Isokinetisches Ergometer

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein isokinetisches Ergometer, bei dem die Kraftangriffspunkte über Hebel (1) oder Seilzüge über ein Zahnrad (27) auf eine Zahnstange (14) einwirken, die mit einem Kolben (5) verbunden ist, der vorzugsweise hydraulisch mit einem Stromregel­ventil (6) zusammenwirkt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein isokinetisches Ergometer.

[0002] Ergometer werden zum Training und zur gezielten Muskelbildung von Sportlern oder auch für Gymnastik- und Therapiezwecke eingesetzt.

[0003] Sie bestehen in der Regel aus einer Bewegungsführung, z.B.ein auf einer Schiene gleitender Sitz, Kraftangriffspunkten, wie z.B. Riemen, Skulls, Stoß- oder Zugvorrichtung mit Handgriffen oder anderen Kraftaufnahmevorrichtungen und einer damit verbundenen Bremseinheit bzw. Geschwindigkeitsregelung. Mit einer geeigneten Mechanik verbundene Hebel oder Züge erzeugen dabei gegen Bremsen einen Widerstand, der durch Arm- und/oder Beinbetätigung und/oder Körperbetätigung überwunden wird. Die Rückstellung kann weitgehend kräftefrei erfolgen.

[0004] Ein isokinetisches Training oder ein exzentrisches Training ist mit herkömmlichen Ergometern nicht durchführbar.

[0005] Beim isokinetischen Training finden die Bewegungsabläufe unabhängig von der aufgebrachten Kraft mit konstanter Geschwin­digkeit statt. Diese Art des Trainings ist nach sportmedizini­schen Erkenntnissen die in vielfacher Hinsicht effektivste, es besteht daher ein großes Bedürfnis an Übungsgeräten, die einen isokinetischen Bewegungsablauf ermöglichen.

[0006] Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Ergometer zu schaffen, das die vorgenannte Aufgabe löst. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Ergometer, bestehend aus Bewegungsführung, Kraftangriffspunkten, damit verbundener Bremseinheit und einer Geschwindigkeitsregelung, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

a) die Kraftangriffspunkte sind mechanisch mit einem in einem Zylinder beweglichen Kolben verbunden,

b) an den Zylinder ist ein Stromregelventil angeschlossen,

c) Zylinder und Stromregelventil stehen über eine Leitung hydraulisch miteinander in Verbindung wobei das Stromregelventil vorzugsweise bei Zylinderhub regelt.

[0007] Unter einem Stromregelventil wird vorzugsweise ein Drosselventil mit einem Differenzdruckventil, bzw. einer Druckwaage verstanden. Dabei wird das Druckgefälle an der Drosselstelle konstant gehalten, der Strom der Hydraulikflüssigkeit ist nahezu unabhängig vom Arbeitsdruck. Weiterhin sollen auch z.B. Ventile mit elektischen Regelkreisen unter dem Begriff Stromregelventile verstanden werden.

[0008] Mit der vorbeschriebenen Anordnung ist ein rein isokinetisches Trainieren erstmals möglich. Dabei kann die vom Kolben bewegte Flüssigkeit über das Stromregelventil in einen Behälter gefördert werden, aus dem es dann bei der Rückführung des Kolbens z.B. der Rückbewegung eines Ruderers, in den Zylinderraum zurückgeführt werden kann.

[0009] Das Training mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann erheblich verbessert werden, wenn man die Hydraulikflüssigkeit in einen Druckspeicher fördert und diese unter Druckabbau über ein Rückschlagventil wieder in den Zylinder einbringt, wodurch der Kolben in durch den Leitungsquerschnitt bestimmter Geschwindig­keit und mit ihm die Kraftangriffspunkte zurückbewegt oder in seiner Bewegung mindestens unterstützt wird. In gleicher Weise kann auch der Kolben mit einer Rückholfeder verbunden sein.

[0010] Die Stömungsgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit kann in vorteilhafter Weise durch eine im Stromregelventil angeordnete verstellbare Blende auf die jeweiligen Bedürfnisse, d.h. auf das Trainingsprogramm eingestellt werden.

[0011] Dabei können sämtliche Einstellwerte und an beliebigen Orten der Vorrichtung dynamische Vorgänge durch Meßwertgeber abgegriffen und datenmäßig verarbeitet werden, so daß eine ständige Kontrolle bzw. ein Vergleich mit vorgegebenen Werten verzögerungsfrei möglich ist.

[0012] Hierfür ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in besonderer Weise geeignet und ausgelegt, wodurch sich ihr Einsatz im Bereich des Spitzensports herleitet.

