EP0058718B1 - Belastungsgerät für physiologische untersuchungen - Google Patents

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EP0058718B1
EP0058718B1 EP81902665A EP81902665A EP0058718B1 EP 0058718 B1 EP0058718 B1 EP 0058718B1 EP 81902665 A EP81902665 A EP 81902665A EP 81902665 A EP81902665 A EP 81902665A EP 0058718 B1 EP0058718 B1 EP 0058718B1
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shaft
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driving
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József CSEKES
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Medicor Muvek
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    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2164—Cranks and pedals

Definitions

  • the invention relates to a physiological loading device, which has a drive shaft driven by the person to be examined, a freewheel, a transmission gear and, coupled with the accelerated side of the transmission gear, a flywheel and an electric machine in braking operation with connected external control and load circuits.
  • the various known physiological load units include the KE 21 device mentioned at the outset, which is sold by the MEDICOR factories, in which a flywheel or ultimately a special type of electrical machine in braking operation is driven via a pedal drive by means of a freewheel.
  • the electrical machine is connected to external control or load circuits, which can be used to set the desired load or to compensate for the internal friction, which is approximately 40 to 50 W.
  • the known devices are disadvantageous because they have a large weight, which makes handling or transport difficult, and because complex solutions are necessary to compensate for the internal friction, the accuracy of which is not is always sufficient.
  • the object of the invention is to create a physiological loading device of the type mentioned, which has a smaller internal friction with a simple structural design.
  • the drive shaft is coupled via the freewheel with a disc wheel with internal toothing, in the interior of which there are a plurality of evenly distributed drive pinions of the same dimensions and the same number of teeth which drive a toothed inner shaft which move around the drive shaft is arranged, that the rotor of the electrical machine is arranged on the inner shaft and at the same time forms the flywheel, that the stator of the electrical machine is located next to the disk wheel around the rotor and carries a multi-phase winding which is connected to load circuits, and that the rotor windings are connected to external control circuits.
  • the rotor has two iron cores, which are bent towards one another in a disk-like manner and overlap one another as pole shoes, in the space between which the flywheel mass and the rotor windings are located.
  • the stator consists of an inner and an outer housing part and an interposed lamella fitting, which is fastened by threaded spindles, and the axes of the driver pinions are fastened to the inner housing part.
  • the physiological loading device shown in Fig. 1 consists of a stator and a connected rotor.
  • the stator consists of a disc-shaped, inwardly recessed outer housing part 1 and an inner housing part 3, which is held via threaded spindles 2.
  • a lamellar fitting 4 is arranged between the outer and inner housing parts 1 and 3. This valve has pole slots and carries a three-phase winding.
  • the drive shaft 5 projects on both sides beyond the side walls and namely.jeweils a pedal 8, 9.
  • the drive shaft 5 is surrounded by an 'inner shaft 10 having no direct connection with the drive shaft 5 and through the bearing 11 in the outer housing part 1 and is supported by the bearing 12 in the inner housing part 3 ..
  • the inner shaft 10 has a collar on both sides, which is delimited by iron yokes 13, 14.
  • the iron yokes 13, 14 are disc-shaped and comb-shaped at their ends towards one another, so that these form magnetic cores.
  • the terminals of the rotor windings 17 are connected to slip rings 18.
  • the excitation current is supplied to the windings 17 of the rotor via the carbon brushes 19 fastened in the outer housing part 1 and the slip rings 18.
  • the rotor is driven via the drive shaft 5 by means of pedals 8, 9.
  • the drive shaft 5 is coupled to the disk wheel 21 via a freewheel 20.
  • the freewheel 20 ensures that the disk wheel 21 experiences a torque only from one direction, so that the disk wheel does not experience any braking during the rotation due to the temporarily stationary pedals.
  • the acceleration ratio shown in section in FIG. 2 is located between the disk wheel 21 and the inner shaft 10.
  • the disc wheel is toothed on the inner edge.
  • the toothing coincides with three driver pinions 22, 23, 24.
  • the driver pinions 22, 23, 24 are light plastic gears, the shafts of which are mounted in the inner housing part 3.
  • Fig. 1 the driver pinion 22 and its shaft 25 can be seen.
  • the shafts of the driving pinions 22, 23, 24 are arranged at the tips of an isosceles triangle, so that they can be found at the same distance from the inner shaft 10.
  • the inner shaft 10 has a toothing 26 in the area of the driver pinions 22, 23, 24 in order to achieve an accelerated rotation of the inner shaft 10 by rotating the disk wheel.
