Die Erfindung betrifft ein Trainingsgerät für das Training mindestens einer Extremität, mit einem Tragegestell und mindestens einer Kurbel, die an einer dem Tragegestell zugeordneten Drehachse angeordnet ist, und mit mindestens einer Extremitätenstütze, die in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse an der mindestens einen Kurbel befestigtbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Extremitätenstütze sowie ein

Verfahren zur Bestimmung der auf eine Extremitätenstütze eines

Trainingsgerätes wirkenden Kraft.

Trainingsgeräte der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE 10 2011 055 200 B3 bekannt, die insbesondere für das gezielte Training einzelner Muskelpartien der Extremität geeignet sind, wie dies bei der Rehabilitation von Patienten erforderlich ist. Derartige Trainingsgeräte werden aber auch im Freizeitbereich als Sportgeräte, beispielsweise als Ergometer genutzt, oder für das gezielte Training von Spitzensportlern. Zu beachten ist dabei, dass insbesondere bei der Rehabilitation von Patienten eine genaue Kontrolle der Belastungen erforderlich ist, insbesondere der auf die Extremitätenstütze wirkenden Kraft. Als Beispiel kann dabei der Fall des Einsatzes einer künstlichen Hüfte genannt werden mit der Vorgabe des behandelnden Arztes, dass in der Rehabilitation die Belastung an der die künstlichen Hüfte aufweisenden Extremität nicht über einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 20 kg mit der dazugehörenden Kraft, liegen soll. Da die vorliegenden Trainingsgeräte individuell an die unterschiedlichen Nutzer im Rehabilitationsbereich anpassbar sind durch Änderung des radialen

Abstandes der Extremitätenstütze von der Drehachse, führt dies dazu, dass aus dem wirkenden Drehmoment nicht eindeutig auf die Belastung geschlossen werden kann, aufgrund des einfachen Zusammenhang

Drehmoment gleich Kraft x Hebelarm. Alternativ besteht auch die

Möglichkeit, dass das Trainingsgerät mit einem Motor versehen ist, der für das passive Training ein bestimmtes Drehmoment an der Drehachse bereitstellt, wobei aber wiederum durch die vorstehend genannte

Abhängigkeit aus diesem Drehmoment ohne Kenntnis des Radialabstandes nicht eindeutig auf die auf den Patienten wirkende Kraft geschlossen werden kann, so dass der Rehabilitationserfolg gefährdet ist oder sogar eine gesundheitliche Schädigung des Patienten auftreten kann. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, der Extremitätenstütze, beispielsweise einer Fußschale für ein Bein, Sensoren zur Erfassung der wirkenden Kraft zuzuordnen, nämlich Dehnmessstreifensensoren. Dies hat allerdings den Nachteil, dass dies zu einer deutlichen Verteuerung des Trainingsgerätes und damit zu einer Belastung des für die Rehabilitation erforderlichen Etats führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trainingsgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, dass in einfacher kostengünstiger Weise eine Kontrolle über die auf den Nutzer des Trainingsgerätes wirkende Kraft möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine verbesserte Extremitätenstütze und ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der auf eine

Extremitätsstütze eines Trainingsgerätes wirkenden Kraft anzugeben. Der das Trainingsgerät betreffende Teil der Aufgabe wird durch ein

Trainingsgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Mittel zur Erfassung des radialen Abstandes der mindestens eine

Extremitätenstütze von der Drehachse vorgesehen ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass nicht nur die Möglichkeit besteht, die Kraft an der Extremitätenstütze unmittelbar zu messen, sondern dass auch die Kraft als abgeleitete Größe bestimmt werden kann, wenn neben dem wirkenden Drehmoment der radiale Abstand der

Extremitätenstütze von der Drehachse bekannt ist. Daher ist

erfindungsgemäß ein Mittel zur Erfassung des radialen Abstandes der Extrimitätenstütze von der Drehachse vorgesehen, mit dessen Kenntnis dann in Verbindung mit dem vom Patienten erzeugten Drehmoment oder dem auf den Patienten ausgeübten Drehmoment die wirkende Kraft bestimmt werden kann. Bei gesunden Sportlern kann dabei angenommen werden, dass eine symmetrische Kraftentwicklung bei der rechten und der linken Extremität vorliegt, wobei diese Annahme im Rehabilitationsbereich nicht immer gerechtfertigt ist, sodass vorteilhafter Weise jeder Extremitätenstütze ein entsprechendes Mittel zugeordnet ist.

