WO2006069988A1 - Vibrationsergometer - Google Patents

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WO2006069988A1
WO2006069988A1 PCT/EP2005/057170 EP2005057170W WO2006069988A1 WO 2006069988 A1 WO2006069988 A1 WO 2006069988A1 EP 2005057170 W EP2005057170 W EP 2005057170W WO 2006069988 A1 WO2006069988 A1 WO 2006069988A1
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vibration
unit
ergometer
bottom bracket
crank
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PCT/EP2005/057170
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Dieter Quarz
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Dieter Quarz
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Priority to CA2592863A priority patent/CA2592863C/en
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    • A63B22/0605—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement performing a circular movement, e.g. ergometers
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    • A61H2203/0431—Sitting on the buttocks in 90°/90°-position, like on a chair

Definitions

  • the invention relates to a vibration ergometer and its use.
  • US Pat. No. 4,570,927 discloses a device in which the legs of a paraplegic patient are moved by a crank unit driven by a motor.
  • the NL 102 16 19 C describes a device in which vibration energy is transmitted via a handle bar on the upper extremities.
  • DE 102 41 340 A1 discloses a device in which a vibrato mode selectively transmits vibrations to stretched muscle structures.
  • DE 196 39 477 A1 shows a device with a seat, a handle bar and vibration unit, in which the feet of the user is subjected to vibrations.
  • a use of these five aforementioned devices together with or as an ergometer, for example via a connected to the crankshaft brake unit is not disclosed.
  • a training device in which single or multiple acted upon by vibration contact points to the trainees by one or more damping elements are isolated vibration mechanical, so that all assemblies are added to support the body parts of the user in vibration.
  • the object of the present invention is to provide a vibration ergometer which enables an integrative training therapeutic use, in particular for rehabilitation / geriatric patients or competitive athletes; covers as broad a training medium requirement profile without combination with conservative training devices and has a small footprint, so that it is used for example in space.
  • This object is achieved by a vibration ergometer having a seat unit (20), a bottom bracket / crank unit (1) connected to a brake unit (4) and a vibration unit, the latter consisting of vibration plate (2), vibration frame (18) and vibration motors (3).
  • the vibration plate (2) is connected to the bottom bracket / crank unit (1) and the bottom bracket / crank unit (1) is mechanically decoupled from the seat unit.
  • the vibration plate (2) is not mechanically or vibration-decoupled via damping elements with the bottom bracket / crank unit (1).
  • the inventive mechanical decoupling of the seat unit (20) of the vibration unit is ensured according to a significant inventive feature that not every module for supporting the trainees with the correspondingly associated body part of the trainee in operative connection (with the vibration) is. If the bottom bracket / crank unit (1) is rotated by the lower extremities, according to the present invention, the vibrations act almost exclusively on the lower extremities, but only very slightly on the buttocks, upper extremities, body trunk and head.
  • the vibrations act almost exclusively on the upper extremities, but only very slightly on the buttocks, lower extremities, body trunk and head.
  • seat unit is understood in particular a saddle, as it is known for example from the bicycle industry.
  • the bottom bracket / crank unit (1) is attached to the vibration unit as a separate assembly.
  • an effective decoupling from the on the bottom bracket / crank unit (1) acting vibrations of the seat unit (20) is ensured.
  • This embodiment also has advantages with respect to the undesired transmission of the vibrations to the other body parts of the exerciser which are not to be subjected to vibrations and which likewise come into contact with other components of the vibratory ergometer according to the invention.
  • the vibration ergometer additionally has a wheel frame superstructure (17), wherein the seat unit (20) is connected to this wheel frame superstructure (17).
  • This embodiment is used as a bicycle ergometer.
  • wheel frame superstructure is understood here and below to mean the part of a bicycle which consists of chain stays, rear struts (with associated dropouts), seat tube, down tube, head tube, fork (with associated dropouts) and top tube (ie the bottom bracket / crank unit (1)) not under the term "wheel frame superstructure”.
  • the vibration unit i. the vibration plate (2), the vibration frame (18) and the vibration motors (3), and the damping elements (5, 6) are assigned neither the bicycle components of the vibratory ergometer nor the term "wheel frame superstructure" in the sense of the present invention.
  • connection of the seat unit with the wheel frame superstructure can not be releasably or (for example for height adjustment) be made detachable, for example via a saddle clamp.
  • the seat unit (20) without damping elements and the vibration unit via damping elements (5,6) are connected to a bottom plate (15).
  • This embodiment ensures effective suppression of vibration transmission from the vibration unit to the seat unit (20) or the wheel frame superstructure (17) using simple, freely available means.
  • Another, likewise preferred embodiment relates to one of the aforementioned vibrating ergometers with a wheel frame superstructure (17), in which the wheel frame superstructure (17) is releasably connected to the bottom plate (15).
