oszillation kann eingestellt werden durch die Trapezspindel 18. Je weiter das Verstellelement 13 in das Sackloch 31 eingeschoben wird, umso mehr wird über den Gleitstein 5 die Exzenterscheibe 6 aus der Achse der Hauptwelle 12 verschoben, und umso größer wird die Amplitude der Exzentrizität und damit auch der Bewegung am Pleuelkopf 1a. Die am Pleuelkopf 1a erzeugte Vibration kann so sowohl hinsichtlich Frequenz als auch hinsichtlich Amplitude fein eingestellt und gesteuert werden. Zudem verfügt der Pleuel über eine hohe mechanische Stabilität und über eine sehr hohe Richtungsstabilität, d. h. die so erzeugten Vibrationen verlaufen exakt entlang der Richtung der Pleuelstange, d. h. die vorgeschlagene Vorrichtung erlaubt es, quasi eindimensionale Vibrationen mit einer einstellbaren Frequenz und einer einstellbaren Amplitude entlang einer exakt definierten Richtung zu erzeugen.
Fig. 2 zeigt in a) die Vibrationseinheit in einer Schnittdarstellung durch die Achse der Welle in einer Übersicht, und in b) die Details gemäß A in a). Hier kann erkannt werden, wie eine derartige Vibrationseinheit unterhalb einer Bodenplatte 28, die als zentrale Befestigungsaufnahme für die Vibrationseinheit dient, angeordnet sein kann. Die Bodenplatte verfügt über eine Ausnehmung 44, durch die der Pleuel 1 nach oben frei hindurchragt. Auf der Unterseite der Bodenplatte 28 gibt es einerseits ein linkes Lagergehäuse 19 für die Lagerung der Hauptwelle, und andererseits ein rechtes Lagergehäuse 19a für die Lagerung der Trapezgewindemutter 17.
Beim rechten Lagergehäuse 19 wird die Hauptwelle 12 über die bereits oben erwähnten Lager 11 gelagert, wobei zur Befestigung eine Wellenspannmutter 20 vorgesehen ist, die die Lageranordnung 11 zwecks Minimierung des axialen und radialen Spiels der Hauptwelle 12 festspannt. Zusätzlich gibt es einen Sicherungsring 21, der ein unbeabsichtigtes Lösen der Wellenspannmutter 20 verhindert.
In Fig. 2 ist die Lageranordnung 11 beispielsweise als O-Lageranordnung ausgeführt. Der Kraftangriff ist außerhalb der Lageranordnung 11. Dadurch wird das radiale und axiale Spiel der Hauptwelle 12 eingestellt.
Die einzige gewollte Schwingung ist in der vorliegenden Erfindung eine zur Bodenplatte im Wesentlichen senkrecht stehende Auslenkung des Pleuelkopfs 1a.
Fig. 3 zeigt in einer Explosionsansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vibrationseinheit, diesmal mit zwei auf der gleichen Welle gelagerten Exzenterscheiben 6. An diese zwei Exzenterscheiben 6 sind in diesem Fall zwei Pleuel 1 mit wesentlich kürzeren Pleuel-Arm angekoppelt, der eine Pleuel dient der Erzeugung der eigentlichen wirksamen Vibration für den Benutzer, und der andere Pleuel dient der Erzeugung der Gegenbewegung des Gegengewichts, die unten weiter erläutert werden wird. Die beiden Exzenterscheiben 6 sind auf der gleichen Hauptwelle 12 angeordnet, es gibt hier nun aber für jede Exzenterscheibe 6 auf der Hauptwelle 12 eine separate Gleitfläche 12b, und das Verstellelement 13 verfügt über zwei entsprechend zugeordnete Ausschnittsflächen 13a mit entgegengesetzter Neigung. Im Grundsatz sind die beiden Exzenterscheibe 6 aber analog wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben auf der Hauptwelle 12 gelagert und durch das Verstellelement 13 in ihrer Exzentrizität kontrolliert. Wichtig ist nun, dass die Exzentrizität der beiden Exzenterscheiben 6 um 180° phasenverschoben ausgebildet ist, was durch die gegenläufige Neigung der Ausschnittsflächen 13a und die entsprechend gegenläufige Neigung