Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Vorrichtungen zum Gleichgewichts- und/oder feinmotorischen Training weisen zumindest
eine bewegliche Plattform, die in zumindest zwei Dimensionen schwingend bewegbar ist,
auf. Es sind Vorrichtungen mit Dämpfungselementen zu einer Dämpfung von Bewegungen
der beweglichen Plattform bekannt, die beispielsweise als kunststoffummantelte Stahlseile,
welche die Plattform hängend befestigen und aufgrund von Materialeigenschaften der
Kunststoffummantelung dämpfend wirken, ausgebildet sind. Die bekannten Dämpfungselemente
können lediglich sehr grob eingestellt werden und eine dynamische Änderung oder Anpassung
von Dämpfungseigenschaften während eines Betriebs der Vorrichtung ist nicht möglich.
[0003] Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung
mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Anpassbarkeit einer Dämpfung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst,
während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen
entnommen werden können.
Vorteile der Erfindung
[0004] Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung zum
Gleichgewichtstraining und/oder feinmotorischen Training, mit zumindest einer beweglichen
Plattform, die in zumindest zwei Dimensionen schwingend bewegbar ist, und mit zumindest
einer Gegenkrafteinheit, die dazu vorgesehen ist, einer Kraft zu einer Auslenkung
der beweglichen Plattform einen Widerstand entgegenzusetzen. Unter einer "beweglichen
Plattform, die in zumindest zwei Dimensionen schwingend bewegbar ist" soll insbesondere
ein Plattform, vorzugsweise eine ebene Plattform, verstanden werden, die derart gelagert
ist, beispielsweise mittels einer Aufhängung an einem Rahmengerüst, dass sie zumindest
entlang zweier senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen in einer Ebene, vorzugsweise
einer Ebene parallel zu einem Boden, auf dem die Vorrichtung aufgestellt ist, innerhalb
eines vorgegebenen Auslenkungsbereichs ausgelenkt werden kann und die eine Rückstellung
der Auslenkung auf eine Ruhelage aufweist. Insbesondere kann die bewegliche Plattform
zusätzlich zu der Auslenkung in zwei Richtungen in der Ebene noch in eine Richtung
senkrecht zu der Ebene gekippt oder die bewegliche Plattform kann ohne eine translatorische
Bewegung dreidimensional um Roll- und Nickwinkel ausgelenkt werden. Die Plattform
weist eine Standoberfläche auf, auf die sich eine Person aufstellt, die die Plattform
aufgrund eigener Bewegungen auslenkt und/oder einer Auslenkung der Plattform durch
eine äußere Anregung entgegenwirkt. Vorzugsweise ist die Standoberfläche eben ausgeführt,
grundsätzlich kann die Standoberfläche jedoch auch gekrümmt oder in anderen, von einer
ebenen Fläche verschiedenen Grundformen, beispielsweise halbkugelförmig, ausgeführt
sein. Die Vorrichtung ist insbesondere zu einer Verwendung zu einem Training zur Stärkung
des Gleichgewichtssinns oder zu einer Therapie von Störungen des Gleichgewichtssinns
vorgesehen. Unter einer "Gegenkrafteinheit, die einer Kraft zu einer Auslenkung der
beweglichen Plattform einen Widerstand entgegensetzt" soll insbesondere eine Einheit
verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, einer zu einer Auslenkung der Plattform
führenden Kraft eine Gegenkraft entgegenzusetzen und somit einer Auslenkung der Plattform
einen bestimmten Widerstand entgegenzusetzen. Insbesondere umfasst die Gegenkrafteinheit
hierzu elastische Elemente, die eine Rückstellkraft erzeugen, wie beispielsweise Federelemente.
[0005] Es wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zumindest eine Kraftübertragungsunterbrechungseinheit,
die in zumindest einem Betriebszustand einen Kraftfluss zwischen der beweglichen Plattform
und der Gegenkrafteinheit unterbricht, aufweist. Unter einer "Kraftübertragungsunterbrechungseinheit"
soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, in zumindest
einem Betriebszustand einen Kraftfluss zwischen der beweglichen Plattform und der
Gegenkrafteinheit zu unterbrechen, in dem der Kraftfluss in dem zumindest einen Betriebszustand
in der Kraftübertragungsunterbrechungseinheit in eine Kraftwirkung an der Kraftübertragungsunterbrechungseinheit,
beispielsweise in eine Anspannung eines bislang schlaffen Seilelements oder in einen
zumindest weitgehend widerstandsfreien Auszug eines Kolbens bis zu einem Anschlag,
umgesetzt wird. Insbesondere kann durch die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
ein Betriebsmodus der Vorrichtung realisiert werden, bei dem eine Auslenkung der beweglichen
Plattform aus der Ruhelage innerhalb eines vorgesehenen Anfangsbereichs im Wesentlichen
frei von einer Gegenkraft erfolgt und bei Überschreitung des vorgesehenen Anfangsbereichs
der Auslenkung der beweglichen Plattform eine Gegenkraft durch die Gegenkrafteinheit
entgegengesetzt wird. Unter "im Wesentlichen frei von einer Gegenkraft" soll insbesondere
verstanden werden, dass eine wirksame Gegenkraft zu einer Auslenkung der beweglichen
Plattform maximal zehn Prozent, vorzugsweise maximal fünf Prozent und besonders bevorzugt
maximal ein Prozent einer Gegenkraft durch die Gegenkrafteinheit beträgt. Es kann
insbesondere ein Betriebsmodus erreicht werden, in dem in einem Teilbereich einer
Auslenkung keine Gegenkraft erzeugt wird und in weiteren Teilbereichen eine Gegenkraft
erzeugt wird, um durch eine hohe Variabilität der Gegenkraft einen hohen Trainingseffekt
zu erzeugen.
[0006] Ferner wird vorgeschlagen, dass die Gegenkrafteinheit zumindest ein zentrales, zumindest
teilweise entlang einer Nullachse einer Ruhelage der zumindest einen Plattform verlaufendes
Verbindungselement zur Verbindung der zumindest einen Plattform und der zumindest
einen Gegenkrafteinheit und zu einer Übertragung einer zumindest zweidimensionalen
Bewegung der zumindest einen Plattform aufweist. Unter einer "Nullachse einer Ruhelage
der Plattform" soll insbesondere eine Achse verstanden werden, die senkrecht auf einer
Ebene der zumindest einen Plattform steht und in einer Ruhelage der zumindest einen
Plattform durch ein geometrisches Zentrum der zumindest einen Plattform verläuft.