  • the wheel frame superstructure (17) can be detached from the front fork fixing by commercial quick fasteners - a simple folding away of the wheel frame superstructure is sufficient to use the bicycle ergometer as a hand-crank ergometer.
  • a simple folding away of the wheel frame superstructure is sufficient to use the bicycle ergometer as a hand-crank ergometer.
  • the necessary change of the seat unit (20) can be done in a simple manner by a located on the front fork fixing for the detachable seat unit (20).
  • the removable bicycle seat just needs to be "transposed".
  • the bottom bracket / crank unit (1) may also be fixed on a height-adjustable support which is mounted on the vibration plate (2).
  • the vibration motors (3) of the vibration unit are frequency-controlled, whereby the vibration intensity can be varied and adjusted as desired or required via a controller (19). In this way it is possible to vary the intensity of training or treatment.
  • the bottom bracket / crank unit (1) can be connected to vary the power requirement for the user in particular via a drive chain with the brake unit (4).
  • the brake unit (4) can be a manually adjustable braking resistor (4) according to the previously described embodiments, in particular such a braking resistor based on a magnetic induction, eddy current or friction brake.
  • the present invention relates to the use of the vibrating ergometers described above as hand-held ergometers or as cycle ergometers, in particular for the treatment of rehabilitation / geriatrics patients or competitive athletes, in order to increase their individual performance structure by selective vibration transmission to the user's muscle loops.
  • Such treatments include, in particular, neuropathological conditions such as Parkinson's disease, ALS (amyotrophic lateral sclerosis), spinal paresis, spasticity, restless leg syndrome (RLS), multiple sclerosis, PAD (peripheral artheriovenous diseases), varicose veins, local ischemia, contractures, osteoporosis, postoperative rehabilitation , Fall prevention, compensation of coordination deficits, arteriosclerosis prevention and treatment of cardiovascular diseases ,.
  • neuropathological conditions such as Parkinson's disease, ALS (amyotrophic lateral sclerosis), spinal paresis, spasticity, restless leg syndrome (RLS), multiple sclerosis, PAD (peripheral artheriovenous diseases), varicose veins, local ischemia, contractures, osteoporosis, postoperative rehabilitation , Fall prevention, compensation of coordination deficits, arteriosclerosis prevention and treatment of cardiovascular diseases ,.
  • Figure 1 is a side view of the device according to the invention.
  • Figure 2 is a front view of the device
  • Figure 3 is a plan view of the device
  • Figure 4 is a perspective view of the device belonging to the control columns.
  • Figure 1 shows the Vibrationsradergometer consisting of four structural areas: the vibrating frame 18 (used in the embodiment materials: aluminum, steel full material and stainless steel square tubes), the Radrahmenüberbau 17 (used in the exemplary embodiment material: alloyed chromium-molybdenum steel), the control column 19 (used in the embodiment Material: aluminum / steel sheet) and a rear wheel brake resistor 4 (material used in the embodiment: metal / plastic).
  • the vibrating frame 18 used in the embodiment materials: aluminum, steel full material and stainless steel square tubes
  • the Radrahmenüberbau 17 used in the exemplary embodiment material: alloyed chromium-molybdenum steel
  • the control column 19 used in the embodiment Material: aluminum / steel sheet
  • a rear wheel brake resistor 4 material used in the embodiment: metal / plastic.
  • the vibration frame 18 is provided to the ground with floor damping elements 5, which are intended to prevent vibration or vibration to the environment.
  • floor damping elements 5 are in the embodiment of foam disks or rubber-metal vapors, the number or degree of hardness depends on the desired damping, between two circular metal surface washers, which are fastened together by a fferfix réelle in the four Vollmaterialeckklalen the vibrating frame 18.
  • the entire apparatus is also on rubber mats 14 (in the embodiment, natural rubber mats), these in turn are on a bottom plate 15 (in the exemplary embodiment used material: screen printing plate).
  • the vibrating frame 18 is solidified on the bottom plate 15 by means of a fixing 12 (in the embodiment: six U-shaped Loop holder, each with two lock screws and self-locking nuts; two each on the front / rear square tubes and one each on the side square tubes of the lower level).
  • a further damping with rubber-metal dampers 6 is mounted, which ensure a defined vibration of the mounted vibration plate 2.
  • the unbalance transmission is generated by vibration motors 3, which are regulated by the control column 19 from.
  • a frequency converter is used with control panel, the interpretation of which is based on the operating parameters of the vibration motors 3.
  • a stiffening strip 7 (in the exemplary embodiment: aluminum alloy) to which the vibration motors 3 are fixed.