der beiden Gleitsteine 5 der jeweiligen Exzenterscheibe 6 gewährleistet wird. Wird das Verstellelement 13 durch Betätigung der Trapezspindel 18, die in diesem Fall durch einen Sicherungsring 23, der ein unbeabsichtigtes Lösen der Wellenspannmutter 22 verhindert, und eine Wellenspannmutter 22, die die Lageranordnung 16 in der Lageaufnahme 15 festspannt, um die Trapezgewindespindel 18 axial und radial spielfrei zu lagern, befestigt ist, in der Ausnehmung 38 der Hauptwelle 12 verschoben, so wird quasi die eine Exzenterscheibe in eine erste Richtung und die andere Exzenterscheibe in die entgegengesetzte Richtung von der Hauptachse versetzt. Dies führt zu einer Phasenverschiebung der Exzentrizität der beiden Exzenterscheiben 6 um 180°, und zwar in einer vollständig korrelierten Weise, d. h. die Verstellung durch das einzige Verstellelement 13 mit den gegenläufige Neigungen der Ausschnittsflächen 13a führt automatisch dazu, dass exakt eine Phasenverschiebung von 180° vorliegt, unabhängig von der eingestellten Amplitude der Vibration. Auf diese Weise wird konstruktiv sichergestellt, dass stets die optimale Phasenverschiebung der beiden Pleuel vorliegt, sodass die Kompensation durch das Gegengewicht bei jeder Einstellung und bei jeder Vibrationsamplitude optimal gegeben ist.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten unter anderem auch dadurch, dass die Hauptwelle 12 etwas anders angekoppelt ist. Es gibt hier zusätzlich eine Keilriemenscheibe 24, die dazu dient, einen Servomotor über einen Keilriemen an die Hauptwelle anzukoppeln. Die Keilriemenscheibe 24 wird durch eine Spannmutter befestigt. Beispielsweise in Form einer Taper-Lock-Buchse.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich damit von der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine Kompensation von ungewollten Schwingungen möglich ist. Unter dem Begriff ungewollte Schwingungen werden insbesondere die der gewollten Schwingung entgegen gerichtete Schwingung der Bodenplatte 28 als auch sonstige, nicht senkrecht zur Bodenplatte 28 gerichtete verstanden. Die ungewollten Schwingungen entstehen durch den nicht ausgewuchteten Exzenter, wobei die Unwucht des Exzenters maßgeblich durch die Verstellbarkeit des Pleuels und dessen Aufbau hervorgerufen werden, die aufgrund der Amplitudenmodulation des Hubs statisch nicht ausgeglichen werden können.
Fig. 4 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung, hier kann unter anderem erkannt werden, wie die beiden Pleuel parallel nebeneinander über die zwei Exzenterscheiben auf der gleichen Hauptwelle 12 gelagert sind, wie auf der linken Seite die Keilriemenscheibe 24 für die Ankopplung eines Servomotors hervorsteht, und wie auf der rechten Seite die Trapezspindel für die Verstellung der Exzentrizität hervorsteht. Es kann so erkannt werden, dass eine extrem kompakte konstruktive Lösung bereitgestellt wird, bei der die beiden hohe Lasten aufnehmenden Pleuel stabil gelagert sind.
In Fig. 4 ist die Lagerfläche der Pleuelkopflager 26 größer ausgestaltet als die Pleuelkopflager 27, um die im Betrieb unter Last auftretenden höheren Kräfte (beispielsweise unter Körpergewichtseinfluß) aufzunehmen.
Das Verstellelement 13 längt die jeweiligen Gleitsteine für die Kurbel bzw. für das Ausgleichsgewicht in gegengesetzter Richtung aus. Die beiden Exzenterscheiben müssen um 180° zueinander axial verdreht sein, um sich in entgegengesetzter Richtung auslenken zu lassen. Diese versetzte Anordnung der Exzenterscheiben 6 ist in Fig. 5 besser zu erkennen.
