DE19615392C1 - Trainings-, Diagnose- und Rehabilitationsgerät nach Art eines Fahrradergometers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Trainings-, Diagnose- und Reha­ bilitationsgerät mit den im Oberbegriff das Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, also ein nach Art eines Fahrrader­ gometers aufgebautes Trainings-, Diagnose- und Rehabilita­ tionsgerät mit einer an einem Grundgestell angeordneten Sitz- oder Sitz-Lehnen-Einheit und einer Tretkurbel-Ein­ heit, wobei die erstere Einheit an einem Träger befestigt ist und diesem gegenüber längsverschiebbar und mittels Feststellvorrichtungen feststellbar ist und wobei der Trä­ ger um eine parallel zur Achse der Tretkurbel-Einheit ge­ richtete Schwenkachse in der Schwenklage feststellbar ist.

Bei Geräten dieser Art, die zum Beispiel durch die DE 30 42 087 A1 (PHYSIA) bekannt geworden sind, befindet sich die Schwenkachse eines Trägers für die Sitz-Lehnen- Einheit im Abstand hinter einer Tretkurbel-Einheit auf einem Grundgestell. Der Träger ist für seine Gebrauchsposi­ tion in einer bestimmten Lage feststellbar. Die Sitz-Leh­ nen-Einheit ist in der Gebrauchsposition am Träger längs verschiebbar. Ein Abschwenken des Trägers auf eine im we­ sentlichen horizontale Position ist für eine medizinische Notlage (z. B. Schwächeanfall des Patienten) vorgesehen.

Durch die DE-OS 42 03 917 (BOHN et al) ist ferner ein Gerät nach Art eines Fahrradergometers bekannt, bei welchem zwar die Höhenlage der Sitz-Lehnen-Einheit bei gleichbleibender Distanz zwischen Sitz-Lehnen-Einheit und Tretkurbel-Einheit verstell- und feststellbar ist und die Sitz-Lehnen-Einheit unter das Niveau der Tretkurbel-Einheit verbringbar ist, jedoch ist hier ein hoher Bau- und Konstruktionsaufwand für die Unterbringung der Schwungscheiben- und Bremsaggregate sowie der Kraftübertragungsmittel zu diesen erforderlich, weil diese Teile samt der Tretkurbel-Einheit an bzw. im Inneren eines am Gestell schwenkbar gelagerten Trägersyste­ me angeordnet sind.

Dies gilt auch für das Gerät nach der US-PS 5 342 261 (JOHNSTON), weil bei diesem ebenfalls die Tretkurbel-Ein­ heit samt den von dieser betätigten Aggregaten an einem am Gestell schwenkbar gelagerten Tragkörper angeordnet sind.

Die DE 44 19 307 A1 (FISCHER) offenbart, ein im medizini­ schen Bereich einzusetzendes Fahrradergometer mit einer Bremseinrichtung nach Art einer Hysteresebremse.

Aus der EP 0 403 295 A1 (PROPEL) ist ein zusammenklappbarer Fahrradtrainer mit einer festen Gebrauchsstellung bekannt. Die Tretkurbel-Einheit ist hier starr an dem Träger befe­ stigt.

Die US-PS 4 700 946 (BREUNIG) offenbart ein Trainingsgerät, das eine Arm- und Beinmuskulaturbewegung gegen die körper­ eigene Schwerkraft des Benutzers erlaubt. Hierzu ist auf geneigten Parallelogrammschienen ein Sitzschlitten angeord­ net, der durch die Hangabtriebskraft gegen eine Abstützung für die Arme und Beine des Benutzers gedrückt wird. Die Vorrichtung kann auch als Fahrradtrainer genutzt werden, wobei der Sitzschlitten dann in seiner tiefsten Position ruht.

Aus der DE-OS 20 21 130 (FORSMAN) ist weiter ein nach Art eines Fahrradergometers ausgebildetes Gerät bekannt, bei welchem die Sitz-Lehnen-Einheit gegenüber einem Träger ver­ tikal verstell- und feststellbar ist, der seinerseits ge­ genüber dem Gestell zwar horizontal verstell- und fest­ stellbar, jedoch mit dem Gestell unschwenkbar verbunden ist. Demgemäß muß hier bei einer Veränderung der Höhenlage der Sitz-Lehnen-Einheit zur Erhaltung des gleichen Abstands zwischen Sitz-Lehnen-Einheit und Tretkurbel-Einheit ein Abstandsausgleich vorgenommen werden.