Unter einem "Verbindungselement" soll insbesondere ein Element verstanden werden,
das dazu vorgesehen ist, eine Auslenkung der zumindest einen Plattform aus der Ruhelage
auf zumindest ein weiteres Element zu übertragen. Vorzugsweise ist das Verbindungselement
als biegeschlaffes Element ausgebildet. Unter einem "zentralen Verbindungselement"
soll insbesondere verstanden werden, dass das Verbindungselement zumindest in einem
Bereich nahe der Nullachse der Ruhelage der Plattform angeordnet ist, vorzugsweise
an einem Mittelpunkt einer Fläche der Plattform befestigt ist, und dass das Verbindungselement
betragsmäßig gleiche Auslenkungen der Plattform in einander gegenüberliegende Richtungen
in eine gleiche Auslenkung umsetzt. Insbesondere kann durch das zentrale Verbindungselement
eine Dämpfung von Bewegungen der Plattform durch eine Dämpfung einer Bewegung des
zentralen Verbindungselements erfolgen. Unter einer "Dämpfung von Bewegungen" soll
insbesondere verstanden werden, dass den Bewegungen eine Gegenkraft, insbesondere
eine Rückstellkraft entgegengesetzt wird, so dass eine durch eine einwirkendende,
auslenkende Kraft erzielte Auslenkung der Plattform geringer ist als eine Auslenkung
durch die einwirkendende, auslenkende Kraft, welche frei von einer Dämpfung einwirken
kann. Insbesondere ist das zentrale Verbindungselement dazu vorgesehen, die zumindest
zweidimensionale Bewegung eindimensional auf die Gegenkrafteinheit zu übertragen.
Es kann insbesondere eine Reduktion einer Anzahl benötigter Gegenkraftelemente zu
einer Erzeugung einer Gegenkraft zu Auslenkungen der Plattform erreicht werden.
[0007] Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
zumindest ein Verbindungselement umfasst, das in dem zumindest einen Betriebszustand
zumindest teilweise in einem entspannten Zustand gelagert ist. Vorzugsweise ist das
Verbindungselement der Kraftübertragungsunterbrechungseinheit von einem Seilelement
gebildet. Unter einem "entspannten Zustand" soll insbesondere ein Zustand verstanden
werden, in dem das Verbindungselement bei einer Krafteinwirkung durch eine Zugkraft
gestrafft wird, beispielsweise indem ein in Schlingen liegendes und/oder schlaff auf
einem Boden liegendes Seilelement gerade gespannt und/oder angehoben wird oder indem
ein Kolben bis zu einem Anschlag ausgezogen wird. Insbesondere wird in dem Betriebszustand
durch eine Auslenkung der Plattform zuerst das Verbindungselement, das in dem entspannten
Zustand gelagert ist, gestrafft und erst nach einer vollständigen Straffung der Kraftfluss
zu der Gegenkrafteinheit geleitet. Es kann insbesondere konstruktiv einfach eine Gegenkrafteinheit
erreicht werden.
[0008] Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine zentrale Verbindungselement
die zumindest zweidimensionale Bewegung der zumindest einen Plattform eindimensional
auf die zumindest eine Gegenkrafteinheit überträgt. Es kann insbesondere eine Reduktion
einer benötigten Anzahl von Gegenkraftelementen der Gegenkrafteinheit erreicht werden.
[0009] Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest einen Gegenkrafteinheit zumindest
eine Bewegungswandlungseinheit aufweist, die einen rotatorischen Anteil der zumindest
zweidimensionalen Bewegung der zumindest einen Plattform in eine Drehbewegung des
zumindest einen zentralen Verbindungselements um eine eigene Achse umwandelt. Insbesondere
verbleibt ein Betrag einer translatorischen Auslenkung der Plattform aus der Ruhelage
als eine Auslenkung des zentralen Verbindungselements. Insbesondere wird der rotatorische
Anteil der Bewegung der Plattform in einen rotatorischen Anteil einer Bewegung des
zumindest einen zentralen Verbindungselements in einem Teilbereich des zentralen Verbindungselements,
der zwischen der zumindest einen beweglichen Plattform und der zumindest einen Bewegungswandlungseinheit
angeordnet ist, umgesetzt und dieser rotatorische Anteil der Bewegung des zentralen
Verbindungselements in eine Drehbewegung des zentralen Verbindungselements um die
eigene Achse umgewandelt. Insbesondere wird somit die zumindest zweidimensionale Bewegung
der Plattform in eine eindimensionale Bewegung des zentralen Verbindungselements umgesetzt.
Unter einer "Bewegungswandlungseinheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden
werden, die dazu vorgesehen ist, eine Bewegung in einer rotatorischen oder translatorischen
Richtung in eine Bewegung in eine andere rotatorische oder translatorische Richtung
umzuwandeln. Vorzugsweise ist die Bewegungswandlungseinheit dazu vorgesehen, eine
Dimensionalität einer Bewegung zu reduzieren, indem beispielsweise eine zweidimensionale
Bewegung mit einer rotatorischen Komponente in eine rein translatorische Bewegung
in einer Dimension umgesetzt wird. Vorzugsweise umfasst die Bewegungswandlungseinheit
ein Element, um das das zentrale Verbindungselement sich drehen kann, um den rotatorischen
Anteil der Bewegung in eine Drehung um die Achse des zentralen Verbindungselements
umzusetzen. Es kann insbesondere eine Reduktion einer Anzahl benötigter Dämpfungselemente
erreicht werden, indem nur noch eine translatorische Auslenkung der Plattform aus
der Ruhelage ein Widerstand entgegengesetzt werden muss.
[0010] Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Bewegungswandlungseinheit zumindest
eine Hülse oder zumindest eine Bohrung mit einer abgerundeten Öffnung aufweist. Insbesondere
ist die Hülse oder Bohrung mit abgerundeter Öffnung dazu vorgesehen, einen rotatorischen
Anteil einer Bewegung des zentralen Verbindungselements in eine Drehung um die eigene
Achse des zentralen Verbindungselements umzusetzen, indem das zentrale Verbindungselement
um einen Kontaktpunkt mit der Hülse oder Bohrung an der abgerundeten Öffnung rotiert.
Grundsätzlich kann in alternativen Ausgestaltungen die Öffnung von einer scharfkantigen
anstatt einer abgerundeten Öffnung gebildet sein. Es kann insbesondere eine konstruktiv
einfache Bewegungswandlungseinheit erreicht werden.
[0011] Vorzugsweise ist das zumindest eine zentrale Verbindungselement zumindest teilweise
von einem Seilelement gebildet. Unter einem "Seilelement" soll insbesondere eine aus
natürlichen oder künstlichen Fasern oder aus metallenen Drähten, wobei die Fasern
oder Drähte verdrillt sind, bestehendes, biegeschlaffes längliches Element verstanden
werden, das zu einer Übertragung von Zugkräften vorgesehen ist. Insbesondere ist das
Seilelement von einem Stahlseil aus Stahldrähten gebildet. Insbesondere kann ein Seilelement
eine Beschichtung, eine Hülse oder eine Ummantelung aus einem gleichen oder einem
anderen Material als ein Material der Fasern oder Drähte aufweisen. Grundsätzlich
kann das zentrale Verbindungselement zumindest teilweise von einem Kettenelement gebildet
sein. Es kann insbesondere ein einfach herstellbares und günstiges zentrales Verbindungselement
erreicht werden.