Fig. 5 zeigt in einer Explosionsansicht ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vibrationseinheit, das im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel dazu vorgesehen ist, dass die Exzentrizität der beiden Pleuel 1 respektive der zugeordneten Exzenterscheiben für beide individuell eingestellt werden kann. Dazu ist nun die Hauptwelle 12 nicht mehr einseitig gelagert und auf der anderen Seite für die Steuerung über das Verstellelement 13 offen, sondern die Hauptwelle wird, wie dies insbesondere anhand von Fig. 6, einer Schnittdarstellung, erkannt werden kann, an beiden Enden gelagert über die Lagerringe 11. Die Hauptwelle ist nicht mehr mit einem Sackloch, sondern mit einer axialen Durchgangsöffnung ausgebildet, sodass nun von beiden Seiten individuelle Verstellelemente 13 für die Einstellung der Exzentrizität jeder Exzenterscheibe 6 eingeschoben werden können. Entsprechend gibt es auf beiden Seiten Trapezspindeln 18, die das jeweils zugeordnete Verstellelement 13 steuern. Die beiden Verstellelement der verfügen aber wiederum über Ausschnittsflächen 13a mit gegenläufiger Neigung, sodass grundsätzlich die Exzentrizität zwar individuell aber immer um 180° phasenverschoben eingestellt werden kann. So wird sichergestellt, dass die Phasenverschiebung immer 180° beträgt, dass aber die Amplitude der Vibration für die beiden Pleuel unterschiedlich eingestellt werden kann. So ist es möglich, die Vibrationskompensation durch das Gegengewicht noch feiner einzustellen und insbesondere auf Umgebungsparameter oder Benutzerparameter so einzustellen, dass die Kompensation immer optimal gewährleistet ist.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich damit von der zweiten Ausführungsform dadurch, dass die Amplitude beider Pleuel unabhängig voneinander gesteuert werden können. Gemäß dieser Ausführungsform kann eine Kompensation von ungewollten durch Schwingungsausgleich erfolgen. Der wesentliche Unterschied in Bezug auf die Ausführungsform gem. Fig. 3 und 4 ist, dass das Verstellelement 13 zweiteilig ausgebildet ist. Beide Verstellelemente 13 benötigen eine separate O-Lagerung und Ansteuerung über Motoren. Die linke Trapezspindel 18 steuert die Auslenkung des Ausgleichsgewichts, die rechte Trapezspindel 18 steuert die Auslenkung der Kurbelwelle. Der Antrieb der Hauptwelle 12 erfolgt in dieser Ausführungsform mittig zwischen den beiden Pleuel 1.
Die Einstellung der Kompensation kann übrigens manuell erfolgen, es ist aber auch möglich, dass die Trapezspindel oder die mehreren Trapezspindeln über einen weiteren Stellmotor angesteuert werden. So ist es beispielsweise möglich, einen solchen Stellmotor geregelt anzusteuern, zum Beispiel über einen Vibrationssensor oder auch eine Mehrzahl von Vibrationssensoren, und eine entsprechende Steuerung. So ist es insbesondere auch möglich, eine solche Steuerung in einem selbst lernenden Algorithmus so zu regeln, dass die von den Vibrationssensoren gemessenen Vibrationen dort, wo sie nicht auftreten sollen (beispielsweise auf der Bodenplatte) minimal sind, und dort, wo sie auftreten sollen (beispielsweise am Tretlager) maximal oder genau im gewünschten Bereich sind.
Fig. 6 ist eine Schnittzeichnung der Explosionszeichnung 5. Die Länge der beiden Verstellelemente 13 ist unterschiedlich: Dargestellt ist in Fig. 6 ein Hub der Pleuel von Null. Um den Hub zu verändern wird das rechte Verstellelement 13 nach rechts und das linke Verstellelement 13 ebenfalls nach rechts über eine Rotation der Trapezspindel 18 bewegt; dadurch verändert sich die Auslenkung der Exzenterscheiben, die in Fig. 6 durch die unterschiedliche Position des Spiels der Gleitschalen 9 (die rechten Gleitschalen zeigen das Spiel oben, die linken unten) zu erkennen ist.
Fig. 7 zeigt nun unterschiedliche Möglichkeiten, eine derartige Vibrationseinheit an einem (Fahrrad) Ergometer anzuordnen.
Eine erste in Fig. 7b und auch in Fig. 8 in einer Seitenansicht dargestellte Möglichkeit besteht darin, die Vibrationseinheit unterhalb einer Bodenplatte 28 anzuordnen, sodass der Pleuel 1 in einer vertikalen Richtung durch eine Ausnehmung in dieser Bodenplatte nach oben durch diese hindurch tritt. Das Tretlager 29 des Ergometers wird selektiv in streng vertikaler Richtung verschieblich in einem Linearschlitten 34 gelagert, der über eine Linearführung 35 auf der Bodenplatte gelagert ist. Dieser Linearschlitten 34 ist oben mit dem Kugellager 29 fest verbunden, und unten an den Pleuelkopf 1a angekoppelt.