  • the person to be examined sets the runner inside the device by means of the pedals 8, 9 in a rotational movement.
  • the friction loss of the entire drive is about 4 to 5 W, which is a known constant and can therefore be added to the determination.
  • an excitation current is passed through the rotor windings 17 by means of a control unit (not shown in the drawing), a three-phase voltage being induced in the windings by the magnetic field that is produced.
  • the lamella valve 4 is connected to a brake unit, not shown here, which is basically an adjustable load resistor, so that the doctor can adjust the braking torque.
  • the speed can be changed in the range from 20 to 100 rpm, the output power being able to be a maximum of 600 W. Because the excitation and the load are independent of each other, the load can be changed continuously regardless of the speed.
  • the small volume compared to previously known devices of similar performance is characteristic.
  • the described embodiment has an internal friction of 4 to 5 W, which is negligible compared to the loss of friction of 40 to 50 W of conventional devices and thus compensation by a separate regulation is not necessary.
  • the special design of the transmission gear ensures a quiet, smooth and even rotary movement.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein physiologisches Belastungsgerät, das eine von der zu untersuchenden Person angetriebene Antriebswelle, einen Freilauf, ein Übersetzungsgetriebe und mit der beschleunigten Seite des Übersetzungsgetriebes gekoppelt eine Schwungmasse sowie eine elektrische Maschine im Bremsbetrieb mit angeschlossenen externen Regel- und Lastkreisen aufweist.
  • In der ärztlichen Praxis werden immer häufiger Untersuchungsmethoden angewandt, bei denen nicht nur statische, sondern auch dynamische Werte unter Belastung ermittelt werden. Die dynamischen Werte spielen in der prophylaktischen, rehabilitations-, allgemeinen, sport- und arbeitsmedizinischen Diagnostik eine wichtige Rolle. Die Belastung wird zweckmäßigerweise durch Radfahren hergestellt, das alten und jugendlichen bzw. geübten und ungeübten Patienten die gleiche Beanspruchung auferlegt. Das Radfahren wird weiterhin in liegender und stehender Körperposition durchgeführt.
  • Die an die Belastungssysteme gestellten allgemeinen Forderungen sind : Variable Belastung, Unschädlichkeit, kann beliebig abgebrochen werden, soll physiologisch und reproduzierbar sein.
  • Einen besonderen Vorteil stellt eine Rückkopplung dar, wenn das Belastungssystem durch die funktionellen Parameter (Atmung, EKG, Blutdruck usw.) gesteuert werden kann. Bisherigen Kenntnissen zufolge wurden zur Herstellung von Belastungen folgende technischen Lösungen verwendet: Wirbelstrombremsung, elektrische Maschine im Bremsbetrieb, das System Dynamo-Motor-Tachometer, Waagenmotor, mechanische Bremsung usw. Die Nachteile der aufgezählten Varianten sind : Der robuste Aufbau, hohe Herstellungskosten, große Grundreibungswerte, Zwangssysteme durch die Charakteristiken von Rotationsmaschinen, hohe Stromaufnahme, drehzahlabhängige Belastung.
  • Zu den verschiedenen bekannten physiologischen Belastungseinheiten gehört das eingangs genannte, von den MEDICOR-Werken vertriebene Gerät KE 21, bei dem über einen Pedalantrieb mittels Freilauf eine Schwungmasse bzw. letztendlich eine elektrische Maschine besonderer Bauart im Bremsbetrieb angetrieben wird. Die elektrische Maschine wird an externe Regel- bzw. Belastungsstromkreise angeschlossen, über die die gewünschte Last eingestellt bzw. die Kompensation der inneren Reibung vorgenommen werden kann, die etwa 40 bis 50 W ausmacht.
  • Obwohl sie der an sie gestellten Aufgabe grundsätzlich gerecht werden, sind die bekannten Einrichtungen unvorteilhaft, weil sie ein großes Eigengewicht haben, durch das die Handhabung bzw. der Transport erschwert wird, und weil zur Kompensation der inneren Reibung aufwendige Lösungen notwendig sind, deren Genauigkeit nicht immer ausreichend ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein physiologisches Belastungsgerät der eingangs genannten Art zu erstellen, das bei einfachem konstruktivem Aufbau eine kleinere innere Reibung aufweist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebswelle über den Freilauf mit einem Scheibenrad mit Innenverzahnung ge= koppelt ist, in dessen Innenraum mehrere auf einer Kreisbahn gleichmäßig verteilte Mitnehmerritzel von gleicher Abmessung und gleicher Zähnezahl vorhanden sind, welche eine verzahnte Innenwelle antreiben, die um die Antriebswelle angeordnet ist, daß der Laüfer der elektrischen Maschine auf der Innenwelle angeordnet ist und gleichzeitig die Schwungmasse bildet, daß der Stator der elektrischen Maschine neben dem Scheibenrad um den Läufer herum untergebracht ist und eine Mehrphasenwicklung trägt, die an Belastungsstromkreisen angeschlossen ist, und daß die Läuferwicklungen an externe Regelstromkreise angeschlossen sind.