[0012] Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Gegenkrafteinheit zumindest ein
Federelement aufweist. Unter einem "Federelement" soll insbesondere ein makroskopisches
Element verstanden werden, das in einem normalen Betriebszustand um zumindest 10 %,
insbesondere um wenigstens 20 %, vorzugsweise um mindestens 30 % und besonders vorteilhaft
um zumindest 50 % elastisch in zumindest einer Länge veränderbar ist und das insbesondere
eine von einer Veränderung der Länge abhängige und vorzugsweise zu der Veränderung
proportionale Gegenkraft erzeugt, die der Veränderung entgegenwirkt. Unter einer "Länge"
eines Elements soll insbesondere ein maximaler Abstand zweier Punkte einer senkrechten
Projektion des Elements auf eine Ebene verstanden werden. Unter einem "makroskopischen
Element" soll insbesondere ein Element mit einer Erstreckung von zumindest 1 mm, insbesondere
von wenigstens 5 mm, vorzugsweise von mindestens 10 mm und besonders bevorzugt von
mindestens 50 mm verstanden werden. Insbesondere ist das Federelement mit dem zentralen
Verbindungselement verbunden und setzt einer Auslenkung des zentralen Verbindungselements
einen von einer Vorspannung abhängigen Widerstand entgegen, so dass Auslenkungen in
eine Richtung ein Widerstand entgegengesetzt wird. Das Federelement kann als ein linear
elastisch verformbares Element oder als ein Torsionsfederelement ausgebildet sein.
Ein Kraft-Weg-Verhalten des Federelements kann grundsätzlich linear oder nichtlinear
ausgebildet sein. Grundsätzlich kann anstelle von oder zusätzlich zu einem Federelement
die Gegenkrafteinheit ein zusätzliches Dämpfungselement umfassen, das seriell mit
oder parallel zu dem Federelement in der Gegenkrafteinheit angeordnet sein kann. Auch
ist es prinzipiell vorstellbar, eine Anzahl von Gruppen von parallel zueinander angeordneten
Federelementen und zusätzlichen Dämpfungselementen zu verwenden, wobei die Anzahl
von Gruppen zueinander parallel und/oder seriell geschaltet ist. Das zusätzliche Dämpfungselement
kann von einem Element mit inneren Dämpfungseigenschaften, beispielsweise einem Gummiseil
oder einem umsponnenes Gummiseil mit einer nichtlinearen Lastcharakteristik, gebildet
sein. Das zusätzliche Dämpfungselement kann mit dem Federelement integriert ausgeführt
sein. Es kann insbesondere eine konstruktiv einfach ausgeführte Gegenkrafteinheit
erreicht werden.
[0013] Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zumindest eine Entdralleinheit zu einer Verbindung
des zentralen Verbindungselements und des Federelements, das eine Drehung des zentralen
Verbindungselements um die eigene Achse ermöglicht, vorgeschlagen. Unter einer "Entdralleinheit"
soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die an einem Element, insbesondere
dem zentralen Verbindungselement, an einem Ende befestigt ist und eine Drehung des
Elements um die eigene Achse innerhalb des Elements ermöglicht, wobei die Drehung
des Elements in eine interne Drehung der Entdralleinheit umgesetzt wird. Es kann insbesondere
eine konstruktiv einfache Verbindung des zentralen Verbindungselements und des Federelements
erreicht werden.
[0014] Des Weiteren wird zumindest eine Einstelleinheit, die zu einer Einstellung einer
Gegenkraftstärke vorgesehen ist, vorgeschlagen. Unter einer "Einstelleinheit" soll
insbesondere eine Einheit verstanden werden, die manuell oder auf elektronischem Weg
gesteuert auf die Gegenkrafteinheit einwirkt und eine Gegenkraftstärke der Gegenkrafteinheit
und somit den möglichen Bewegungsradius der Plattform bei einer gegebenen Auslenkungskraft
verändert. Vorzugsweise ist die Einstelleinheit dazu vorgesehen, die Gegenkraftstärke
während eines Betriebs der Vorrichtung zu verändern. Es kann insbesondere ein flexibel
auf unterschiedliche Bedingungen anpassbare Vorrichtung erreicht werden.
[0015] Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Einstelleinheit zumindest einen
Aktuator, vorzugsweise zumindest einen elektrischen Aktuator, aufweist. Unter einem
"elektrischen Aktuator" soll insbesondere ein mechatronisches Bauteil verstanden werden,
das dazu vorgesehen ist, elektrische Signale in eine Bewegung, insbesondere in eine
Linear- oder Drehbewegung, umzusetzen. Insbesondere ist der elektrische Aktuator dazu
vorgesehen, eine Vorspannung des Federelements einzustellen. Insbesondere ist der
Aktuator zu einer stufenlosen Einstellung der Vorspannung vorgesehen. Es kann insbesondere
eine kostengünstig realisierbare und einfache ansteuerbare, stufenlose Einstellungseinheit
erreicht werden.
[0016] Alternativ kann die zumindest eine Gegenkrafteinheit zumindest ein unmittelbar einstellbares
Dämpfungselement aufweisen. Unter einem "unmittelbar einstellbaren Dämpfungselement"
soll insbesondere ein Dämpfungselement verstanden werden, dessen Gegenkraftstärke
mittels einer direkten elektrischen Ansteuerung, insbesondere ohne vorherige Ansteuerung
eines Aktuators zur Anpassung einer Vorspannkraft, oder durch Anlegen eines äußeren
elektrischen und/oder magnetischen Felds eingestellt werden kann. In alternativen
Ausgestaltungen kann die Gegenkrafteinheit anstelle von oder zusätzlich zu einem unmittelbar
einstellbaren Dämpfungselement und/oder Federelement auch eine Wirbelstrombremse oder
eine Reibbremse aufweisen. Es kann insbesondere konstruktiv einfach eine stufenlose
und schnell erfolgende Einstellung einer Gegenkraftstärke erreicht werden. Insbesondere
kann das unmittelbar einstellbare Dämpfungselement von einem elektrorheologischen
Dämpfer und/oder einem magnetorheologischen Dämpfer gebildet sein. Unter einem "elektrorheologischen
Dämpfer" soll insbesondere ein Dämpfer mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit
verstanden werden. Unter einer "elektrorheologischen Flüssigkeit" soll insbesondere
eine Flüssigkeit verstanden werden, in der elektrisch polarisierbare Partikel suspendiert
sind und die eine Viskosität aufweist, die durch Anlegen eines elektrischen Felds
durch Ausbildung von Dipolen bei den Partikeln verändert werden kann. Unter einem
"magnetorheologischen Dämpfer" soll insbesondere ein Dämpfer mit einer magnetorheologischen
Flüssigkeit verstanden werden. Unter einer "magnetorheologischen Flüssigkeit" soll
insbesondere eine Flüssigkeit verstanden werden, in der magnetische polarisierbare
Partikel suspendiert sind und die eine Viskosität aufweist, die durch Anlegen eines
magnetischen Felds verändert werden kann. Es kann insbesondere ein konstruktiv einfaches
und unmittelbar einstellbares Dämpfungselement erreicht werden.