Aus der EP-PS 0 188 617 (G O GIKEN) ist ein sogenanntes isokinetisches, also motorisch angetriebenes fahrradergome­ trisches Gerät bekannt, bei dem die Tretkurbel-Einheit an einem Tragkörper angebracht ist, der an einer Bodenplatte schwenk- und feststellbar gelagert ist und der den An­ triebsmotor samt den Kraftübertragungsmitteln aufnimmt. Demgemäß liegt hier ebenfalls ein erheblicher Bauaufwand vor, der durch die erforderliche Zuleitung von der Energie­ quelle durch das Schwenkgelenk zu dem Motor noch verstärkt wird.

Ein weiteres isokinetisches Gerät zeigt die US-PS 5 033 736 (HIRSCHFELD), bei dem keinerlei Verstellmöglichkeiten be­ stehen und bei dem ein Sitz-Aggregat nach Art eines Roll­ stuhls an das Gerät heranfahrbar ist.

Als weiterer Stand der Technik seien folgende Veröffentli­ chungen genannt: EP 0 152 995 (LOREDAN); DD 3 01 322 A7 (IRMLER et al); AT 397 033 B (WINTERSTEIGER); DE-PS 10 54 204 (JAEGER); DE 93 07 352 U1 (DAUM); US-PS 5 342 265 (CREELMAN); J.M.H. Cabri: Isokinetische Bewegungen als Diagnose- und Rehabilitationsprinzip, Med. Orth. Tech. 114 (1994, S. 177-181); G. Seibert et al: Isokinetische Systeme - Funktionsprüfung und Kalibrierung, Medizintechnik, 111. Jahrgang 5/91, S. 165-172; und G. Eissing: Eicheinrichtung für Fahrradergometer, Biomed. Techn. 27 (1982), S. 84-86.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trainings-, Diagnose- und Rehabilitationsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem für ein und denselben Benutzer trotz unterschiedlicher Niveaueinstellungen keine Korrektur der Distanz zwischen dem Benutzer und den Pedalen erforder­ lich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Gerät der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst, also durch ein nach Art eines eingangs genannten Geräts, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß verschiedene Schwenklagen einstellbar sind, Mittel zur selbsttätigen Parallelhaltung der Sitzfläche bei sämtlichen Schwenklagen vorgesehen sind, und die Schwenkachse des Trägers in oder unmittelbar in der Nähe der Achse der Tret­ kurbel-Einheit angeordnet ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gekennzeichnet.

So wird nach dem Anspruch 2 erreicht, daß bei geringem Aufwand das Verschwenken der Sitz- oder Sitz-Lehnen-Einheit unter das Niveau der Tretkurbel-Einheit ermöglicht ist und zugleich eine Feststellvorrichtung vorgeschlagen wird, die mit geringem Kraftaufwand eine stufenlose Verstellung des Trägers für die Sitz- oder Sitz-Lehnen-Einheit ermöglicht, die von dem Benutzer mit einer einfachen Betätigung eines Handhebels oder dgl. vorgenommen werden kann.

Die Ansprüche 3 bis 8 betreffen Mittel zum maschinellen Schwenken und Feststellen des Trägers der Sitz- oder Sitz- Lehnen-Einheit, ferner die Mittel zur selbsttätigen Par­ allelhaltung der Sitzfläche bei sämtlichen Schwenklagen des Trägers sowie Mittel zur Bildung der äußeren Form des Ge­ rätkörpers.

Gemäß Anspruch 10 wird der Einsatz der erfindungsgemäßen Maßnahmen bei sogenannten isokinetischen Fahrradergometern vorgeschlagen.

Verschiedene Betriebsweisen des isokinetischen Fahrradergo­ meters sind Gegenstände der Ansprüche 11 bis 13, nämlich Betrieb bei konstanter Drehzahl, konstantem Drehmoment sowie bei kombinierten Drehzahl- und Drehmomentänderungen.

Anspruch 14 betrifft eine Ausgestaltung unter Verwendung von sogenannten Biofeedback-Verfahren.

Anhand der beigefügten schematisierten Zeichnung wird nach­ folgend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Trai­ nings-, Diagnose- und Rehabilitationsgerätes näher erläu­ tert, wobei in

Fig. 1 eine Seitenansicht und in

Fig. 2 eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels dargestellt ist.