So wird eine Konstruktion bereitgestellt, die selektiv nur Vibrationen in streng vertikaler Richtung ermöglicht, und die gesamte Aufhängung und Last der Vibrationseinheit wird über den vorderen Bereich unterhalb des Tretlagers übernommen. Eine solche Vibrationseinheit kann kombiniert werden mit einer üblichen Bremse 30, die über ein Kraftübertragungselement, beispielsweise Kette, Riemen, Zahnriemen, angekoppelt ist.
Bei dieser Konstruktion ist es möglich, Vibrationseinheit gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel einzusetzen, d. h. mit nur einem einzigen Pleuel für die Vibration am Tretlager. Es ist aber auch möglich, eine Vibrationseinheit gemäß dem zweiten oder gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel einzusetzen. Es ist nämlich wie in Fig. 8 dargestellt möglich, über einen weiteren Pleuel ein Gegengewicht 36 um 180° phasenverschoben in einem solchen Gehäuse zu lagern, sodass zwar die Vibrationen über den ersten in Figur 8 vorne dargestellten Pleuel in der gewünschten Frequenz und Amplitude auf das Tretlager übertragen werden, dass aber in Bezug auf die Umgebung und insbesondere beispielsweise die Bodenplatte 28 die Vibrationen quasi analog zu einem Noise Cancelling ausgelöscht werden. Es stellen sich nämlich in der Praxis bei derartigen Vorrichtungen erhebliche Probleme aufgrund der künstlich erzeugten Vibration. Einerseits führt die künstlich erzeugte Vibration zu unangenehmen Lärmemissionen, insbesondere weil die Bodenplatte respektive entsprechende damit verbundene Beine die Vibrationen auf den Boden und Gebäude etc. übertragen, es gibt aber auch unangenehme Lärmemissionen durch die Vibration anderer Bauteile wie insbesondere der Bremse etc. Weiter ergeben sich Probleme durch die Vibration, weil derartige Vorrichtungen die Tendenz haben, durch das Rütteln verschoben zu werden und quasi durch die Gegend zu wandern. Zu guter Letzt führen die Vibrationen an der Vorrichtung selber und an den anderen Bauteilen der Vorrichtung zu mechanischen Schäden, und gleiches gilt für andere in der Nähe angeordnete Vorrichtungen, auf die die Vibrationen ungewollt übertragen werden.
Typischerweise sind derartige für diese Vorrichtung geeignete Vibrationen im Bereich von bis zu 50 Hz. Als besonders geeignet erweisen sich niedrige Frequenzen von 7-12 Hz mit Amplituden im Bereich von bis zu 7-10 mm für Neuro-Stimulationen, typischerweise in einem Lastbereich von ca. 100 W. Höhere Frequenzen im Bereich von 15-25 Hz können beispielsweise auch für Sportler eingesetzt werden, dann mit typischerweise etwas niedrigeren Vibrationsamplituden von bis zu 3-4 mm. Dann werden Lasten im Bereich von 200-300 W Bremsleistung eingesetzt. Damit sind die Vibrationen und die Amplituden in einem mechanisch für andere Bauteile kritischen Bereich und die Kompensation durch ein oder mehrere Gegengewichte enorm wichtig.
In Fig. 7b ist das Kurbellager also über einen Schlitten 34 an einer Linearlagerung 35 befestigt, wobei die Linearlagerung 35 senkrecht zur Bodenplatte 28 angeordnet ist. Das Pleuel ist mit dem Linearschlitten so verbunden, dass eine ausschließlich senkrecht zur Bodenplatte 28 gerichtete Bewegung resultiert. Der Aufbau lässt sich mit einem 2. Pleuel und einem Gegengewicht 36 als 2. Schlitten auf der Linearführung ebenfalls schwingungskompensierend umsetzen.