[0017] Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Einstelleinheit zumindest
eine Steuereinheit aufweist. Unter einer "Steuereinheit" soll insbesondere eine Einheit
verstanden werden, die zumindest eine Recheneinheit und zumindest eine Speichereinheit
aufweist, und die dazu vorgesehen ist, zumindest ein in der Speichereinheit gespeichertes
Programm auszuführen und vorzugsweise eine Einstellung der Gegenkraftstärke in Abhängigkeit
von dem gespeicherten Programm und/oder von einer Bewegung der Plattform vorzunehmen.
Insbesondere kann die Steuereinheit dazu vorgesehen sein, in Abhängigkeit von Messwerten
zumindest eines Sensors zur Messung einer Auslenkung der Plattform, einer Auslenkungsgeschwindigkeit
oder einer Auslenkungsbeschleunigung die Gegenkraftstärke einzustellen. Der Sensor
kann beispielsweise von einer Kamera, einem Induktionssensor oder einem weiteren,
einem Fachmann als geeignet erscheinenden Sensor zur Positionsmessung gebildet sein.
Es kann insbesondere eine flexibel anpassbare Vorrichtung erreicht werden. Es kann
insbesondere eine Vorrichtung erreicht werden, die leicht und schnell auf unterschiedliche
Anforderungsmöglichkeiten angepasst werden kann und die insbesondere mit weiteren
äußeren Geräten, beispielsweise einer Videospielkonsole, kombiniert werden kann.
[0018] Zudem kann die zumindest eine Steuereinheit zur Ausführung eines Trainingsprogramms
vorgesehen sein, bei dem eine langsame Absenkung der Gegenkraftstärke der Gegenkrafteinheit
durch eine Zunahme einer Auslenkungsamplitude der Plattform einer raschen Erhöhung
der Gegenkraftstärke überlagert wird. Unter einer "langsamen Absenkung" und einer
"raschen Erhöhung" der Gegenkraftstärke soll insbesondere verstanden werden, dass
die Absenkung der Gegenkraftstärke langsam gegenüber der Erhöhung der Gegenkraftstärke
abläuft. Unter einer "Zunahme einer Auslenkungsamplitude" soll insbesondere verstanden
werden, dass aufgrund eines Nachlassens der Gegenkraftstärke, einer Unterbrechung
des Kraftflusses durch die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit, die zu einer weitgehend
frei von einer Gegenkraft erfolgenden Bewegung der Plattform führt, und/oder aufgrund
von Bewegungen einer Person auf der Plattform, beispielsweise von Ausgleichsbewegungen
der Person bei einer externen Anregung, eine Amplitude von Auslenkungen der Plattform
aus der Ruhelage zunimmt. Vorzugsweise wird eine Zunahme der Auslenkungsamplitude
der Plattform durch die Recheneinheit der Steuereinheit ermittelt. Insbesondere dient
die rasche Erhöhung der Gegenkraftstärke dazu, eine übergroße Zunahme der Auslenkungsamplitude
der Plattform zu vermeiden. Insbesondere ist die langsame Absenkung der Gegenkraftstärke
dazu vorgesehen, im Verlauf des Trainingsprogramms durch eine allmähliche Zunahme
einer Auslenkungsamplitude bei einer gleichen Bewegung der Person auf der Plattform
die Person im Verlauf des Trainingsprogramms immer wieder erneut zu fordern und somit
einen hohen Trainingseffekt zu erzielen. Insbesondere können Stabilität und motorische
Fähigkeiten einer das Trainingsprogramm durchlaufenden Person durch eine langsame
Absenkung der Gegenkraftstärke und ein dadurch bedingtes Erweitern einer durch Bewegungen
der Person bewirkten Auslenkung der Plattform einfach und sicher festgestellt und
trainiert werden. Es kann insbesondere ein Trainingsprogramm mit einer hohen, personenspezifisch
angepassten Stabilität erreicht werden. Weiterhin kann das zentrale Verbindungselement
zu einer Dämpfung der Bewegung der Plattform mittels äußerer Reibung vorgesehen sein.
Unter einer "äußeren Reibung" soll insbesondere eine Reibung des zentralen Verbindungselements
mit einem weiteren, von dem zentralen Verbindungselement verschiedenen Bauteil der
Vorrichtung verstanden werden. Insbesondere ist das zentrale Verbindungselement dazu
vorgesehen, mit einer Oberfläche der Hülse oder Bohrung mit abgerundeter Öffnung gemäß
der Euler-Eytelweinschen Gleichung zu reiben und kinetische Energie dissipativ in
Wärmeenergie umzusetzen. Es kann insbesondere eine zusätzliche Dämpfung von Bewegungen
der beweglichen Plattform erreicht werden.
[0019] Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Gegenkrafteinheit zumindest
ein Element mit einer nichtlinearen Kraftcharakteristik aufweist. Unter einem "Element
mit einer nichtlinearen Kraftcharakteristik" soll insbesondere ein Element verstanden
werden, dass unter Zugspannung eine nichtlineare Ausdehnung erfährt, beispielsweise
ein Gummiseil oder ein Federelement mit einer nichtlinearen Kraft-Ausdehnungs-Kennlinie.
Es kann insbesondere eine hohe Variabilität der Gegenkraft, die durch die Gegenkrafteinheit
erzeugt wird, erreicht werden.
[0020] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dazu vorgesehen, zu einem Gleichgewichtstraining
und/oder zur Therapie eingesetzt zu werden. In der Therapie kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung beispielsweise zum Muskeltraining eingesetzt werden. Insbesondere wird
eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Zusammenwirkung mit einer Spielkonsole
vorgeschlagen. Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine mit der
Spielkonsole verbundene Steuereinheit, die entweder in die Spielkonsole integriert
oder separat von dieser ausgebildet sein kann. Insbesondere ist die mit der Spielkonsole
verbundene Steuereinheit von der Steuereinheit der Einstelleinheit gebildet.
[0021] Ferner wird eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bedingungen reduzierter
Schwerkraft zu einem Gleichgewichts- und oder feinmotorischem Training und/oder zur
Therapie vorgeschlagen. Unter "Bedingungen reduzierter Schwerkraft" sollen insbesondere
Bedingungen verstanden werden, bei denen eine Schwerewirkung von maximal 0,9 g, vorteilhaft
maximal 1 *10
-3 g, vorzugsweise maximal 1*10
-6 g und besonders bevorzugt maximal 1 *10
-8 g wirksam ist. Die Schwerewirkung kann durch Gravitation und/oder künstlich durch
eine Beschleunigung erzeugt sein. Mit "g" ist der Wert der Fallbeschleunigung auf
der Erde von 9,81 m/s
2 bezeichnet. Insbesondere wird eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in
Zusammenwirkung mit einer Spielkonsole unter Bedingungen reduzierter Schwerkraft vorgeschlagen.
Es kann insbesondere eine einfach auf persönliche Bedürfnisse anpassbare Trainingsmöglichkeit
unter Bedingungen reduzierter Schwerkraft bereitgestellt werden.
[0022] Insbesondere kann eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Trainingsprogramm
vorgesehen sein, bei dem einer langsamen Absenkung der Gegenkraftstärke der Gegenkrafteinheit
eine rasche Erhöhung der Gegenkraftstärke durch eine Zunahme einer Auslenkungsamplitude
der Plattform überlagert wird. Es kann insbesondere ein Trainingsprogramm mit einer
hohen, personenspezifisch angepassten Stabilität erreicht werden.