[0013] Die mechanische Übertragung der Trainingsbewegung auf den Kolben geschieht erfindungsgemäß in besonders einfacher und zuverläs­siger Weise z.B. mit Hilfe eines mit dem Hebel oder einer Seilzugrolle verbundenen Zapfen, an dem ein Zahnrad befestigt ist, das mit einer Zahnstange zusammenwirkt. Die Zahnstange ist mit dem Kolben verbunden und bewegt diesen der Trainingsbewegung entsprechend hin- und her.

[0014] Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, das isokinetische Training mit einem exzentrischen zu kombinieren, wodurch die Trainingsart variiert und die Trianingsausbeute gesteigert werden kann. Beide Trainingsweisen sind insbesondere auf das Rudertrai­ning in besonders hohem Maße abgestimmt.

[0015] Hierzu wird vorgeschlagen, an die mit dem Zylinder verbundene Leitung einen Hydraulikmotor anzuschließen und über diese den Kolben mit vorgebbaren Drücken und Strömungsgeschwindigkeiten zu beaufschlagen.

[0016] Unter Anwendung der letztgenannten Maßnahmen findet eine Umkehr der Trainingsarbeit dahingehend statt, daß nunmehr die trainie­rende Person gegen eine über die Kraftangriffspunkte ausgeübte Kraft arbeiten muß. Dies kann grundsätzlich in beiden Bewegungs­richtungen in einfacher Weise dadurch geschehen, daß wechselweise Kolbenvorder- und Kolbenrückseite mit dem Hydraulikmotor zusammenwirken.

[0017] Nach vorliegenden Erkenntnissen ist jedoch eine kraftfreie oder durch den vorgenannten Druckspeicher oder eine Rückholfeder auch kraftgestützte Rückführung der Kraftangriffspunkte ausreichend.

[0018] Die gegen den Hydraulikmotor bewirkte exzentrische Trainingsar­beit kann dabei auch insbesondere isokinetisch erfolgen, wozu lediglich das Zwischenschalten eines eigenen Stromregelventils zwischen Motor und Kolben erfoderlich ist, das ggf. durch ein eigenes, in Reihe geschaltetes Rückschlagventil abgesichert sein kann.

[0019] Der Wechsel vom rein isokinetischen auf exzentrisches Training kann durch einer Schieber vorgenommen werden, der einmal die Zuleitung zum Kolben mit dem Stromregelventil des rein isokine­tischen Kreises bzw. dem Druckspeicher und dem diesem zugeordne­ten Rückschlagventil herstellt, oder in einer zweiten Stellung diese mit dem Hydraulikmotor bzw. dessen Kreislaufführung verbindet.

[0020] Dabei ist vorzugsweise der Hydraulikmotor stromaufwärts mit einem Vorratsbehälter und stromabwärts über einen Schieber entweder mit dem Zylinder des Ergometers oder über die Zuleitung zum Druckspeicher und einem zwischengeschalteten Zweiwegehahn wiederum mit dem Vorratsbehälter zusammenschließbar.

[0021] Der Hydraulikmotor ist vorzugsweise als Konstantförderpumpe ausgelegt, um vor dem diesem zugeordneten Stromregelventil ein konstantes Potential aufzubauen, wobei zwischen dem Stromregel­ventil und dem Motor ein mit dem Vorratsbehälter verbundenes Druckhaltenventil angeordnet ist.

[0022] Unter den "Kraftangriffspunkten" werden im Vorstehenden die Punkte verstanden, an denen die trainierende Person auf das Ergometer einwirkt. Diese können den Handgriff des Seilzuges oder Hebels, wie z.B. bei einem Ruderergometer oder Fußabstützung bei Stoßgeräten oder auch die Arm- und Fußbefestigungen eines Schwimmgerätes darstellen, ebenso die Ansätze eines Rückenstreck­gerätes oder dergleichen.

[0023] Die Möglichkeit der erfindungsgemäßen Kombination isokinetischen und exzentrischer Bewegungsabläufe machen den Erfindungsgegen­stand besonders geeignet für physio-therapeutische Zwecke in der Rehabilitation.

[0024] Versuche mit der vorliegenden Erfindung haben eine hohe Akzeptanz sowie Trainingsmotivation erbracht und zu überraschend hohen Leistungssteigerungen geführt.

[0025] Bevorzugtes Einsatzgebiet ist hierbei das Rudertraining.

[0026] Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung daher biespielsweise am Anwendungsfall eines Ruderergometers dargestellt.