  • An attachment piece as a fork fixation 8 separated from the front of the vibrating frame and mounted separately with two U-loop holders and two Schlossschraubenfix isten in the bottom plate, serves as a length-adjustable mounting of angled and height adjustable guide and receiving device for the dropouts of the forked edge of the Radrahmenüberbaus 17 ( in the exemplary embodiment: stainless steel square tube).
  • This fixture is provided with a foam pad between the neck nozzle and resting on the bottom plate square underbody ear, whereby a vibration transmission to the handlebar of the Radrahmenüberbaus is to be damped (by installing a fork, this effect can be enhanced).
  • a further height-adjustable bracket for the bottom bracket / crank unit 1 is attached to the pedals (in the embodiment: stainless steel square tube).
  • This insulated drive unit swings freely under the wheel frame superstructure 18.
  • the wheel frame superstructure 18 consists of a modified bicycle frame.
  • the bottom bracket sleeve in the junction of the saddle or down tube and the chain struts is cut out and replaced by a downwardly open half-shell.
  • the junction is provided by frame stiffening elements 9 between the lower and the seat tube, as well as between the chain stays and the seat tube.
  • the wheel frame superstructure 18 is made with the saddle, handlebar device, circuit, chain drive connection to the sprockets of the pedal unit, rear wheel with sprocket (graduated translation options) , Gear shift and rear brake provided.
  • the mechanical resistance unit of the rear wheel brake resistor 4 leads the rear wheel of the wheel frame superstructure 18 in the exemplary embodiment on a cylindrical roller with adjustable Magnetinduklamse (commercial so-called training role). About the braking resistor, the power requirement for the user can be varied.
  • a Bowden cable is guided by the Magnetinduklamse under the vibration frame 18 through the handlebar and connected there with a lever unit.
  • the resistor can also be generated by eddy current brakes or friction mechanisms on moving flywheels replacing the rear wheel.
  • the resistance unit is on a pedestal substructure 10 (in the embodiment: screen printing plate material), which is the footprint and cradle forms. Angular elements at the four corners of the pedestal substructure 10 fix the training role and prevent a shift position under load conditions.
  • a stop plate 11 is attached to the vibrating frame 18 out.
  • Figures 2 and 3 illustrate by different perspectives the spatial configuration of the above-mentioned construction details.
  • transport handles 13 are fixed on the front side of the bottom plate 15 and transport rollers 16 on the rear side of the construction.
  • the vibration plate 2, the vibration frame 18 including the vibration motors 3 and the damping elements 5 and 8 represent the entire vibration unit.
  • the bottom bracket / crank unit 1 is on the one hand connected to the vibration unit, on the other hand mechanically decoupled from the wheel frame superstructure 17 with respect to a vibration transmission.
  • FIG. 4 shows the control column 19. This serves, on the one hand, as a cable guide for the supply line between the vibration motors 3 and the electronic control components and, on the other hand, as a support for the control unit. This is formed by a frequency converter which generates the speed regulation of the vibration motors 3 and the resulting vibration frequency of the vibration plate 2.
  • the display of the control unit shows the vibration / engine speed parameters, the manual regulation is via a keypad.
  • the components of the vibratory ergometer can be used for the components of the vibratory ergometer, provided the functionality is not limited by the material properties.
  • the metal / wooden components made of carbon fiber or GFRP materials can be made.
  • Foam mats under the bottom plate serve as a support for the overall construction, so that uneven floors are compensated for the smooth underside and prevents resonance transmissions to the environment.
  • Figures 1, 2, 3a, 3b, 4, 5 and 6 show a vibrating bicycle ergometer according to the invention. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Vibrationsergometer mit einer Sitzeinheit (20), einer mit einer Bremseinheit (4) verbundenen Tretlager-/Kurbeleinheit (1) sowie einer Vibrationseinheit, letztere bestehend aus Vibrationsplatte (2), Vibrationsgestell (18) und Vibrationsmotoren (3), wobei die Vibrationsplatte (2) mit der Tretlager-/Kurbeleinheit (1) verbunden und die Tretlager- /Kurbeleinheit (1) von der Sitzeinheit mechanisch entkoppelt ist.

Description

V i b r a t i o n s e r g o m e t e r
Die Erfindung betrifft ein Vibrationsergometer sowie dessen Verwendung.
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 konditioneile (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 medizinschen Vibrationstrainings (MVT) bereits erfolgt, ist die wissenschaftliche Absicherung der Methode noch im Grundlagenforschungsstadium angesiedelt. Sportwissenschaftlich fundierte Publikationen finden sich in den Artikeln von Künnemeyer/Schmidtbleicher u.a. („Die rhythmisch neuromuskuläre Stimulation" in: Leistungssport, 2/1997, S. 39 - 42) und Weber u.a. („Muskelstimulation durch Vibration" in: Leistungssport, 1/1997, S. 53 - 56).