Das insgesamt mit G bezeichnete Gerät verfügt über ein Grundgestell, das einen flachen, etwa quaderförmigen hohlen Basisteil 1 aufweist, dessen leicht nach oben gewölbte Deckfläche 1.1 aus abnehmbaren Platten zusammengesetzt ist. Nach oben setzt sich der Basisteil 1 in einen Scheibenkör­ per 2 fort, der in Seitenansicht nach Fig. 1 einen im we­ sentlichen kreisförmigen Umriß 2.1 und in Draufsicht nach Fig. 2 einen im wesentlichen rechteckigen Umriß 2.2 auf­ weist und der als Lagerkörper für eine Tretkurbel-Einheit 3, einen Träger 4 und einen weiter unten beschriebenen Lenker 5 dient. Die Tretkurbel-Einheit 3 besteht, wie bei Fahrrädern üblich, aus einer Lagernabe 3.1, zwei diametral von dieser abstehenden Kurbelarmen 3.2 und zwei an den Kurbelarmen drehbar gelagerten Pedalen 3.3, wobei die La­ gernabe 3.1 im Zentrum Z oder in der Nähe des Zentrums Z des Scheibenkörpers 2 angeordnet ist.

Zu der Tretkurbel-Einheit 3 gehört auch ein im Basisteil 1, 1.1 untergebrachtes Organ 6, das entweder als Bremse oder als Antriebsmotor wirkt, je nachdem, ob das Gerät als übli­ ches Fahrradergometer oder als sogenannter isokinetischer Fahrrad-Simulator betrieben wird.

Bei den letzteren Geräten werden die Pedale 3.3 extern über eine Transmission 6.1 angetrieben, wodurch ein kraftfreies Bewegungstraining der Beinmuskulatur ermöglicht wird. Der Trainierende kann aber auch versuchen die Pedale schneller oder langsamer als der Externantrieb zu bewegen. Wird dabei ein externer Antrieb mit konstanter Drehzahlabgabe verwen­ det, kann der Patient Brems- oder Beschleunigungskräfte bei konstanter Geschwindigkeit aufbringen. Bei konstanter Lei­ stungsaufnahme des Motors hingegen, kann der Trainierende die Drehbewegung der Pedale innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereichs beschleunigen oder verlangsamen. Ein derartiges Fahrradergometer hat somit den Vorzug, daß der Trainierende unter kontrollierten kinematischen Bedin­ gungen Arbeit abgibt. Dies ermöglicht beispielsweise bei medizinischen Rehablitationsprozessen einen kontinuierlich gesteigerten und zugleich überprüfbaren Trainingsverlauf.

Der oben genannte Träger 4 ist mit seinem einen Ende exakt im Zentrum Z des Scheibenkörpers 2 schwenkbar gelagert und trägt an seinem freien Ende eine Sitz-Lehnen-Einheit SL, die gegenüber dem Träger 4 sowohl längsverschiebbar als auch neigungsverschwenkbar ausgebildet ist. Die Schwenk­ winkel des Trägers 4 sind so gewählt, daß eine Verstellung von der üblichen Sitzposition in eine Quasi-Liegeposition möglich ist; vgl. die voll ausgezogene bzw. die punktierte Position in Fig. 1.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt das Schwenken und Feststellen des Trägers 4 nicht von Hand, sondern maschinell. Hierzu ist der Träger 4 mit einer starr mit diesem verbundenen, von diesem winklig abstehenden Schwinge 11 ausgestattet, deren Form der kreisförmigen Rundung 2.1 des Scheibenkörpers 3 angepaßt ist. Deren freies Ende 11.1 ist mit einem motorisch betätigten Zug­ stangentrieb 12 mit Triebling 12.1 derart gelenkig verbun­ den, daß die Längsbewegungen des Trieblings 12.1 in die Schwenkbewegung des Trägers 4 umgewandelt werden, wobei der Zugstangentrieb 12 bei Stillstand zugleich als Feststell­ vorrichtung für den Träger 4 dient. Der Zugstangentrieb 12 ist samt dessen Triebling 12.1 im Basisteil 1, 1.1 unter­ gebracht.