[0023] Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung
und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin
genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl
aufweisen.
Zeichnungen
[0024] Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen
sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung
und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren
Kombinationen zusammenfassen.
[0025] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht
schräg von oben,
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung einer Gegenkrafteinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einem Federelement, einem Aktuator und mit einer Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
mit einem als Seilelement ausgebildeten Verbindungselement,
- Fig. 3
- schematische Darstellungen unterschiedlicher Betriebsmodi und zugeordneter Auslenkung-Gegenkraft-Diagramme
in Teilfiguren 3-A bis 3-E und
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung einer alternativen Vorrichtung mit einer Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
mit einem ausziehbaren Kolbenelement.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0026] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10a zum Gleichgewichtstraining mit
einer beweglichen Plattform 12a, die in zumindest zwei Dimensionen schwingend bewegbar
ist, mit einer Gegenkrafteinheit 20a, die einer Kraft zu einer Auslenkung der beweglichen
Plattform 12a einen Widerstand entgegensetzt, in einer Ansicht schräg von oben. Die
bewegliche Plattform 12a ist mittels Aufhängungselementen 16a, 18a einer Aufhängungseinheit
14a an einem Rahmen 52a, der beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein kann, schwingend
gelagert, wobei die Aufhängungselemente 16a eine Lagerung in einer Bewegungsrichtung
48a der beweglichen Plattform 12a und die Aufhängungselemente 18a eine Lagerung in
einer zu der Bewegungsrichtung 48a der beweglichen Plattform 12a senkrechten Bewegungsrichtung
50a der beweglichen Plattform 12a bereitstellen. Die Aufhängungselemente 16a, 18a
sind dabei als kunststoffummantelte Stahlseile ausgeführt, welche über eine Deformation
eines Materials eines Kunststoffmantels eine zusätzliche Dämpfung der Bewegung bewirken.
Der Rahmen 52a weist zwei Griffe 46a auf, die insbesondere als Aufsteighilfe vorgesehen
sind. Die Plattform 12a ist in zwei Bewegungsrichtungen 48a, 50a und somit zweidimensional
auslenkbar. In alternativen Ausgestaltungen kann die Plattform 12a zusätzlich noch
kippbar ausgebildet sein. Die Vorrichtung 10a ist zu einer Verwendung bei einem Gleichgewichtstraining
bei einer Therapie vorgesehen und ferner dazu vorgesehen, in Zusammenwirkung mit einer
Spielkonsole 44a eingesetzt zu werden. Durch Zusammenwirkung mit der Spielkonsole
44a kann insbesondere eine Simulation unterschiedlicher Bedingungen, beispielsweise
für ein Training, ermöglicht werden. Eine Verwendung der Vorrichtung 10a kann auch
unter Bedingungen reduzierter Schwerkraft, beispielsweise an Bord einer Raumstation
oder einer Raumkapsel oder auf einem Mond, Planeten oder Asteroiden, für Trainingsmaßnahmen
von Astronauten zum Muskelaufbau stattfinden. Die bewegliche Plattform 12a der Vorrichtung
10a wird durch Bewegungen einer auf einer ebenen Oberfläche der Plattform 12a stehenden
Person ausgelenkt, wobei in alternativen Ausgestaltungen eine Oberfläche der Plattform
12a auch eine von einer ebenen Gestaltung abweichende Form aufweisen kann. Ferner
kann in alternativen Ausgestaltungen die bewegliche Plattform 12a durch Auslenkung
mittels einer Auslenkeinheit, beispielsweise eines angebrachten Exzentermotors, in
Bewegung versetzt werden, wobei die auf der Oberfläche stehende Person zur Erreichung
eines Trainingseffekts die durch die Auslenkeinheit verursachte Bewegung ausgleichen
muss.
[0027] Die Vorrichtung 10a weist eine Gegenkrafteinheit 20a auf (Fig. 2). Ein zentrales,
zumindest teilweise entlang einer Nullachse 30a einer Ruhelage der Plattform 12a verlaufendes
Verbindungselement 22a, verbindet die Gegenkrafteinheit (60a-b) und die bewegliche
Plattform (12a-b) und überträgt eine von der Gegenkrafteinheit (60a-b) erzeugte Gegenkraft
zu einer Auslenkung der beweglichen Plattform (12ab). Das zentrale Verbindungselement
22a ist von einem Seilelement gebildet. Das Seilelement ist von einem Stahlseil gebildet,
in alternativen Ausführungsvarianten kann das zentrale Verbindungselement 22a von
einem Seilelement aus einem anderen Material als Stahl gebildet sein und beispielsweise
eine Beschichtung aufweisen oder das zentrale Verbindungselement 22a kann zumindest
teilweise von einer Kette gebildet sein. Das zentrale Verbindungselement 22a ist in
an einem Mittelpunkt einer unteren Fläche der beweglichen Plattform 12a mit dieser
verbunden.
[0028] Das zentrale Verbindungselement 22a überträgt die zumindest zweidimensionale Bewegung
der Plattform 12a eindimensional auf die Gegenkrafteinheit 20a. Die Gegenkrafteinheit
20a weist eine Bewegungswandlungseinheit 24a auf, die einen rotatorischen Anteil der
zumindest zweidimensionalen Bewegung der Plattform 12a in eine Drehbewegung des zentralen
Verbindungselements 22a um eine eigene Achse umwandelt. Die Bewegungswandlungseinheit
24a weist eine Bohrung 26a in einem Körper mit einer abgerundeten Öffnung auf. In
einer alternativen Ausgestaltung kann die Bewegungswandlungseinheit 24a anstatt einer
Bohrung 26a in einem Körper eine Hülse mit einer abgerundeten Öffnung aufweisen. Grundsätzlich
ist es ebenfalls vorstellbar, dass die Bohrung 26a oder die Hülse eine scharfkantige
Öffnung aufweist. Das zentrale Verbindungselement 22a ist durch die Bohrung 26a durchgeführt,
wobei es an der Öffnung anliegt. Bei einer Auslenkung der Plattform 12a aus der Ruhelage
wird der translatorische Anteil der Auslenkung und somit der Bewegung der Plattform
12a in eine translatorische Bewegung des zentralen Verbindungselements 22a umgesetzt,
während eine rotatorischer Anteil der Bewegung in eine Rotation eines Teilbereichs
des zentralen Verbindungselements 22a zwischen Bohrung 26a und Plattform 12a um die
Bohrung 26a der Bewegungswandlungseinheit 24a und bei mehrfacher Rotation um die Bohrung
26a in eine Drehung des zentralen Verbindungselements 22a um die eigene Achse umgesetzt
wird. Somit wird der rotatorische Anteil der Bewegung der Plattform 12a herausgefiltert
und es verbleibt nur ein Betrag der Auslenkung aus der Ruhelage, der durch Gegenkrafteinheit
20a ein Widerstand entgegengesetzt wird. Grundsätzlich ist es vorstellbar, unterschiedliche
Widerstandstärken für jeweils eine der zwei Bewegungsrichtungen 48a, 50a der Plattform
12a vorzusehen und anstelle des zentralen Verbindungselements 22a unterschiedliche
Elemente zur Verbindung mit separaten Gegenkraftelementen vorzusehen.