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 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, bei der die Füße des Anwenders mit Vibrationen beaufschlagt wird. Eine Verwendung dieser fünf zuvor genannten Vorrichtungen zusammen mit oder als Ergometer, beispielsweise über eine mit der Kurbelwelle verbundenen Bremseinheit, ist nicht offenbart.
Die Umsetzung von Vibrationen auf Radergometriebedingungen beschreiben Samuelson u.a. („Influence of Vibration on Work Performance During Ergometer Cycling" in: Uppsala Journal of Medicine Sciences (1989)94, S. 73 - 79) bzw. Treler u.a. („Weichteile" in Radmagazin "tour", 2/1999, S. 26 - 33). In beiden Fällen erfolgt eine Simulation durch konstruktive Improvisationen, d.h. durch Montage eines kompletten Fahrradrahmens auf einem Hydropulser bzw. Fixierung eines kompletten Ergometers auf einer Rüttelplatte.
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.
Alle zuvor genannten Ergometersysteme basieren auf dem Prinzip, den Anwender zusammen mit dem dem eingesetzten Trainigsmittel 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 M VT- 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 eines Vibrationsergometers, welches eine integrative trainingstherapeutische Verwendung - insbesondere für Reha-/Geriatriepatien- ten oder Leistungssportler - ermöglicht; ein möglichst breites Trainingsmittelanforderungsprofil ohne Kombination mit konservativen Trainingsgeräten abdeckt und einen geringen Platzbedarf aufweist, so dass es beispielsweise in der Raumfahrt Verwendung findet. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Vibrationsergometer mit einer Sitzeinheit (20), einer mit einer Bremseinheit (4) verbundenen Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) sowie einer Vibrationseinheit, letztere bestehend aus Vibrationsplatte (2), Vibrationsgestell (18) und Vibrationsmotoren (3), wobei die Vibrationsplatte (2) mit der Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) verbunden und die Tretlager- /Kurbeleinheit (1 ) von der Sitzeinheit mechanisch entkoppelt ist.
Die Vibrationsplatte (2) ist insbesondere nicht über Dämpfungselemente mit der Tretlager-/Kur- beleinheit (1 ) mechanisch bzw. vibrationstechnisch entkoppelt.
Durch die erfindungsgemäße mechanische Entkopplung der Sitzeinheit (20) von der Vibrationseinheit ist entsprechend einem wesentlichen erfindungsgemäßen Merkmal sichergestellt, dass nicht jede Baugruppe zur Abstützung des Trainierenden mit dem entsprechend zugeordneten Körperteil des Trainierenden in Wirkverbindung (mit der Vibration) steht. Sofern die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) von den unteren Extremitäten rotiert wird, wirken gemäß der vorliegenden Erfindung die Vibrationen fast ausschließlich auf die unteren Extremitäten, dagegen nur in sehr geringem Maße auf das Gesäß, die oberen Extremitäten, den Körperstamm und den Kopf.
Diese Unterschiede sind über Beschleunigungsaufnehmer messbar. Untersuchungen haben gezeigt, dass in diesem Fall (Drehung der Tretlager-/Kurbeleinheit über die Beine) durch einfache mechanische Entkopplung (z.B. über Dämpfungsglieder der Vibrationseinheit) die am Fußsprunggelenk gemessene Energie noch mehr als 80 % der an der Vibrationsplatte gemessenen Energie beträgt; am Knie wurden weniger als 50 % der von der Vibrationsplatte ausgehenden Energie gemessen; am Kopf wurden weniger als 5 % der von der Vibrationsplatte ausgehenden Energie gemessen.
Sofern die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) von den oberen Extremitäten rotiert wird, wirken gemäß der vorliegenden Erfindung die Vibrationen fast ausschließlich auf die oberen Extremitäten, dagegen nur in sehr geringem Maße auf das Gesäß, die unteren Extremitäten, den Körperstamm und den Kopf.
Auch in dieser Ausführungsform sind deutliche Unterschiede der auf den Trainierenden übertragenden Vibrationsenergie (z.B. Handgelenk und Gesäß) messbar.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es erstmals möglich, ein Trainingsgerät bereitzustellen, bei dem durch unter Ergometriebedingungen selektiv auf ausgewählte Körperteile (oder -regionen) übertragene Vibrationsenergie ein breites Trainingsmittelanforderungsprofil ohne Kombination mit zusätzlichen, konservativen Trainingsgeräten abdeckt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch gleichzeitige Bereitstellung einer speziell wirkenden Vibrationseinheit mit einer mechanischen Widerstands- erzeugung und einer modifizierten Ergometerkonstruktion, bei geringstem räumlichen Anspruch eine komplexe Trainingsmittelanwendung realisierbar wird. Daraus resultiert ein multifunktionales Trainingsgerät im Rahmen des MVT, das sowohl koordinative als auch konditioneile Reizwirkungen für physiologische Adaptationen zur Verbesserung der individuellen Leistungsstrukturen der Anwender transformiert. Durch Anwendung von GFK- bzw. Kohlefaserverbundwerkstoffen lässt sich das Gewicht der Vorrichtung zudem drastisch senken, ohne die Funktionalität zu beeinflussen.