Die Sitz-Lehnen-Einheit SL ist vorliegend nicht unmittelbar an dem freien Ende das Trägers 4 angebracht, sondern es ist ein Verlängerungsstück 7 dazwischengeschaltet, derart, daß es einerseits an den Träger 4 angelenkt ist und anderer­ seits die Sitz-Lehnen-Einheit trägt. Um die Entfernung von der Sitz-Lehnen-Einheit zu den Pedalen 3.3 der Größe des Benutzers anzupassen, weist das Verlängerungsstück 7 Füh­ rungen 7.1 für eine Längsverschiebung der Sitz-Lehnen-Ein­ heit auf. Um auch das Niveau zwischen der Sitzfläche 8 der Sitz-Lehnen-Einheit SL gegenüber dem Verlängerungsstück 7 verstellen zu können, ist eine Vorrichtung 7.2 zur Höhen­ verstellung der Sitz-Lehnen-Einheit vorhanden, die zugleich als Feststellvorrichtung für die genannten beiden Einstell­ vorgänge wirkt.

Das Verlängerungsstück 7 ist ferner bei 5.1 mit dem einen Ende des - hier stangenförmig ausgebildeten - Lenkers 5 verbunden. Der Lenker 5 ist mit seinem anderen Ende bei 5.2 an dem Scheibenkörper 2 angelenkt. Die Abmessung des Len­ kers 5 und die beiden Anlenkstellen 5.1, 5.2 sind dabei so gewählt, daß mit dem Träger 4 ein Parallelogrammsystmen gebildet ist, das bei sämtlichen Schwenklagen des Trägers eine Horizontallage der Sitzfläche 8 der Sitz-Lehnen-Ein­ heit gewährleistet ist, was zur Sicherheit des Benutzers während des Betriebs der Vorrichtung unabdingbar ist; vgl. die punktierte Darstellung in Fig. 1.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ferner vor­ gesehen, die Lehne 9 gegenüber dem Sitz 8 verschwenk- und feststellbar zu gestalten, was insbesondere dann erwünscht ist, wenn der Benutzer die erwähnte Quasi-Liegestellung einnimmt.

Ferner sind schwenk- und feststellbare Armstützen 10 vor­ handen, die zu einer sicheren Sitz- bzw. Liegestellung des Benutzers beitragen.

Zusammenfassend besteht das Wesentliche bei der vorliegen­ den Erfindung darin, daß für die oben genannten Schwenkla­ gen stets im Durchschnitt im wesentlichen die gleiche Ent­ fernung zwischen dem Benutzer und den Pedalen 3.3 der Tret­ kurbel-Einheit 3 vorliegt, wobei als Bezugsgröße der Mit­ telbereich der Sitzfläche 8 angesehen wird. Diese weitge­ hende Distanzgleichheit ist erforderlich, weil sonst bei jeder Änderung des Schwenkwinkels, also des Niveauunter­ schiedes zwischen Benutzer und Pedalen 3.3, die Distanz für ein und denselben Benutzer korrigiert werden müßte, was einen erheblichen Arbeits- und Zeitaufwand erfordern würde. Erzielt wird diese Distanzgleichheit durch die oben erwähn­ te Verlegung der Lagernabe 3.1 der Tretkurbel-Einheit 3 in die Schwenkachse Z des Trägers 4 oder zumindest in dessen Nähe; vgl. in Fig. 1 die exzentrische Anordnung der Lager­ nabe 3.1.

Neben diesem Haupterfindungsgedanken sind noch weitere im folgenden kurz angesprochene Maßnahmen im Rahmen der Erfin­ dung vorgesehen, die zwar für sich bei üblichen Fahrrader­ gometern oder ähnlichen Geräten bekannt sind bzw. angewen­ det werden, die jedoch in Verbindung mit dem vorgenannten Haupterfindungsgedanken bisher noch nicht vorgeschlagen worden sind.

Hierbei handelt es sich um die Anwendung der sogenannten Biofeedback-Verfahren, bei denen einerseits die Arbeits­ funktionen des Geräts und/oder des Benutzers z. B. mit einem Computer festgehalten und/oder z. B. auf einem Bildschirm kontrolliert werden und andererseits dem Benutzer Vorgaben gemacht werden, daß dieser bestimmte Werte kinematischer bzw. physikalischer Größen erreichen soll (z. B. kann bei Betriebsweise mit konstantem Drehmoment vorgegeben werden, daß der Benutzer eine höhere Drehzahl erreichen soll). Diese vorgegebenen Werte können auch zeitlich variieren, z.B. periodisch zu- oder abnehmen.