[0029] Die Gegenkrafteinheit 20a weist ein Federelement 32a auf, das mit dem zentralen Verbindungselement
22a verbunden ist und das einer translatorischen Bewegung des zentralen Verbindungselements
22a einen Widerstand aufgrund einer Rückstellkraft entgegensetzt, so dass einer Auslenkung
der Plattform 12a über das zentrale Verbindungselement 22a ein Widerstand entgegengesetzt
wird. Ein zusätzliches Dämpfungselement 58a der Gegenkrafteinheit 20a ist mit dem
Federelement 32a in Reihe angeordnet. Die Gegenkrafteinheit 20a weist ein Element
mit einer nichtlinearen Kraftcharakteristik auf, das von dem zusätzlichen Dämpfungselement
58a gebildet ist. Das zusätzliche Dämpfungselement 58a ist als umsponnenes Gummiseil
mit einer nichtlinearen Kraftcharakteristik ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen
der Gegenkrafteinheit 20a kann das zusätzliche Dämpfungselement 58a der Gegenkrafteinheit
20a parallel zu dem Federelement 32a angeordnet sein. Das zentrale Verbindungselement
22a ist ferner zu einer Dämpfung der Bewegung der Plattform 12a mittels äußerer Reibung
vorgesehen, da das zentrale Verbindungselement 22a bei einer translatorischen Bewegung
mit der Oberfläche der Bohrung 26a gemäß der Euler-Eytelweinschen Gleichung reibt
und bei dieser äußeren Reibung kinetische Energie des zentralen Verbindungselements
22a und somit der Plattform 12a dissipiert wird, wodurch die Bewegung der Plattform
12a gedämpft wird. Insbesondere ist die äußere Reibung des zentralen Verbindungselements
22a mit der Oberfläche der Bohrung 26a zu einer Dämpfung eines Nachschwingens der
Plattform 12a bei Auslenkung sowie von Bewegungen durch ein Aufsteigen einer Person
vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl das zentrale Verbindungselement
22a als auch die Oberfläche der abgerundeten Öffnung der Bohrung 26a aus Stahl hergestellt,
grundsätzlich können jedoch sowohl das zentrale Verbindungselement 22a als auch die
Oberfläche der abgerundeten Öffnung der Bohrung 26a aus anderen Materialien hergestellt
sein. Auf einer Strecke zwischen der Bohrung 26a und dem Federelement 32a wird das
zentrale Verbindungselement 22a mittels einer Umlenkrolle 54a umgelenkt. Die Vorrichtung
10a weist eine von einem Wirbellager gebildete Entdralleinheit 56a zu einer Verbindung
des zentralen Verbindungselements 22a und des Federelements 32a auf, das eine Drehung
des zentralen Verbindungselements 22a um die eigene Achse ermöglicht, so dass eine
Krafteinwirkung auf das Federelement 32a durch die Drehung des Verbindungselements
22a um die eigene Achse vermieden wird und das Federelement 32a lediglich mit einer
Krafteinwirkung durch den Betrag der Auslenkung der Plattform 12a aus der Ruhelage
beaufschlagt wird. Die von dem Wirbellager gebildete Entdralleinheit 56a ist über
ein Hülsenelement 28a mit dem Federelement 32a verbunden. Es ist in alternativen Ausgestaltungen
vorstellbar, dass die Gegenkrafteinheit 20a zusätzlich zu oder anstelle von dem Federelement
32a beispielsweise eine Wirbelstrombremse oder eine Reibbremse zur Dämpfung aufweist.
[0030] Eine Einstelleinheit 34a ist zu einer Einstellung einer Gegenkraftstärke der Gegenkrafteinheit
20a vorgesehen. Die Einstelleinheit 34a weist einen elektrischen Aktuator 36a auf,
der eine Vorspannkraft auf das Federelement 32a einstellt. Über eine Einstellung der
Vorspannkraft des Federelements 32a durch den Aktuator 36a wird die Gegenkraftstärke
der Gegenkrafteinheit 20a eingestellt, da zum einen durch eine erhöhte Vorspannkraft
einer Auslenkung des zentralen Verbindungselements 22a durch die Plattform 12a eine
höhere Gegenkraft entgegengesetzt wird und zum anderen aufgrund einer geänderten Kraft
auf das zentrale Verbindungselement 22a eine Veränderung einer Reibkraft mit der Oberfläche
der Bohrung 26a gemäß der Euler-Eytelweinschen Gleichung erreicht wird. Die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
60a umfasst ein Verbindungselement 62a, das in dem zumindest einen Betriebszustand,
in dem die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit 60a den Kraftfluss unterbricht,
zumindest teilweise in einem entspannten Zustand gelagert ist. Das Verbindungselement
62a ist als Seilelement ausgebildet, das im entspannten Zustand locker auf einem Boden
in Schlingen aufliegt und bei einer Krafteinwirkung auf das zentrale Verbindungselement
22a zuerst gestrafft wird. Erst nach Erreichen einer vollständigen mechanischen Straffung
des Verbindungselements 62a wird das Federelement 32a ausgezogen und erzeugt eine
Gegenkraft. Ein Straffen des Verbindungselements 62a erfolgt im Wesentlichen kraftfrei,
so dass keine Gegenkraft auf die Plattform 12a ausgeübt wird. Das Verbindungselement
62a ist zwischen dem Aktuator 36a und dem Federelement 32a angeordnet und kann durch
den Aktuator 36a angespannt und entspannt werden, wobei erst nach einer vollständigen
Anspannung des Verbindungselements 62a das Federelement 32a von dem Aktuator 36a vorgespannt
werden kann. Die Einstelleinheit 34a weist eine Steuereinheit 40a auf, die in die
Einstelleinheit 34a integriert ist und die eine Recheneinheit und eine Speichereinheit
mit darin gespeicherten Programmen umfasst. Die Steuereinheit 40a ist zu einer Ansteuerung
der Aktuators 36a zu einer Anpassung der Dämpfung vorgesehen. Es können insbesondere
verschiedene Gegenkraftstärken zu einer Anpassung der Vorrichtung 10a an unterschiedliche
Bedürfnisse von Nutzern der Vorrichtung 10a, beispielsweise an unterschiedliche Grade
einer Gleichgewichtsbeeinträchtigung von unterschiedlichen Personen, die ein Gleichgewichtstraining
bei einer Therapie durchführen, eingestellt werden. Aufgrund des elektrischen Aktuators
36a kann eine Einstellung der Gegenkraftstärke stufenlos erfolgen. Die Steuereinheit
40a hat in ihrer Speichereinheit insbesondere verschiedene Trainingsprogramme mit
unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden, die über unterschiedliche Gegenkraftstärken
realisiert werden, gespeichert, wobei in manchen Trainingsprogrammen der Schwierigkeitsgrad
sich im Verlauf einer Ausführung des Trainingsprogramms ändert. Insbesondere kann
mittels der Einstelleinheit 34a über die Steuereinheit 40a und den elektrischen Aktuator
36a eine Einstellung und Anpassung der Gegenkraftstärken während einer Benutzung der