Fig. 1 zeigt den Aufbau des Ruderergometers;

Fig. 2 zeigt die hydraulische Anordnung für isokinetisches Training;

Fig. 3 zeigt die Kraftübertragung auf den Kolben;

Fig. 4 zeigt ein Stromregelventil;

Fig. 5 zeigt eine Kombination für isokinetisches und exzentri­sches Training;

[0027] Fig. 1 In dieser Figur ist der Aufbau eines Ruderergometers gezeigt. An einem Rahmen 3 sind Ausleger 2 befestigt, in denen Skulls 1 um Achsen schwenkbar gelagert sind, die die Kolben antreiben. Die Befestigung der Skulls 1 an den Achsen kann dabei grundsätzlich auch vertikal schwenkbar ausgestaltet sein, um das Eintauchen und Herausheben der Blätter aus dem Wasser zu imitieren. Die Achse für die Schwenkbewegung der Ruder wird durch einen Zapfen 13 gebildet, der über eine Kraftübertragung mechanisch, beispielsweise über Schubstangen auf einen in einem Zylinder 4 beweglichen Kolben wirkt. Kopfseitig ist ein Stemmbrett 25 angeordnet, auf Schienen 26 gleitet ein (nicht dargestellter) Sitz. Diese Anordnung ist den Verhältnissen in einem Ruderboot nachgebildet.

[0028] Fig. 2 zeigt den oben erwähnten Zylinder 4, in dem ein Kolben 5 beweglich untergebracht ist. Der Kolben 5 ist mit einer Zahnstange 14 verbunden, die über ein Zahnrad 27 angetrieben wird. Das Zahnrad 27 ist an einem Zapfen 13 (Fig.3) gelagert, der mit den Skulls (Riemen) verbunden ist und entsprechend der Ruderbewegung Zahnstange 14 und Kolben 5 hin- und herbewegt. An den Zylinder 4 ist über eine Leitung 7 ein Stromregelventil 6 angeschlossen, das über die Leitung 10 einen Druckspeicher 11 speist. Die Speisung erfolgt mit vorgegebenem, abgesehen von den Umkehrpunkten gleichbleibenden Volumenstrom (v = const) unabhängig von der auf Riemen oder Skull ausgeübten Zugkraft.

[0029] In den Druckspeicher 11 gelangt so die dem Inhalt des Zylinders 5 entsprechende Menge an Hydraulikflüssigkeit und wird von diesem über das Rückschlagventil 9 im Bypass 8 wieder an den Zylinder 4 abgegeben.

[0030] Anstelle des Druckspeichers 11 kann grundsätzlich auch ein beliebiges Vorratsgefäß treten, das aber dann die Rückstellung der Skulls nicht unterstützt.

[0031] Fig. 3 zeigt in Großdarstellung zum besseren Verständnis die Kraftübertragung über den Zapfen 13 und das Zahnrad 27 auf die Zahnstange 14, die über die Schraube 28 mit dem Kolben 15 starr verbunden ist. Im rückwärtigen Fortsatz 29 ist die Zahnstange 14 gegengelagert, um dem Eingriff des Zahnrads 27 nicht ausweichen zu können.

[0032] Der Zylinder 4 ist über die Bohrung 30 in der Kopfplatte 31 an das hydraulische Leitungssystem anschließbar (Fig.2, Fig.5).

[0033] Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäß einsetzbares Stromregelventil mit Differenzdruckfeder 32 und Ventilkolben 33. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtung bei Beaufschlagung des Stromregelventils an, wobei die Strömung über die Blende 34 geführt ist, die mit Hilfe des Handrades 35 den Durchsatz auf vorgebbare Werte festlegt.

[0034] In dieses Ventil ist der Nebenschluß (Bypass) 8 mit dem Rückschlagventil 9 zweckmäßigerweise integriert.

[0035] Fig. 5 zeigt die Kombination der isokinetischen Hydraulik nach Fig. 2 in Kombination mit einer exzentrisch wirkenden und zuschaltbaren Anordnung.

[0036] Diese zuschaltbare exzentrische Wirkungsweise, bei der die trainierende Person gegen eine von außen aufgebrachte Kraft arbeiten muß, wird durch den Hydraulikmotor 15 erzielt. Dieser wirkt über die Leitung 22 bei entsprechender Stellung des Schiebers 18 auf den Kolben 5 ein. Um den Hydraulikmotor 15 mit konstanten Drehzahlen bzw. konstantem Druck betreiben zu können, steht dieser über die Abzweigung 24 mit einem Druckhalteventil 23 in Verbindung.

[0037] Der Hydraulikmotor 15 wird über die Leitung 19, einen Filter 36 und einen Kühler 37 aus einem Vorratsbehälter 21 gespeist und gibt Überschuß an Hydraulikflüssigkeit über das Druckhalteventil 23 auch in diesen ab.

[0038] Zur Ermöglichung eines isokinetisch-exzentrischen Trainings, kann in der Leitung 22 ein zusätzliches Stromregelventil 16 angeordnet sein, das über ein eigenes Rückschlagventil 27 abgesichert ist.