Claims (14)

1. Trainings-, Diagnose- und Rehabilitationsgerät nach Art eines Fahrradergometers mit einer an einem Grund­ gestell angeordneten Sitz- oder Sitz-Lehnen-Einheit (SL) und einer Tretkurbel-Einheit (3), wobei die er­ stere Einheit (SL) an einem Träger (4) befestigt ist und diesem gegenüber längsverschiebbar und mittels Feststellvorrichtungen feststellbar ist und wobei der Träger (4) um eine parallel zur Achse (3.1) der Tret­ kurbel-Einheit (3) gerichtete Schwenkachse (Z) in der Schwenklage feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - verschiedene Schwenklagen einstellbar sind,
• - Mittel zur selbsttätigen Parallelhaltung der Sitzfläche (6) bei sämtlichen Schwenklagen vor­ gesehen sind, und
• - die Schwenkachse (Z) des Trägers (4) in oder un­ mittelbar in der Nähe der Achse (3.1) der Tret­ kurbel-Einheit (3) angeordnet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Durchführung der Schwenkbewegungen des Trägers (4) mittels eines Antriebsmotors (6) dieser einen Linear­ antrieb, vorzugsweise einen Zugstangentrieb (12) betä­ tigt, dessen Triebling (12.1) mit einer an dem Träger (4) starr befestigten, von diesem abstehenden Schwinge (11) so zusammenwirkt, daß die Linearbewegungen des Trieblings (12.1) die Schwenkbewegungen des Trägers (4) um seine Schwenkachse (Z) veranlassen.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6) so programmgesteuert ist, daß er die Schwenklagen des Trägers (4) kontinuierlich oder ab­ satzweise verändert.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem Träger (4) an seinem sitzna­ hen Bereich ein Verlängerungsstück (7) angelenkt ist, das Führungen (7.1) für die Längsverschiebung der Sitz- oder Sitz-Lehnen-Einheit (SL) sowie Mittel (7.2) für eine Höhenverstellung derselben gegenüber dem Verlängerungsstück (7) aufweist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verlängerungsstück (7) mit einem Lenker (5) gelenkig (5.1) verbunden ist, der seiner­ seits gelenkig (5.2) am Grundgestell gelagert ist und mit dem Träger (4) ein Parallelogrammsystem bildet.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lehne (9) gegenüber dem Sitz (8) verschwenk- und feststellbar ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem Sitz (8) oder der Lehne (9) diesen gegenüber schwenkend feststellbare Armstützen (10) vorgesehen sind.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Grundgestell mit einem kasten­ förmigen Basisteil (1, 1.1) und einem von diesem auf­ ragenden Scheibenkörper (2) mit kreisförmigem Umfang (2.1) ausgestattet ist, wobei der Kreismittelpunkt mit der Schwenkachse (Z) des Trägers (4) zusammenfällt und die Schwinge (11) des Trägers (4) dem Kreisumfang angepaßt ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lineartrieb (12, 12.1) samt An­ triebsmotor und die sonstigen Installationsteile des Geräts in dem Basisteil (1), von leicht abnehmbaren Platten (1.1) abgedeckt, untergebracht sind.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Tretkurbel-Einheit (3) von einem Motor (6), vorzugsweise Elektromotor, antreibbar ist, wobei die Drehzahl und/oder Drehrichtung des Motors einstellbar ist und wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Benutzer in Drehrichtung oder gegen Dreh­ richtung der Tretkurbeln Drehmomente auf diese auf­ bringen kann.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomente vom Benutzer entweder bei konstantge­ haltener Drehzahl oder bei konstantgehaltenem Drehmo­ ment der Tretkurbel aufbringbar sind.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer durch den Benutzer hervorgerufenen Erhöhung oder Verminderung der Drehzahl eine Erhöhung bzw. Verminderung des seiner Bewegung entgegenstehenden Drehmoments einhergeht.

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Drehzahl die vom Benutzer erbrachte Leistung im wesentlichen konstant bleibt.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arbeitsfunktionen des Geräts, wie Drehzahl und/oder Leistung, und/oder des Benut­ zers, wie Blutdruck, Pulszahl und/oder aufgebrachtes Drehmoment, während des Betriebs mit Hilfe eines soge­ nannten Biofeedback-Verfahrens festhalt- und/oder kontrollierbar sind, wobei ein Computer oder dgl. zum Festhalten der Werte und ein Bildschirm zum Anzeigen der Werte einsetzbar sind.