Vorrichtung 10a durchgeführt werden, wodurch eine Realisierung von Trainingsprogrammen
mit unterschiedlichen Gegenkraftstärken und somit Schwierigkeitsgraden ohne eine Unterbrechung
des Trainingsprogramms zu einer Anpassung der Gegenkraftstärke ermöglicht wird. Die
Steuereinheit 40a ist zur Ausführung eines Trainingsprogramms vorgesehen, bei dem
einer langsamen Absenkung der Gegenkraftstärke der Gegenkrafteinheit 20a durch eine
Zunahme einer Auslenkungsamplitude der Plattform 12a eine rasche Erhöhung der Gegenkraftstärke
überlagert wird. Die rasche Erhöhung der Gegenkraftstärke dient dazu, eine übergroße
Zunahme der Auslenkungsamplitude der Plattform 12a zu vermeiden, während durch die
langsame Absenkung der Gegenkraftstärke im Verlauf des Trainingsprogramm durch eine
allmähliche Zunahme einer Auslenkungsamplitude bei einer gleichen Bewegung einer Person
auf der Plattform 12a die Person im Verlauf des Trainingsprogramms immer wieder erneut
gefordert und somit einen hohen Trainingseffekt erzielt wird. Insbesondere umfasst
das Trainingsprogramm eine Anfangsphase mit einer hohen Gegenkraftstärke, in der Bewegungen
der Person auf der Plattform 12a nur zu einer geringen Auslenkung der Plattform 12a
führen. Nach der Anfangsphase erfolgt durch die langsame Absenkung der Gegenkraftstärke
der Gegenkrafteinheit 20a ein Übergang in eine eigentliche Trainingsphase, in der
aufgrund der Absenkung der Gegenkraftstärke der Gegenkrafteinheit 20a resultierenden
Erhöhung der Auslenkungsamplitude der Plattform 12a durch die Steuereinheit 40a zu
einer raschen Erhöhung der Gegenkraftstärke angesteuert wird und der langsamen Absenkung
der Gegenkraftstärke überlagert wird, wodurch sich schnell wechselnde Trainingsbedingungen
ergeben, durch die ein hoher Trainingseffekt erzielt wird.
[0031] Ferner ist es in Zusammenwirken mit der Spielkonsole 44a mittels der Steuereinheit
40a möglich, unterschiedliche Situationen für Trainingsspiele an der Spielkonsole
44a durch unterschiedliche Gegenkraftstärken zu simulieren, beispielsweise für ein
Training von Astronauten. In alternativen Ausgestaltungen kann die Steuereinheit 40a
in die Spielkonsole 44a integriert sein, so dass eine Ansteuerung der Einstelleinheit
34a durch die Spielkonsole 44a erfolgen kann. Ferner sind alternative Ausgestaltungen
vorstellbar, bei denen eine Anpassung der Gegenkraftstärke per Hand an dem Federelement
32a vorgenommen wird. Die Steuereinheit 40a ist dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von
Messwerten zumindest eines Sensors 42a zur Messung einer Auslenkung der Plattform
12a die Gegenkraftstärke einzustellen. Der Sensor 42a ist von einer Kamera gebildet,
über die die Steuereinheit 40a die Bewegung der Plattform 12a anhand einer Detektion
von Markierungen an einer Unterseite der Plattform 12a erreicht. In alternativen Ausgestaltungen
kann der Sensor 42a zur Positionsmessung der Plattform 12a von anderen, einem Fachmann
als geeignet erscheinenden Sensoren 42a gebildet sein.
[0032] In Fig.3-A bis Fig. 3-E sind unterschiedliche Betriebsmodi der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 10a schematisch dargestellt. Die Betriebsmodi sind jeweils mit einem Auslenkungs-Gegenkraft-Diagramm
und darunter einer schematischen Einstellung der Gegenkrafteinheit 20a und der Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
60a dargestellt. In Fig. 3-A ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
60a derart eingestellt ist, dass die bewegliche Plattform 12a über einen gesamten
Bereich einer Auslenkung im Wesentlichen frei von einer Gegenkraft ausgelenkt werden
kann. Die Auslenkung der Plattform 12a wird dabei in eine Straffungsstrecke 64a des
Verbindungselements 62a umgesetzt, die im Auslenkungs-Gegenkraft-Diagramm mit dem
Buchstaben "d" gekennzeichnet ist. In diesem Betriebsmodus unterbricht somit die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
60a somit in jedem Betriebszustand einen Kraftfluss zwischen der Plattform 12a und
der Gegenkrafteinheit 20a. In Fig. 3-B ist ein Betriebsmodus dargestellt, in dem die
Kraftübertragungsunterbrechungseinheit 60a derart eingestellt ist, dass die bewegliche
Plattform 12a über einen Teilbereich einer Maximalauslenkung im Wesentlichen frei
von einer Gegenkraft ausgelenkt werden kann, wobei eine Auslenkung in die Straffungsstrecke
64a umgesetzt wird. Bei einer darüber hinausgehenden Auslenkung 64a wird das Federelement
32a um eine Dehnungsstrecke 66a gedehnt, die im Auslenkungs-Gegenkraft-Diagramm mit
dem Buchstaben "f" gekennzeichnet ist, und die Plattform 12a erfährt eine linear ansteigende
Gegenkraft aufgrund einer Dehnung des Federelements 32a. In diesem Betriebsmodus unterbricht
somit die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit 60a somit in Betriebszuständen, in
denen die Auslenkung in einem vorgesehenen Teilbereich einer Maximalauslenkung liegt,
einen Kraftfluss zwischen der Plattform 12a und der Gegenkrafteinheit 20a. In Fig.
3-C ist durch den Aktuator 36a das Verbindungselement 62a bereits in der Ruhelage
der Plattform 12a vollständig angespannt und die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
60a somit deaktiviert. Bei jeglicher Auslenkung in einem solchen Betriebsmodus wird
die Auslenkung in eine Dehnungsstrecke 66a des Federelements 32a umgesetzt und eine
linear ansteigende Gegenkraft erzeugt. In Fig. 3-D ist die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
60a deaktiviert und das Federelement 32a bereits durch den Aktuator 36a vorgespannt,
so dass direkt zu einer Erzielung einer initialen Auslenkung eine bestimmte Gegenkraft
überwunden werden muss und mit zunehmender Auslenkung die Gegenkraft ansteigt. In
Fig. 3-E ist durch den Aktuator 36a das Federelement 32a maximal vorgespannt, so dass
die Plattform 12b nicht ausgelenkt werden kann, ohne die Vorrichtung 10b zu beschädigen,
wobei eine dazu notwendige Kraft durch geeignete Wahl des Federelements 36a so gewählt
ist, dass sie durch einen regulären Betrieb nicht erreicht wird. Bei einer Verwendung
eines Elements mit einer nichtlinearen Kraftcharakteristik in der Gegenkrafteinheit
20a ändern sich die dargestellten Diagramme dahingehend, dass ein linear anwachsender
Gegenkraftverlauf durch eine nichtlinear anwachsendenden Gegenkraftverlauf ersetzt
wird.