  • Um eine bessere Raumausnutzung zu erreichen, kann vorgesehen sein, daß der Läufer zwei Eisenkerne aufweist, die scheibenförmig aufeinander zu gebogen sind und einander als Polschuhe überlappen, in deren Zwischenraum sich die Schwungmasse und die Läuferwicklungen befinden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der Stator aus einem inneren und einem äußeren Gehäuseteil sowie einer dazwischenliegenden, durch Gewindespindeln befestigten Lamellenarmatur und es sind die Achsen der Mitnehmerritzel am inneren Gehäuseteil befestigt.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das auf der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen :
    • Figur 1 eine Seitenansicht eines physiologischen Belastungsgerätes in teilweiser Schnittansicht und
    • Figur 2 eine Ansicht gemäß der Schnittlinie II-11 in Fig. 1.
  • Das in Fig. 1 dargestellte physiologische Belastungsgerät besteht aus einem Stator und einem angeschlossenen Läufer. Der Stator besteht aus einem scheibenförmigen, nach innen ausgesparten äußeren Gehäuseteil 1 und aus einem inneren Gehäuseteil 3, das über Gewindespindeln 2 gehalten wird. Zwischen dem äußeren bzw. inneren Gehäuseteil 1 bzw. 3 ist eine Lamellenarmatur 4 angeordnet. Diese Armatur besitzt Polnuten und trägt eine Dreiphasenwicklung.
  • Im Inneren des Stators befindet sich zentrisch eine Antriebswelle 5, die durch die Lager 6, 7 gelagert wird. Die Antriebswelle 5 ragt beidseits über die Seitenwände und trägt.jeweils ein Pedal 8, 9. Die Antriebswelle 5 ist von einer 'inneren Welle 10 umgeben, die keine unmittelbare Verbindung mit der Antriebswelle 5 aufweist und durch das Lager 11 im äußeren Gehäuseteil 1 bzw. durch das Lager 12 im inneren Gehäuseteil 3 gelagert ist..
  • Die innere Welle 10 weist beidseitig einen Bund auf, der durch Eisenjoche 13, 14 begrenzt ist. Die Eisenjoche 13, 14 sind scheibenförmig und an ihren Enden kammförmig aufeinander zu gebogen, so daß diese Magnetkerne bilden. Im Raum zwischen den Eisenjochen 13, 14 befinden sich die Schwungmasse 15, die darum liegende Wickelspule 16 und die Läuferwicklungen 17. Die Klemmen der Läuferwicklungen 17 sind an Schleifringen 18 angeschlossen. Über die im äußeren Gehäuseteil 1 befestigten Kohlebürsten 19 und die Schleifringe 18 wird der Erregerstrom zu den Wicklungen 17 des Läufers zugeführt. Der Läufer wird über die Antriebswelle 5 mittels Pedalen 8, 9 angetrieben. Die Antriebswelle 5 ist über einen Freilauf 20 mit dem Scheibenrad 21 gekoppelt. Durch den Freilauf 20 wird erreicht, daß das Scheibenrad 21 ein Drehmoment nur aus einer Richtung erfährt, so daß das Scheibenrad beim Umlauf durch die zeitweilig stehenden Pedalen keine Bremsung erfährt.
  • Zwischen Scheibenrad 21 und innerer Welle 10 befindet sich die in Fig. 2 im Schnitt dargestellte Beschleunigungsübersetzung. Das Scheibenrad ist am inneren Rand verzahnt. Die Verzahnung stimmt mit drei Mitnehmerritzeln 22, 23, 24 überein. Die Mitnehmerritzel 22, 23, 24 sind leichte Kunststoffzahnräder, deren Wellen im inneren Gehäuseteil 3 gelagert sind. In Fig. 1 ist das Mitnehmerritzel 22 und dessen Welle 25 zu sehen. Die Wellen der Mitnehmerritzel 22, 23, 24 sind an den Spitzen eins gleichschenkligen Dreieckes angeordnet, so daß diese im gleichen Abstand zur inneren Welle 10 zu finden sind. Die innere Welle 10 weist im Bereich der Mitnehmerritzel 22, 23, 24 eine Verzahnung 26 auf, um durch das Drehen des Scheibenrades einen beschleunigten Umlauf der inneren Welle 10 zu erreichen.