Unter dem Begriff „Sitzeinheit" wird insbesondere ein Sattel verstanden, wie er beispielsweise aus dem Fahrradbau bekannt ist.
Durch die Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es erstmals möglich, ein Vibrationsergometer in kompakter Bauform bereitzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) als separate Baugruppe an der Vibrationseinheit befestigt. Hierdurch wird eine effektive Entkopplung von der auf die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) wirkenden Vibrationen von der Sitzeinheit (20) gewährleistet. Diese Ausführungsform hat auch Vorteile bezüglich der unerwünschten Übertragung der Vibrationen auf die weiteren, mit den nicht mit Vibrationen zu beaufschlagenden Körperteilen des Trainierenden, die ebenfalls über weitere Bauteile des erfindungsgemäßen Vibrationsergometers in Berührung kommen.
In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist das Vibrationsergometer zusätzlich einen Radrahmenüberbau (17) auf, wobei die Sitzeinheit (20) mit diesem Radrahmenüberbau (17) verbunden ist. Diese Ausführungsform wird als Fahrradergometer verwendet. Unter dem Begriff „Radrahmenüberbau" wird hier und im folgenden der Teil eines Fahrrads verstanden, der aus Kettenstreben, Hinterbaustreben (mit zugehörigen Ausfallenden), Sattelrohr, Unterrohr, Steuerrohr, Gabel (mit zugehörigen Ausfallenden) und Oberrohr besteht. Folglich fällt die Tretlagerhülse mit Kurbeleinheit (d.h. die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 )) nicht unter den Begriff „Radrahmenüberbau".
Auch die Vibrationseinheit, d.h. die Vibrationsplatte (2), das Vibrationsgestell (18) und die Vibrationsmotoren (3), sowie die Dämpfungselemente (5, 6) werden im Sinne der vorliegenden Erfindung weder den Fahrrad-Komponenten des Vibrationsergometers noch dem Begriff „Radrahmenüberbau" zugeordnet.
Diese Verbindung der Sitzeinheit mit dem Radrahmenüberbau kann nicht lösbar oder (beispielsweise zur Höhenverstellung) lösbar ausgestaltet sein, beispielsweise über eine Sattelklemme. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Sitzeinheit (20) ohne Dämpfungselemente und die Vibrationseinheit über Dämpfungselemente (5,6) mit einer Bodenplatte (15) verbunden.
Diese Ausgestaltung gewährleistet unter Verwendung einfacher, frei verfügbarer Mittel eine wirksame Unterdrückung einer Schwingungsübertragung von der Vibrationseinheit auf die Sitzeinheit (20) bzw. den Radrahmenüberbau (17).
Eine weitere, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform betrifft ein der zuvor genannten Vibrationsergometer mit einem Radrahmenüberbau (17), bei dem der Radrahmenüberbau (17) lösbar mit der Bodenplatte (15) verbunden ist.
Durch dieses konstruktive Merkmal ist es auf einfache Weise möglich, ein Handkurbelergometer und ein Fahrradergometer in einer Vorrichtung bereitzustellen.
Beispielsweise kann in dieser Ausführungsform der Radrahmenüberbau (17) von der Vorderradgabelfixierung durch handelsübliche Schnellverschlüsse gelöst werden - ein einfaches Wegklappen des Radrahmenüberbaus genügt, um das Fahrradergometer als Handkurbelergometer zu verwenden. Durch Wegklappen der Radergometerrahmenkonstruktion ist mit einer Vorrichtung ein separates Trainings der Muskelschlingen der oberen bzw. unteren Extremitäten möglich.
Die hierfür notwendige Änderung der Sitzeinheit (20) kann in einfacher Weise durch eine an der Vorderradgabelfixierung befindliche Aufnahme für die lösbare Sitzeinheit (20) erfolgen. Der abnehmbare Fahrradsitz braucht nur „umgesteckt" zu werden.
Die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) kann darüber hinaus auf einem höhenverstellbaren Träger fixiert sein, der auf der Vibrationsplatte (2) befestigt ist.
Auf diese Weise ist eine individuelle oder trainingsbedingte Anpassung an die anthropometri- schen Gegebenheiten des Trainierenden gewährleistet.