Bevorzugt ist weiterhin, wenn das Mittel zur automatisierten Erfassung des radialen Abstandes der Extremitätenstütze von der Drehachse ausgelegt ist, und dass der von dem Mittel erfasste radiale Abstand als Messwert einer Auswerteeinheit zuführbar ist zur Berechnung der auf die Extremitätenstütze ausgeübten Kraft. Mit der durch die Auswerteeinheit bereitgestellten

Auswertung besteht die Möglichkeit, gezieltes Training zu kontrollieren und insbesondere gegebenenfalls auf den Motor zur Reduktion des erzeugten Antriebsmomentes einzuwirken oder im Sinne eines Bio-Feedbacks dem Patienten zu signalisieren, dass die erzeugte Kraft überschritten ist. Die Auswerteeinheit kann dabei auch durch eine Anzeigeeinheit ergänzt sein, mit dem die berechnete Kraft als Zahlenwert angezeigt wird, so dass die

Information des Patienten oder des diesen betreuenden Physiotherapeuten nicht auf das Erreichen oder Unterschreiten eines Schwellenwertes beschränkt ist.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das Mittel durch mindestens einen Sensor gebildet ist, ausgewählt aus einer Gruppe, die Hall-Sensoren, Ultraschallsensoren, Lasersensoren und photoelektrische Zellen als Teil von Lichtschranken umfasst.

Ein Trainingsgerät mit einem durch den Hall-Sensor gebildeten Sensor zeichnet sich dadurch aus, dass auf einer stationär zur Drehachse

angeordneten Platine der Hall-Sensor positioniert ist, und dass in der an der Platine vorbeistreichenden Kurbel Aufnahmen und/oder ein Langloch ausgebildet sind, in denen die Extremitätenstützen mit einem einen

Magneten aufweisenden Zapfen einsteckbar. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einer vorbeistreifenden Kurbel der gewählte Kurbelradius erkannt werden kann, also der Abstand der Extremitätenstützen von der Drehachse. Dabei kann durch den Hall-Sensor auch erfasst werden, ob ein magnetischer Nordpol oder ein magnetischer Südpol vorbeistreift, sodass

zweckmäßigerweise der Zapfen einen Stabmagneten aufweist mit einer Nord-Süd-Polausrichtung, die koaxial zur Zapfenachse liegt. Dadurch können die in die Aufnahmen oder das Langloch einsteckbaren Extremitätenstützen in zwei deutlich unterscheidbare Gruppen eingeteilt werden, beispielsweise für das Beintraining und das Armtraining, wenn also beispielsweise für das Beintraining der magnetische Nordpol auf der der Kurbel zuweisenden Seite angeordnet ist und für das Armtraining der magnetische Südpol der Kurbel zuweist, also der Stabmagnet um 180° gedreht ist. Bevorzugt ist es weiterhin, dass auf der Platine mehrere Hall-Sensoren angeordnet sind, was insbesondere Vorteile bietet, wenn nicht diskret voneinander beabstandete Aufnahmen gegeben sind, sondern ein Langloch bzw. eine entsprechende Kulisse genutzt ist, da durch den Einsatz mehrerer Sensoren durch Verrechnen der Signale stufenlos die Position der

Extremitätenstütze in dem Langloch berechnet werden kann.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die auf der Platine angeordneten Hall- Sensoren auf einer nicht durch die Drehachse gehenden Geraden

angeordnet sind, also die durch die Hall-Sensoren definierte Gerade nicht in einer streng radialen Ausrichtung vorliegt, sondern eine Neigung gegenüber der radialen Ausrichtung gegeben ist, da so die Kurbelstellung zu der Platine immer gleich ist, wenn der Magnet vorbeistreift und somit die Platine auch als Indexgeber fungieren kann.

Der die Extremitätenstütze betreffende Teil der Aufgabe wird gelöst durch eine Extremitätenstütze, bei der ein Zapfen vorhanden ist, der einen

Stabmagneten aufweist mit einer Nord-Süd-Polausrichtung, die koaxial zur Zapfenaufnahme liegt. Da bei einer derartigen Extremitätenstütze, bei deren Verwendung im Training nicht nur das Vorbeistreichen des Magneten erfasst werden kann, sondern auch dessen Ausrichtung, ist die weitere Möglichkeit gegeben, dass die Orientierung der Polausrichtung zur Erkennung der Zugehörigkeit zu einer Zubehörgruppe nutzbar ist.

Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein

Verfahren zur Bestimmung der auf eine Extremitätenstütze eines

Trainingsgerätes wirkenden Kraft, umfassend die Schritte der Positionierung der Extremitätenstütze an einer Kurbel in einem radialen Abstand von deren Drehachse und Erfassung des radialen Abstandes mittels mindestens einem Sensor und Auswertung des durch den Sensor erfassten Messwertes in Verbindung mit einem an der Drehachse einwirkenden Drehmoment in einer Auswerteeinheit.

Im Folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine schematisierte Darstellung eines Trainingsgerätes in einer

Seitenansicht,

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Teils des Trainingsgerätes in einer perspektivischen Darstellung,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung aus einem gegenüber Figur 2 anderen Blickwinkel, und

Figur 4 eine Seitenansicht des Gegenstandes aus Figur 2, gezeigt ohne die Extremitätenstütze. In der Figur 1 ist ein Trainingsgerät 1 dargestellt, das geeignet ist für das Training eines Extremitätenpaares, nämlich zweier Beine, wobei dieses Ausführungsbeispiel nur zur Erläuterung der Erfindung dient, die auch zum Training des anderen Extremitätenpaares, nämlich der Arme, genutzt werden kann. Das Trainingsgerät 1 weist ein Tragegestell 2 auf, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf vorzugsweisen bremsbaren Rollen 3 angeordnet ist. Das Ausführungsbeispiel weist zwei Kurbeln 4 auf, die an einer dem Tragegestell 2 zugeordneten Drehachse 5 angeordnet sind. Des Weiteren verfügt das Trainingsgerät 1 über einen Motor 6 zum Antreiben der Drehachse 5 und über zwei Extremitätenstützen 7, nämlich zwei Fußschalen 8, die in unterschiedlichen radialen Abständen 9 von der Drehachse 5 der jeweils zugeordneten Kurbel 4 befestigbar sind, nämlich indem bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in jeder Kurbel 4 zwei Aufnahmen 10 ausgebildet sind, in die ein der Fußschale 8 zugeordneter Zapfen 1 1 einsteckbar ist.