  • Bei der beschriebenen Anordnung der Beschleunigungsübersetzung wirkt nur das Drehmoment auf die innere Welle, da sich die radialen Druckkräfte gegenseitig aufheben.
  • Bei der Betätigung des physiologischen Belastungsgerätes setzt die zu untersuchende Person durch die Pedalen 8, 9 den Läufer im Inneren des Gerätes in Drehbewegung. Der Reibungsverlust des ganzen Antriebes beträgt etwa 4 bis 5 W, was eine bekannte Konstante ist und somit bei der Ermittlung hinzugerechnet werden kann.
  • Beim Drehen des Läufers wird durch die Läuferwicklungen 17 mittels einer auf der Zeichnung nicht dargestellten Regeleinheit ein Erregerstrom geleitet, wobei durch das entstandene Magnetfeld in den Wicklungen eine Dreiphasenspannung induziert wird. Die Lamellenarmatur 4 wird an eine hier nicht dargestellte Bremseinheit, die im Grunde genommen ein verstellbarer Lastwiderstand ist, angeschlossen, so daß der Arzt das Bremsmoment einstellen kann.
  • Beim Ausführungsbeispiel kann die Drehzahl im Bereich von 20 bis 100 U/min geändert werden, wobei die abgegebene Leistung maximal 600 W betragen kann. Dadurch, daß die Erregung und die Belastung voneinander unabhängig sind, kann die Last drehzahlunabhängig stufenlos geändert werden.
  • Bei dem beschriebenen physiologischen Belastungsgerät ist das kleine Volumen gegenüber bisher bekannten Einrichtungen ähnlicher Leistung charakteristisch. Bei einem Vergleich ist zu bemerken, daß die beschriebene Ausführung eine innere Reibung von 4 bis 5 W aufweist, welche gegenüber dem Reibungsverlust von 40 bis 50 W herkömmlicher Vorrichtungen vernachlässigbar und somit eine Kompensation durch eine gesonderte Regelung nicht erforderlich ist. Durch die besondere Ausführung des Übersetzungsgetriebes ist eine geräuscharme, ruhige und gleichmäßige Drehbewegung gewährleistet.

Claims (3)

1. Physiologisches Belastungsgerät, das eine von der zu untersuchenden Person angetriebene Antriebswelle, einen Freilauf, ein Übersetzungsgetriebe und mit der beschleunigten Seite des Übersetzungsgetriebes gekoppelt eine Schwungmasse sowie eine elektrische Maschine im Bremsbetrieb mit angeschlossenen externen Regel- und Lastkreisen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (5) über den Freilauf (20) mit einem Scheibenrad (21) mit Innenverzahnung gekoppelt ist, in dessen Innenraum mehrere auf einer Kreisbahn gleichmäßig verteilte Mitnehmerritzel (22, 23, 24) von gleicher Abmessung und gleicher Zähnezahl vorhanden sind, welche eine verzahnte Innenwelle (10) antreiben, die um die Antriebswelle (5) angeordnet ist, daß der Läufer der elektrischen Maschine auf der Innenwelle (10) angeordnet ist und gleichzeitig die Schwungmasse (15) bildet, daß der Stator (1, 2, 3, 4) der elektrischen Maschine neben dem Scheibenrad (21) um den Läufer herum untergebracht ist und eine Mehrphasenwicklung (4) trägt; die an Belastungsstromkreisen angeschlossen ist, und daß die Läuferwicklungen an externe Regelstromkreise angeschlossen sind.
2. Belastungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer zwei Eisenkerne (13, 14) aufweist, die scheibenförmig aufeinander zu gebogen sind und einander als Polschuhe überlappen, in deren Zwischenraum sich die Schwungmasse (15) und die Läuferwicklungen (17) befinden.
3. Belastungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator aus einem inneren und einem äußeren Gehäuseteil (1, 3) sowie einer dazwischen liegenden, durch Gewindespindeln (2) befestigten Lamellenarmatur (4) besteht, und daß die Achsen der Mitnehmerritzel (22, 23, 24) am inneren Gehäuseteil (3) befestigt sind.
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EP0058718A1 EP0058718A1 (de) 1982-09-01
EP0058718A4 EP0058718A4 (de) 1984-02-09
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