In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform sind die Vibrationsmotoren (3) der Vibrationseinheit frequenzgesteuert sind, wodurch die Vibrationsintensität variierbar und je nach Wunsch oder Erfordernis über eine Steuerung (19) einstellbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Intensität des Trainings oder der Behandlung zu variieren.
Die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) kann zur Variierung der Leistungsanforderung für den Anwender insbesondere über eine Antriebskette mit der Bremseinheit (4) verbunden sein.
Die Bremseinheit (4) kann entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ein manuell verstellbarer Bremswiderstand (4) sein, insbesondere ein solcher Bremswiderstand auf Basis einer Magnetinduktions-, Wirbelstrom- oder Friktionsbremse. Die vorliegende Erfindung betrifft in einer weiteren Ausführungsform die Verwendung der zuvor beschriebenen Vibrationsergometer als Handkurbelergometer oder als Fahrradergometer, insbesondere zur Behandlung von Reha-/Geriatriepatienten oder Leistungssportlern, um durch eine selektive Vibrationsübertragung auf die Muskelschlingen des Anwenders dessen individuelle Leistungsstruktur zu erhöhen.
Solche Behandlungen umfassen insbesondere neuropathologische Krankheitsbilder, wie beispielsweise Morbus Parkinson, ALS (amyotrophe Lateralsklerose), Spinalparesen, Spastiken, RLS (restless leg Syndrom), Multiple Sklerose, PAVK (periphär artheriovenöse Krankheiten), Krampfadern, lokale Ischämie, Kontrakturen, Osteoporose, postoperative Rehabilitation, Sturzprophylaxe, Ausgleich von Koordinationsdefiziten, Arterioskleroseprävention und Behandlung cardiovasculärer Erkrankungen,.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne diese darauf zu begrenzen.
Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung;
Figur 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht der zur Vorrichtung gehörenden Steuersäulen.
Figur 1 zeigt das Vibrationsradergometer bestehend aus vier Konstruktionsbereichen: dem Vibrationsgestell 18 (im Ausführungsbeispiel verwendete Werkstoffe: Aluminium, Stahlvollmaterial und Edelstahlvierkantprofilrohre), dem Radrahmenüberbau 17 (im Ausführungsbeispiel verwendetes Material: legierter Chrom-Molybdän-Stahl), der Steuersäule 19 (im Ausführungsbeispiel verwendetes Material: Aluminium-/Stahlblech) und einem Hinterradbremswiderstand 4 (im Ausführungsbeispiel verwendetes Material: Metall/Kunststoff).
Das Vibrationsgestell 18 ist zum Boden hin mit Bodendämpfungselementen 5 versehen, die eine Schwingungsübertragung auf die Umgebung verhindern bzw. dämpfen sollen. Diese Bodendämpfungselemente 5 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Schaumstoffscheiben oder Gummimetalldämpfen, deren Anzahl bzw. Härtegrad von der gewünschten Dämpfung abhängig ist, zwischen zwei kreisrunden Metallflächen-Unterlegscheiben, welche zusammen durch eine Schraubfixierung in den vier Vollmaterialecksäulen des Vibrationsgestells 18 befestigt sind. Zur Bodendämpfung steht die gesamte Apparatur zusätzlich auf Gummimatten 14 (im Ausführungsbeispiel Naturkautschukmatten), diese wiederum liegen auf einer Bodenplatte 15 (im Ausführungsbeispiel verwendetes Material: Siebdruckplatte). Das Vibrationsgestell 18 ist an der Bodenplatte 15 mittels einer Fixierung 12 verfestigt (im Ausführungsbeispiel: sechs U-förmige Schlaufenhalter mit je zwei Schlosschrauben und selbstsichernden Muttern; je zwei an den Stirn-/Rückvierkantrohren und je einer an den Seitenvierkantrohren der unteren Ebene). Nach oben ist eine weitere Dämpfung mit Gummimetalldämpfern 6 angebracht, die für eine definierte Schwingung der aufmontierten Vibrationsplatte 2 sorgen. Die Unwuchtübertragung wird durch Vibrationsmotore 3 generiert, die von der Steuersäule 19 aus reguliert werden. Im Ausführungsbeispiel wird hierfür ein Frequenzumrichter mit Bedienteil verwendet, dessen Auslegung an den Betriebsparametern der Vibrationsmotoren 3 orientiert ist. An der Unterseite der Vibrationsplatte 2 (im Ausführungsbeispiel: Aluminiumlegierung) verläuft eine Versteifungsleiste 7 (im Ausführungsbeispiel: Aluminiumlegierung), an der die Vibrationsmotoren 3 fixiert sind. Ein Ansatzstutzen als Gabelfixierung 8, getrennt von der Vorderseite des Vibrationsgestellrahmens und separat mit zwei U-Schlaufenhalterungen und je zwei Schlossschraubenfixierungen in der Bodenplatte montiert, dient als längenverstellbare Halterung der winklig angesetzten und höhenverstellbaren Führungs- und Aufnahmevorrichtung für die Ausfallenden der Gabelscheide des Radrahmenüberbaus 17 (im Ausführungsbeispiel: Edelstahlvierkantrohr). Diese Haltevorrichtung ist mit einem Schaumstoffpolster zwischen dem Ansatzstutzen und dem auf der Bodenplatte aufliegenden Vierkantunterbaurohr versehen, wodurch ein Schwingungsübertragung auf den Lenker des Radrahmenüberbaus gedämpft werden soll (durch Einbau einer Federgabel kann dieser Effekt verstärkt werden). Auf der Oberfläche der Vibrationsplatte 2 ist eine weitere höhenverstellbare Halterung für die Tretlager-/Kurbeleinheit 1 mit den Pedalen befestigt (im Ausführungsbeispiel: Edelstahlvierkantrohr). Diese isolierte Antriebseinheit schwingt frei unter dem Radrahmenüberbau 18. Der Radrahmenüberbau 18 besteht aus einem modifizierten Fahrradrahmen. Die Tretlagerhülse im Knotenpunkt des Sattel- bzw. Unterrohres und den Kettentreben ist herausgetrennt und durch eine nach unten geöffnete Halbschale ersetzt. Der Knotenpunkt ist durch Rahmenversteifungselemente 9 zwischen Unter - und Sattelrohr, sowie zwischen Kettenstreben und Sattelrohr versehen. Die Fixierung des Radrahmenüberbaus 18 erfolgt zum einen an den Ausfallenden der Gabelscheide, zum anderen in der Hinterradbefestigung der Schraubpressung des Hinterradbremswiderstandes 4. Der Radrahmenüberbau 18 ist mit Sattel, Lenkereinrichtung, Schaltung, Kettentriebverbindung zu den Kettenrädern der Tretkurbeleinheit, Hinterrad mit Zahnkranz (abgestufte Übersetzungsmöglichkeiten), Schaltung und Hinterradbremse versehen. Die mechanische Widerstandeinheit des Hinterradbremswiderstandes 4 führt das Hinterrad des Radrahmenüberbaus 18 im Ausführungsbeispiel auf eine Zylinderrolle mit regulierbarer Magnetinduktionsbremse (handelsübliche sogenannte Trainingsrolle). Über den Bremswiderstand kann die Leistungsanforderung für den Anwender variiert werden. Dazu ist eine Bowdenzugführung von der Magnetinduktionsbremse unter dem Vibrationsgestell 18 hindurch zum Lenker geführt und dort mit einer Hebeleinheit verbunden. Der Widerstand kann auch durch Wirbelstrombremsen oder Friktionsmechanismen an bewegten Schwungmassen die das Hinterrad ersetzen, erzeugt werden. Die Widerstandseinheit steht auf einem Podestunterbau 10 (im Ausführungsbeispiel: Siebdruckplattenmaterial), welcher die Standfläche und Aufnahmevorrichtung bildet. Winkelelemente an den vier Ecken des Podestunterbaus 10 fixieren die Trainingsrolle und verhindern eine Lageverschiebung unter Lastbedingungen. An der Vorderseite des Podestunterbaus 10 ist eine Anschlagplatte 11 zum Vibrationsgestell 18 hin angebracht. Dadurch wird ein Anschlagen der Tretlagerhöhle an die Halbschale unter Volllastbedingungen verhindert, wenn durch die Kettenkraft und die horizontale Flexibilität der beiden Dämpferebenen die Vibrationsplatte 2 mit der Tretlagerhülse Verschiebungen unterliegt. Um größeres horizontales Spiel zwischen Tretlagerhülse und (dann elliptischer) Halbschale zu erreichen, kann die Aussparung des Tretlagerknotenpunktes zu den Kettenstreben hin asymmetrisch ausgezogen werden.
Die Figuren 2 und 3 verdeutlichen durch unterschiedliche Perspektiven die räumliche Konfiguration der oben angeführten Konstruktionsdetails. Zur Erleichterung des Transports des mobilen Vibrationsradergometers sind an der Frontseite der bodenplatte 15 Transportgriffe 13 und an der rückwärtigen Konstruktionsseite Transportrollen 16 fixiert. Die Vibrationsplatte 2, das Vibrationsgestell 18 inklusive der Vibrationsmotoren 3 und die Dämpfungselemente 5 bzw. 8 stellen die gesamte Vibrationseinheit dar. Die Tretlager-/Kurbeleinheit 1 ist einerseits mit der Vibrationseinheit verbunden, andererseits vom Radrahmenüberbau 17 hinsichtlich einer Schwingungsübertragung mechanisch entkoppelt.