Es ist ein Mittel zur Erfassung des radialen Abstandes 9 der

Extremitätenstütze von der Drehachse vorgesehen, das zur automatisierten Erfassung ausgelegt ist, wobei der von dem Mittel erfasste radiale Abstand 9 als Messwert einer Auswerteeinheit 12 zuführbar ist zur Berechnung der auf die Extremitätenstütze 7 ausgeübten Kraft anhand der Formel Kraft =

Drehmoment geteilt durch Flebelarm, wobei der Flebelarm durch den radialen Abstand 9 der Extremitätenstütze 7 von der Drehachse 5 gegeben ist. Das Drehmoment wird dabei von dem Motor 6 generiert und ist bekannt bzw. wird von dem Patienten aufgebracht, sodass anhand des erfassten

Drehmomentes und der Kenntnis des radialen Abstandes 9 die daraus abgeleitete Kraft kontrolliert werden kann, ob das Training des Patienten effektiv ist und dabei eine Überlastung vermeidet.

Zur Erfassung des radialen Abstandes sind Ultraschallsensoren,

Lasersensoren und photoelektrische Zellen als Teil von Lichtschranken geeignet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verwendung von Hall-Sensoren 13 gezeigt, nämlich von zwei Hall-Sensoren, die auf einer stationär zur Drehachse 5 angeordneten Platine 14 positioniert sind, wobei in der an der Platine 14 vorbei streichenden Kurbel 4 die Aufnahmen 10 ausgebildet sind, in denen die Extremitätenstützen 7 mit dem einen

Magneten 15 aufweisenden Zapfen 1 1 einsteckbar ist. Die Aufnahmen 10 können auch zu einem Langloch zusammengefasst sein; auch können mehr als zwei Aufnahmen 10 in der Kurbel 4 vorliegen. Der Zapfen 11 weist einen Stabmagneten auf mit einer Nord-Süd-Polausrichtung, die koaxial zur Zapfenachse liegt, sodass die Möglichkeit geschaffen ist, zwei

Zubehörgruppen zu unterscheiden, beispielsweise für das Beintraining und für das Armtraining, die durch die Ausrichtung des Stabmagneten

charakterisiert sind.

Insbesondere aus den Figuren 2 und 4 ist ersichtlich, dass auf der Platine 14 mehrere Hall-Sensoren 13 angeordnet sind, durch die eine Gerade definiert ist, die nicht durch die Drehachse 5 verläuft, also mit einer radialen

Orientierung einen Winkel einschließt, damit die Kurbelstellung relativ zum nutzbaren Sensor immer gleich ist, wenn der Magnet 15 vorbeistreift.

Im Folgenden wird die Nutzung des Trainingsgerät 1 und das dazu erforderliche Verfahren zur Bestimmung der auf einer Extremitätenstütze 7 wirkenden Kraft erläutert. Dazu wird zunächst die Extremitätenstütze 7, also die in der Figur 2 gezeigte Fußschale 8 in einem radialen Abstand 9 von der Drehachse 5 positioniert, indem der Zapfen 11 mit dem Magnet 15 in eine der beiden gezeigten Aufnahmen 10 eingesteckt wird. Durch die Ausrichtung des Stabmagnet mit dem beispielsweise zur Aufnahme 10 der Kurbel weisenden magnetischen Nordpol ist die Extremitätenstütze 7 als Fußschale 8 identifizierbar zur Unterscheidung beispielsweise von einer Stütze für das Armtraining, bei der magnetische Südpol zu der Aufnahme 10 weist.

Mit den beiden auf der Platine 14 angeordneten Hall-Sensoren 13 kann der radiale Abstand 9 der Fußschale 8 von der Drehachse 5 bestimmt werden, um in Verbindung mit dem an der Drehachse 5 einwirkenden Drehmoment in einer Auswerteeinheit 12 die Kraft zu bestimmen, die gegebenenfalls in einer Anzeigeeinheit 16 als numerischer Wert ausgegeben wird. Bezugszeichenliste

1 Trainingsgerät

2 Tragegestell

3 Rolle

4 Kurbel

5 Drehachse

6 Motor

7 Extremitätenstütze

8 Fußschale

9 radialer Abstand

10 Aufnahme

11 Zapfen

12 Auswerteeinheit

13 Hall-Sensor 14 Platine

15 Magnet

16 Anzeigeeinheit