[0033] In der Figur
4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen
und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den
Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere
in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen
und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figuren
1 bis 3 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der
Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1
bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der Figur
4 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
[0034] Eine alternative Vorrichtung 10b zum Gleichgewichtstraining mit einer beweglichen
Plattform 12b, die in zumindest zwei Dimensionen schwingend bewegbar ist, mit einer
Gegenkrafteinheit 20b, die einer Kraft zu einer Auslenkung der beweglichen Plattform
12b einen Widerstand entgegensetzt, und mit einer Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
60b, die in zumindest einem Betriebszustand einen Kraftfluss zwischen der beweglichen
Plattform 12b und der Gegenkrafteinheit 20b unterbricht ist im Wesentlichen analog
zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel ausgeführt (Fig. 4). Die Kraftübertragungsunterbrechungseinheit
60b der Vorrichtung 10b umfasst ein Kolbenelement 38b in einem Kolbenbehälter, das
durch einen elektrischen Aktuator 36b einer Einstelleinheit 34b in dem Kolbenbehälter
verschoben werden kann. Das Kolbenelement 38b ist mit einem zentralen Verbindungselement
22b verbunden und kann von diesem aus dem Kolbenbehälter gezogen werden. Aus Richtung
des zentralen Verbindungselements 22b gesehen ist hinter dem Kolbenelement 38b ein
Federelement 32b angeordnet. Ein Auszug des Kolbenelements 38b geschieht im Wesentlichen
kraftfrei, so dass bei einer durch eine Auslenkung der beweglichen Plattform 12b durch
Bewegungen einer auf der beweglichen Plattform 12b stehenden Person zuerst das Kolbenelement
38b ausgezogen wird und ein Kraftfluss auf die Gegenkrafteinheit 20b unterbrochen
wird, wodurch die Auslenkung ohne Gegenkraft erfolgt. Sobald das Kolbenelement 38b
vollständig ausgezogen ist, werden durch eine weitere Auslenkung der Plattform 12b
das Kolbenelement 38b und den Kolbenbehälter durch das zentrale Verbindungselement
22b mitgezogen, wozu der Kolbenbehälter und das Kolbenelement 38b verschiebbar gelagert
und durch ein durch eine vorbestimmte Kraft überwindbare Sicherungsvorrichtung gegen
ein Verschieben vor einem vollständigen Auszug des Kolbenelements 38b gesichert sind,
und anschließend das Federelement 32b gedehnt wird, das dieser Dehnung aufgrund einer
Elastizität eine Rückstellkraft entgegensetzt, wodurch eine linear mit der Auslenkung
anwachsende Gegenkraft erzeugt wird.
Bezugszeichen
[0035]
10 |
Vorrichtung |
12 |
Plattform |
14 |
Aufhängungseinheit |
16 |
Aufhängungselement |
18 |
Aufhängungselement |
20 |
Gegenkrafteinheit |
22 |
Verbindungselement |
24 |
Bewegungswandlungseinheit |
26 |
Bohrung |
28 |
Hülsenelement |
30 |
Nullachse |
32 |
Federelement |
34 |
Einstelleinheit |
36 |
Aktuator |
38 |
Kolbenelement |
40 |
Steuereinheit |
42 |
Sensor |
44 |
Spielkonsole |
46 |
Griff |
48 |
Bewegungsrichtung |
50 |
Bewegungsrichtung |
52 |
Rahmen |
54 |
Umlenkrolle |
56 |
Entdralleinheit |
58 |
Zusätzliches Dämpfungselement |
60 |
Kraftübertragungsunterbrechungseinheit |
62 |
Verbindungselement |
64 |
Straffungsstrecke |
66 |
Dehnungsstrecke |
1. Vorrichtung, insbesondere zum Gleichgewichts- und/oder feinmotorischen Training, mit
zumindest einer beweglichen Plattform (12a-b), die in zumindest zwei Dimensionen schwingend
bewegbar ist, mit zumindest einer Gegenkrafteinheit (20a-b), die dazu vorgesehen ist,
einer Kraft zu einer Auslenkung der beweglichen Plattform (12a-b) einen Widerstand
entgegenzusetzen, gekennzeichnet durch zumindest eine Kraftübertragungsunterbrechungseinheit (60a-b), die in zumindest einem
Betriebszustand einen Kraftfluss zwischen der zumindest einen beweglichen Plattform
(12a-b) und der zumindest einen Gegenkrafteinheit (20a-b) unterbricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest ein zentrales, zumindest teilweise entlang einer Nullachse (30a-b) einer
Ruhelage der zumindest einen Plattform (12a-b) verlaufendes Verbindungselement (22a-b),
das die zumindest eine Gegenkrafteinheit (60a-b) und die zumindest eine bewegliche
Plattform (12a-b) verbindet und dazu vorgesehen ist, eine von der zumindest einen
Gegenkrafteinheit (60a-b) erzeugte Gegenkraft zu einer Auslenkung der zumindest einen
Plattform (12a-b) zu übertragen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kraftübertragungsunterbrechungseinheit (60a-b) zumindest ein Verbindungselement
(62a-b) umfasst, das in dem zumindest einen Betriebszustand zumindest teilweise in
einem entspannten Zustand gelagert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zentrale Verbindungselement (22a-b) die zumindest zweidimensionale
Bewegung der Plattform (12a-b) eindimensional auf die Gegenkrafteinheit (20a-b) überträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gegenkrafteinheit (20a-b) zumindest eine Bewegungswandlungseinheit
(24a-b) aufweist, die einen rotatorischen Anteil der zumindest zweidimensionalen Bewegung
der zumindest einen Plattform (12a-b) in eine Drehbewegung des zumindest einen zentralen
Verbindungselements (22a-b) um eine eigene Achse umwandelt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungswandlungseinheit (24a-b) wenigstens eine Hülse oder eine Bohrung (26a-b)
mit einer abgerundeten Öffnung aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einen Gegenkrafteinheit (20a-b) zumindest ein Federelement (32a-b)
aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Einstelleinheit (34a-b), die zu einer Einstellung einer Gegenkraftstärke
vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest Einstelleinheit (34a-b) zumindest einen Aktuator (36a-b), vorzugsweise
zumindest einen elektrischen Aktuator (36a-b), aufweist.
10. Vorrichtung zumindest nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einstelleinheit (34a-b) eine Steuereinheit (40a-b) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zentrale Verbindungselement (22a-b) zu einer Dämpfung der Bewegung
der zumindest einen Plattform (12a-b) mittels äußerer Reibung vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gegenkrafteinheit zumindest ein Element mit einer nichtlinearen
Kraftcharakteristik aufweist.
13. Verwendung einer Vorrichtung (1 0a-b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum
Gleichgewichts- und/oder feinmotorischen Training, vorzugsweise in Zusammenwirkung
mit einer Spielkonsole (44a-b).
14. Verwendung nach Anspruch 13 unter Bedingungen reduzierter Schwerkraft.