Eine weitere Möglichkeit, eine solche Vibrationsvorrichtung an einem Ergometer vorzusehen ist in Fig. 7a dargestellt. Auch hier wird durch den Pleuel 1 eine im Wesentlichen streng in vertikaler Richtung verlaufende Vibration (vergleiche Pfeil) erzeugt. Der Pleuel 1 dient aber als alleinige Lagerung in vertikaler Richtung für das Tretlager, sodass eine extrem schlanke Konstruktion bereitgestellt wird. Um diese Konstruktion zu ermöglichen, gibt es nun zusätzlich eine Schwinge 32. Diese Schwinge 32 ist eine zweite Lagerung des Tretlagers im Wesentlichen um die Achse 45 der Bremse. Die Schwinge 32 verfügt über zwei Arme 46, einen ersten Arm 46' und einen zweiten Arm 46". Die beiden Arme greifen an unterschiedlichen Enden der Achse 45 an diese Achse an und lagern das Tretlager 29 schwenkbar. Aufgrund der Tatsache, dass die Achse des Tretlagers 29 und die Achse der Bremse 45 ungefähr auf der gleichen Höhe angeordnet sind, wird so sichergestellt, dass die Schwinge 32 eine Beweglichkeit des Tretlagers 29 am Tretlager in im Wesentlichen nur vertikaler Richtung ermöglicht, sodass die streng vertikaler Vibration sichergestellt ist. Wird bei einem solchen Ergometer die Bremse beispielsweise näher bei der Bodenplatte angeordnet oder im Wesentlichen unterhalb des Tretlagers, sollte dann die Schwinge 32 nicht an der Achse der Bremse angeschlagen werden, sondern an einem separaten Achslager ungefähr auf der Höhe des Tretlagers, eben um sicherzustellen, dass am Tretlager nur vertikaler Vibrationen möglich sind.
In Fig. 7a ist das Zentrum des Pleuelkopfs 1a mit dem Zentrum des Kurbellagers identisch. Das Kurbellager wird nur durch das Pleuel und die Schwinge gelagert. Dabei werden alle Kräfte außer solcher in Pleuelrichtung durch die Schwinge aufgenommen. Über das Kraftübertragungselement 31 wird die die einstellbare Bremskraft des Bremse 30 auf die Kurbel 33 übertragen. Die Bremswirkung kann durch geeignete, dem Fachmann bekannte Maßnahmen, wie z.B. Übersetzungen zwischen Kurbelwelle und Bremse, angepasst werden.
Eine weitere Möglichkeit, eine solche Vibrationsvorrichtung an einem Ergometer vorzusehen, ist in Fig. 7c dargestellt. Hier wird die Vibrationsvorrichtung unterhalb der Bremse angeordnet, und das Tretlager ist quasi frei schwebend. So entsteht eine besonders kompakte und elegante Bauweise. Die Schwinge 32 ist wiederum an der Achse 45 der Bremse angeschlagen und lagert das Tretlager 29 so, dass es nur in vertikaler Richtung bewegt werden kann. In vertikaler Richtung abgestützt wird das Tretlager 29 bei dieser Konstruktion nun dadurch, dass die Schwinge 32 eine schräg nach unten zur Vibrationsvorrichtung gerichtete Strebe aufweist, die über eine Pleuelaufnahme 37 an einen der beiden Pleuel der Vibrationsvorrichtung angekoppelt ist. Die Schwinge 32 umfasst mit anderen Worten ein Mittel zur Ankopplung der Vibration der Vibrationsvorrichtung und durch die geometrische Ausgestaltung und die eingesetzten Hebel wird sichergestellt, dass die Vibration, obwohl sie an der Vorrichtung in einer schrägen Richtung am Pleuel anliegt, am Tretlager in eine streng vertikale Vibration übersetzt wird. Vergleiche dazu insbesondere auch Fig. 9a , in der diese Konstruktion dargestellt ist, wobei nur die Schwinge 32 mit der Strebe 46 zur besseren Sichtbarkeit illustriert ist.
Fig. 7c zeigt also eine Variante, in der Schwingungsantrieb nicht unterhalb des Kugellagers, sondern außerhalb des Kurbelbereichs ausgeordnet ist. Dadurch entfallen Komponenten unterhalb der Kurbelwelle, eine sehr kompakte Bauweise ist somit möglich. Das Pleuel ist mit der Schwinge an der Pleuelaufnahme 37 der Schwinge beweglich verbunden.
Bei einer solchen Konstruktion wird vorteilhafterweise ein korrespondierendes Gegengewicht 36 ganz ähnlich gelagert und durch den zweiten um 180° phasenversetzten Pleuel angesteuert. Vergleiche dazu insbesondere Fig. 9b, in der diese Konstruktion des Gegengewichts dargestellt ist und die Schwinge für das Tretlager weggelassen ist. Das Gegengewicht 36, oder besser der Gewichtskopf 50 des Gegengewichts ist in diesem Fall ähnlich wie die Schwinge über eine erste Strebe 47 an der Achse 45 der Bremse angeachst. Auf der anderen Seite gibt es zwischen dem Gewichtskopf 50 und einer Pleuelaufnahme 37a für das Gegengewicht eine weitere Strebe 49, die nach unten gerichtet ist, sowie eine dritte Strebe 48, die die Pleuelaufnahme des Gegengewichts an die Achse 45 der Bremse anachst, um die erforderliche Stabilität der Lagerung zu gewährleisten. Das Gegengewicht, insbesondere dessen Gewichtskopf 50, ist so optimal platzsparend und trotzdem hervorragend gelagert zwischen den beiden Armen 46' und 46" der Schwinge angeordnet, und kann dort auch die optimale Kompensationswirkung bereitstellen.