[0039] Der Hebel (Skull) 1 besitzt einen Schalter 36, der den Schieber 18 aus der dargestellten Position nach links bewegt und den Zustrom aus dem Hydraulikmotor 15 freigibt. In der gegenüberlie­ genden Stellung wird der Schieber 18 freigegeben und federbetä­tigt zurückgefahren. Die Flüssigkeit gelangt über die Leitungen 7, 7ʹ und 10ʹ in den Vorratsbehälter 21 bei entsprechender Stellung des Zweiwegehahnes 20, der den Druckspeicher 11 für das exzentrische Training absperrt.

[0040] Bei rein isokinetischem, nicht exizentrischem Betrieb bleibt der Schieber in der gezeigten Stellung, wobei der in Fig.2 gezeigte Kreis mit Stromregelventil 6 Bypass 8 und Rückschlagventil 9 bzw. Druckspeicher 11 analog verwendet wird. Lediglich Zweiwegehahn 20 ist zum Abschluß der Leitung 10 umzustellen.

[0041] An den Schieber 18 kann auch eine direkte Verbindungsleitung 38 angeschlossen sein, über welche und die Leitung 10, 10ʹ Hydraulikflüssigkeit durch den Motor 15 im Kreis gefahren werden kann, ohne beispielsweise über die Leitung 7ʹ das Stromregelven­til 6 zu beaufschlagen.

Bezugszeichenliste

[0042] 

1 Hebel

2 Ausleger

3 Rahmen

4 Zylinder

5 Kolben

6 Stromregelventil

7,7ʹ Leitungen

8 Nebenschluß

9 Rückschlagventil

10 Leitungen

11 Druckspeicher (Rückholfeder)

12 Blende

13 Zapfen

14 Zahnstange

15 Hydraulikmotor

16 Stromregelventil

17 Rückschlagventil

18 Schieber

19 Leitung

20 Zweiwegehahn

21 Vorratsbehälter

22 Verbindungsleitung

23 Druckhalteventil

24 Abzweigung

25 Stemmbrett

26 Schienen

27 Zahnrad

28 Schraube

29 Fortsatz

30 Bohrung

31 Kopfplatte

32 Differenzdruckfeder

33 Ventilkolben

34 Blende

35 Handrad

36 Filter

37 Kühler

38 Verbindungsleitung

Ansprüche

1.) Isokinetisches Ergometer, bestehend aus Bewegungsführung, Kraftangriffspunkten, damit verbundener Bremseinheit und einer Geschwindigkeitsregelung, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

a) die Kraftangriffspunkte sind mechanisch mit einem in einem Zylinder (4) beweglichen Kolben (5) verbunden,

b) an den Zylinder (4) ist ein Stromregelventil (6) angeschlossen,

c) Zylinder (4) und Stromregelventil (6) stehen über eine Leitung (7) hydraulisch miteinander in Verbindung wobei das Stromregelventil vorzugsweise bei Zylinderhub regelt.

2.) Ergometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftangriffspunkte über Hebel (1) oder Seilzüge und Umlenkrolle mit einem Zahnrad (27) verbunden sind, das mit einer mit dem Kolben (5) verbundenen Zahnstange (14) kämmt.

3.) Ergometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromregelventil (6) mit einer verstellbaren Blende (12) versehen ist.

4.) Ergometer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (1) an Zapfen (13) schwenkbar gelagert sind und über Zahnräder (27) mit Zahnstangen (14) zusammenwirken, die mit den Kolben (5) fest verbunden sind.

5.) Ergometer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die mit dem Zylinder (4) verbundene Leitung (7) ein Hydraulikmotor (15) angeschlossen ist.

6.) Ergometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zylinder (4) und den Hydraulikmotor (15) ein weiteres Stromregelventil (16) und ggf. ein weiteres Rückschlagventil (17) in Reihe geschaltet sind.

7.) Ergometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (15) über einen Schieber (18) bei Bewegungsumkehr des Hebels (1) zuschaltbar ist.

8.) Ergometer nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor (15) über eine Leitung (22) und über den Schieber (18) mit einer weiteren Leitung (38) und über einen in dieser angeordneten Zweiwegehahn (20) mit einem Vorratsbehälter (21) für Hydraulikflüssigkeit verbindbar ist.

9.) Ergometer nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor 15 als Konstantförderpumpe ausgelegt ist und daß an die Verbin­dungsleitung (22) zwischen dem Stromregelventil (16) und der Pumpe (15) ein Druckhalteventil (23) in einer Abzweigung (24) angeordnet ist, das ausgangsseitig an den Vorratsbe­hälter (21) angeschlossen ist.

10.) Ergometer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (1) Reimen oder Skull einer Rudermaschine mit Sitz, Stemmbrett (25) und einer diese tragenden Rahmenkonstruktion (3) sind.

Zeichnung