Die Figur 4 zeigt die Steuersäule 19. Diese dient einerseits als Kabelführung der Zuleitung zwischen den Vibrationsmotoren 3 und den elektronischen Steuerbauteilen, andererseits als HaI- terung für die Steuereinheit. Diese wird durch einen Frequenzumrichter gebildet, welcher die Drehzahlregulierung der Vibrationsmotoren 3 und die daraus resultierenden Vibrationsfrequenz der Vibrationsplatte 2 generiert. Im Display der Steuereinheit sind die Vibrations-/Motordreh- zahlparameter ablesbar, die manuelle Regulation erfolgt über ein Tastenfeld.
Für die Komponenten des Vibrationsradergometers können unterschiedliche Werkstoffe eingesetzt werden, sofern die Funktionalität nicht durch die Werkstoffeigenschaften limitiert wird. Zur Gewichtsersparnis können beispielsweise die Metall-/Holzbauteile aus Carbonfaser- oder GFK- Werkstoffen gefertigt werden. Schaumstoffmatten unter der Bodenplatte dienen der Gesamtkonstruktion als Auflage, damit werden Bodenunebenheiten zur glatten Unterseite ausgeglichen und Resonanzübertragungen auf die Umgebung unterbunden.
Die Abbildungen 1 , 2, 3a, 3b, 4, 5 und 6 geben ein erfindungsgemäßes Vibrationsfahrradergometer wider. Bezugszeichenliste
1 Tretlager-/Kurbeleinheit
2 Vibrationsplatte
3 Vibrationsmotor
4 Hinterradbremswiderstand
5 Bodendämpfungselement
6 Gummimetalldämpfer
7 Versteifungsleiste
8 Gabelfixierung
9 Rahmenversteifungselement
10 Podestunterbau
1 1 Anschlagplatte
12 Fixierung
13 Transportgriffe
14 Gummimatten
15 Bodenplatte
16 Transportrollen
17 Radrahmenüberbau
18 Vibrationsgestell
19 Steuersäule
20 Sitzeinheit

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vibrationsergometer mit einer Sitzeinheit (20), einer mit einer Bremseinheit (4) verbundenen Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) sowie einer Vibrationseinheit, letztere bestehend aus Vibrationsplatte (2), Vibrationsgestell (18) und Vibrationsmotoren (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsplatte (2) mit der Tretlager-/Kur- beleinheit (1 ) verbunden und die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) von der Sitzeinheit mechanisch entkoppelt ist.
2. Vibrationsergometer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzeinheit (20) ein Sattel ist.
3. Vibrationsergometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (4) ein Hinterradbremswiderstand ist.
4. Vibrationsergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) als separate Baugruppe an der Vibrationseinheit befestigt ist.
5. Vibrationsergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vibrationsergometer zusätzlich einen Radrahmenüberbau (17) aufweist und die Sitzeinheit (20) mit dem Radrahmenüberbau (17) verbunden ist.
6. Vibrationsergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzeinheit (20) ohne Dämpfungselemente und die Vibrationseinheit über Dämpfungselemente (5,6) mit einer Bodenplatte (15) verbunden sind.
7. Vibrationsergometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Radrahmenüberbau (17) lösbar mit der Bodenplatte (15) verbunden ist.
8. Vibrationsergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) auf einem höhenverstellbaren Träger fixiert ist, der auf der Vibrationsplatte (2) befestigt ist.
9. Vibrationsergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsmotoren (3) der Vibrationseinheit frequenzgesteuert sind, wodurch die Vibrationsintensität variierbar und je nach Wunsch oder Erfordernis über eine Steuerung (19) einstellbar ist.
10. Vibrationsergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlager-/Kurbeleinheit (1 ) zur Variierung der Leistungsanforderung für den Anwender insbesondere über eine Antriebskette mit der Bremseinheit (4) verbunden ist.
11 . Vibrationsergometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (4) ein manuell verstellbarer Bremswiderstand (4) ist, insbesondere ein solcher Bremswiderstand auf Basis einer Magnet- induktions-, Wirbelstrom- oder Friktionsbremse.
12. Verwendung eines Vibrationsergometers nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 als Handkurbelergometer.
13. Verwendung eines Vibrationsergometers nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 als Fahrradergometer.
14. Verwendung eines Vibrationsergometers nach einem der Ansprüche 1 bis1 1 zur Behandlung von Reha-/Geriatriepatienten oder Leistungssportlern, um durch eine selektive Vibrationsübertragung auf die Muskelschlingen des Anwenders dessen individuelle Leistungsstruktur zu erhöhen.
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