In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ergometers illustriert. Die den oben beschriebenen Bauteilen entsprechenden Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schwinge mit mehreren Streben auf beiden Seiten ausgestaltet, unter anderem auch mit zusätzlichen vertikalen Streben und horizontalen Streben. Grundsätzlich ist aber die Anbindung an den Pleuel 1 analog wie weiter oben beschrieben im Zusammenhang mit den Figuren 7 und 9. Auch das Gegengewicht ist ähnlich gelagert, hier ist der Gewichtskopf 50 als Schichtkörper aufgebaut, was es ermöglicht, auch an der Masse des Gewichtskopfes gegebenenfalls vor Ort Anpassungen vorzunehmen, in dem weitere Schichten hinzugefügt werden. Des Weiteren ist der Gewichtskopf 50 quasi als Gabel ausgebildet, deren Arme das Tretlager 29 oben und unten wenigstens teilweise umgreifen. So kann das Gegengewicht möglichst nahe und in der Region des Tretlagers angeordnet werden, sodass die Kompensation der Vibration optimal erfolgen kann. Das Gegengewicht ist hier über einen ebenfalls mit mehreren Streben ausgebildeten Halterungskörper 47 gelagert, wiederum angekoppelt über die Pleuelaufnahme 37a für das Gegengewicht an die Vibrationseinheit. Dieser Halterungskörper durchgreift gewissermaßen Streben der Schwinge und ist so optimal platzsparend und kompakt gelagert.

Ebenfalls erkennbar bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Stellmotor 52 mit dem zugeordneten Keilriemen 51 für die Einstellung der Trapezgewindemutter und entsprechend für die Einstellung der Exzentrizität und der damit verbundenen Amplitude der Vibration. Ebenfalls erkennbar ist der Motor 54 für den Antrieb der Hauptwelle 12, und der entsprechende Keilriemen 53.

BEZUGSZEICHENLISTE

1	Pleuel	22	Wellenspannmutter
1'	Pleuel für Gegengewicht	23	Sicherungsring
1a	Pleuelkopf	24	Keilriemenscheibe
2	Schrauben	25	Spannmutter
3	Lagerring	26	Pleuelkopflager
4	Kugellager	27	Pleuelkopflager
5	Gleitstein	28	Bodenplatte
6	Exzenterscheibe	29	Kurbellager
6'	Exzenterscheibe für Gegengewicht	30	Bremse
6'	Exzenterscheibe für Gegengewicht	31	Kraftübertragungselement
7	Passschrauben	32	Schwinge
8	Spannring	33	Kurbel
9	Gleitschalen	34	Linearschlitten
10	Schrauben	35	Linearführung
11	Lageranordnung	36	Gegengewicht
12	Hauptwelle	37	Pleuelaufnahme Schwinge
12a	Schulterfläche	37a	Pleuelaufnahme Gegengewicht
12b	Gleitfläche	37a	Pleuelaufnahme Gegengewicht
13	Verstellelement	38	axiales Sackloch in 12
13a	Ausschnittsfläche	39	radiale Durchgangsöffnung
14	Passschrauben	40	Befestigungsbereich von 12
15	Lageraufnahme	41	Anlageflächen von 6 an 9
16	Lageranordnung	42	Anlageflächen von 9 an 12b
17	Trapezgewindemutter	43	Ausnehmung in 6
18	Trapezspindel	44	Ausnehmung in 28 für 1
19	Linkes Lagergehäuse	45	Achse der Bremse
19a	Rechtes Lagergehäuse	46	Strebe von 32
20	Wellenspannmutter	46', 46"	Arme von 32
21	Sicherungsring	47	Gewichtsstrebe zur Achse
	der Bremse	51	Keilriemen für Betätigung von Trapezgewindemutter
48	Gewichtsstrebe von der Achse der Bremse zur Pleuelaufnahme des Gegengewichts	51	Keilriemen für Betätigung von Trapezgewindemutter
48		52	Motor für Betätigung von Trapezgewindemutter über 51
49	Gewichtsstrebe von der Pleuelaufnahme des	53	Keilriemen für Antriebsmotor von Hauptwelle 12
	Gegengewichts zum Gewichtskopf	54	Motor für Antrieb von Hauptwelle 12
50	Gewichtskopf

Claims

Ergometer, insbesondere Fahrrad-Ergometer, mit wenigstens einer Tretvorrichtung für einen Benutzer und mit einer Vibrationseinheit,
dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (29) der Tretvorrichtung um eine horizontale Schwenkachse (45) schwenkbar gelagert ist,

dass die Vibrationseinheit wenigstens eine direkt oder indirekt von einem Motor (54) angetriebene Hauptwelle (12) mit einer daran befestigten Exzenterscheibe (6) aufweist, wobei die Exzenterscheibe (6) drehbar an einen Pleuel (1) angekoppelt ist, und

dass der Pleuel (1) mit einem an seinem der Exzenterscheibe (6) gegenüberliegend angeordneten Pleuelkopf (1a) die Vibrationen auf das Lager (29) der Tretvorrichtung überträgt, sodass die Vibrationen im Wesentlichen ausschließlich an diesem Lager (29) in vertikaler Richtung anliegen.
Ergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Tretvorrichtung, eine Bremse (30) angeordnet ist, die über ein Kraftübertragungselement (31), vorzugsweise in Form einer Kette, eines Zahnriemens oder eines Keilriemens, mit der Tretvorrichtung gekoppelt ist, und wobei das Lager (29) der Tretvorrichtung um eine horizontale, auf der Höhe einer Achse (45) der Bremse (30) angeordnete Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, wobei bevorzugt die Schwenkachse (45) horizontal angeordnet ist.
Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsenlagerung des Lagers (29) durch eine im Wesentlichen gabelförmigen Konstruktion gegeben ist, bei der die Gabelenden der Arme (46', 46") vorzugsweise drehbar um die Schwenkachse gelagert sind, und die gegenüberliegenden zusammengeführten Arme mit dem Lager (29) verbunden sind, vorzugsweise indem der zusammengeführte Bereich eine Lageraufnahme für das Lager (29) der Tretvorrichtung bildet.
Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (45) derart angeordnet ist, dass am Ort des Lagers (29) die Schwenkbewegung im Wesentlichen ausschließlich in vertikaler Richtung erlaubt ist.
Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vibrationseinheit unterhalb des Lagers (29) angeordnet ist, und dass der Pleuelkopf (1a) direkt an das Lager (29) angekoppelt ist, vorzugsweise eine Lagerschale für das Lager (29) bildet, und dass der Pleuel (9) im Wesentlichen die gesamte vertikal nach unten gerichtete Last auf dem Lager (29) alleine und ohne weitere Führung trägt, wobei vorzugsweise die Achse der Hauptwelle (12) parallel zur Achse des Lagers (29) verläuft

oder dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (29) der Tretvorrichtung in einer vertikalen Linearführung (35) mit einem Linearschlitten (34) gelagert ist, wobei der Linearschlitten (34) oben fest mit dem Lager (29) verbunden ist, und unten mit dem Pleuelkopf (1a) verbunden ist, wobei vorzugsweise die Achse der Hauptwelle (12) parallel zur Achse des Lagers (29) verläuft.
Ergometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bodenplatte (28) angeordnet ist, unterhalb welcher die Hauptwelle (12) und vorzugsweise auch der Motor angeordnet ist und oberhalb welcher die Tretvorrichtung angeordnet ist, wobei in der Bodenplatte (28) eine Ausnehmung (44) vorgesehen ist, durch welche der Pleuel (1) hindurchtritt und mit seinem Pleuelkopf (1a) direkt an das Lager (29) angekoppelt ist.
Ergometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationseinheit unterhalb der Bremse (30), vorzugsweise oberhalb einer Bodenplatte (28) angeordnet ist, und wobei vorzugsweise die Kopplung des Pleuels (1) an das Lager (29) über wenigstens eine schräg nach oben verlaufende, den Pleuelkopf (1a) direkt oder indirekt mit dem Lager (29) verbindende Strebe (46) realisiert ist, und wobei weiterhin vorzugsweise diese Strebe (46) starr mit der Schwenkachsenlagerung verbunden ist.
Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergometer auf einer Grundplatte gelagert ist, das als mechanischer Hochpassfilter für die durch die Vibrationseinheit erzeugten Vibrationen wirkt, und/oder das und/oder dass die Vibrationseinheit wenigstens eine direkt oder indirekt von einem Motor (54) angetriebene Hauptwelle (12) mit einer daran befestigten Exzenterscheibe (6) aufweist, wobei die Exzenterscheibe (6) drehbar an einen Pleuel (1) angekoppelt ist, und an der Hauptwelle (12) ein eine weitere Exzenterscheibe (6') angeordnet ist, mit der ein Gegengewicht (36) in eine Kompensationsvibration versetzt wird, wobei vorzugsweise diese weitere Exzenterscheibe (6') auf der Hauptwelle (12) mit zur Exzenterscheibe (6) zum Antrieb des Pleuels entgegengesetzter Exzentrizität angeordnet ist, wobei weiterhin vorzugsweise die weitere Exzenterscheibe (6') einen weiteren Pleuel (1') antreibt, der drehbar auf der weiteren Exzenterscheibe (6') gelagert ist und an ein Gegengewicht (36) angekoppelt ist, dass im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Vibrationsvorrichtung am Lager (29) in Vibration versetzt wird, aber mit einer die Vibration am Lager (29) kompensierender Wirkung, vorzugsweise indem die Vibration am Gegengewicht (36) um 180° gegenüber der Vibration am Lager (29) versetzt ist.
Ergometer nach Anspruche 8, wenn nicht abhängig von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Tretvorrichtung, eine Bremse (30) angeordnet ist, die über ein Kraftübertragungselement (31), vorzugsweise in Form einer Kette, eines Zahnriemens oder eines Keilriemens, mit der Tretvorrichtung gekoppelt ist, und das Gegengewicht (36) um eine horizontale, vorzugsweise auf der Höhe einer Achse (45) der Bremse (30) angeordnete Schwenkachsenlagerung schwenkbar gelagert ist, wobei bevorzugt die Schwenkachse (45) so angeordnet ist, dass das Gegengewicht (36) im Bereich des Lagers (29) die Schwenkbewegung im Wesentlichen ausschließlich in vertikaler Richtung vollzieht, wobei vorzugsweise das Gegengewicht (36) einen Gewichtskopf (50) im Bereich des Lagers (29 aufweist, und weiterhin vorzugsweise dieser Gewichtskopf (50) den Lagerbereich wenigstens teilweise gabelförmigen oben und unten umgreift.
Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterscheibe (6) und/oder eine gegebenenfalls vorhandene weitere Exzenterscheibe (6') auf der Hauptwelle (12) entlang einer Richtung senkrecht zur Drehachse der Hauptwelle (12) verschieblich und einstellbar gelagert ist, wobei vorzugsweise diese Lagerung durch eine Kulissenführung (5,13a) realisiert ist, bei welcher wenigstens ein Verstellelement (13) bei Verschiebung entlang der Achse der Hauptwelle (12) eine Verschiebung der Exzenterscheibe (6) entlang einer Richtung senkrecht zur Drehachse der Hauptwelle verursacht.
Ergometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verstellelement (13) in einer Ausnehmung (38) oder Durchgangsöffnung in der Hauptwelle (12) über Stellmittel (18) einstellbar verschieblich gelagert ist, und eine Kulisse (13a) im oder am Verstellelement durch Wechselwirkung mit einem Gleitstein (5) an der Exzenterscheibe (6) die Exzentrizität der Exzenterscheibe (6) einstellt.
Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hauptwelle (12) eine Exzenterscheibe (6) für die Erzeugung der gewünschten Vibration und eine weitere Exzenterscheibe (6') für das Gegengewicht gelagert ist, und dass entweder ein Verstellelement (13) vorgesehen ist, mit welchem die Exzentrizität beider Exzenterscheiben korreliert um 180° versetzt eingestellt werden kann, oder dass zwei individuelle Verstellelement für die jeweilige Exzenterscheibe (6, 6') vorgesehen sind, über die die Exzentrizität der Scheiben individuell eingestellt werden kann.
Ergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es für den Betrieb bei einer Frequenz von 1-50 Hz mit einer Vibrationsamplitude am Lager (29) im Bereich von 1-10 mm, vorzugsweise im Bereich von 3-7 mm, vorzugsweise mit einer Belastung im Bereich von 50-500 W, insbesondere im Bereich von 100-300 W ausgelegt ist.
Verwendung eines Ergometers nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei vorzugsweise Frequenzen im Bereich von 5-50 Hz, vorzugsweise im Bereich von 7-25 Hz und/oder mit Amplituden im Bereich von 1-10 mm, vorzugsweise 3-7 mm am Lager (29) eingestellt werden.