Weiterentwicklung und Analyse eines multifunktionellen Dynamometers, mit isokinetischer Diagnostik, für die Anwendung in der Schwerelosigkeit

Abstract

Der menschliche Organismus ist durch seine AnpassungsmÄoglichkeiten enorm entwickelt. Leider sind nicht alle Veränderungen des Organismus erwünscht. Durch ImmobilitÄat bzw. auch mangelnde Aktivität passt sich die Muskulatur an und baut ab. Als weitere Folge passt sich auch das knöcherne Skelett an diese Umwelteinflüsse an und verliert bei gleichbleibender Form an Festigkeit und Masse. Als extremer Provokationstest dieser Anpassungen können Weltraumaufenthalte gesehen werden. Durch die fehlende Schwerkraft laufen die Anpassungen mit höherer Geschwindigkeit ab. Um Langzeitaufenthalte unter Mikrogravitation mit reduziertem gesundheitlichem Risiko für Astronauten durchführen zu können, aber auch die Rehabilitationszeiten auf der Erde, nach krankheits- oder verletzungsbedingten Ruhigstellungen zu verkürzen, wurden in den vergangenen Jahren viele Studien und Forschungsarbeiten durchgeführt. In vorangegangenen Forschungsarbeiten konnte gezeigt werden, dass durch ein intensives Krafttraining die Atrophie von Muskulatur und Knochen unter Mikrogravitation stark reduziert werden kann. Bis heute konnten noch keine zufriedenstellenden Trainingsgeräte entwickelt werden, die sowohl ein ergonomisches Training als auch reproduzierbare Messbedingungen, auf kleinstem Raum zur Verfügung stellen. Im Projekt MDS - Multifunctional Dynamometer for Application in Space wurde ein Traininigsgerät entwickelt, dass möglichst viele Anforderungen die solch ein Training mit sich bringt erfüllt.<br />Das MDS erzeugt durch einen Servo Synchron Motor die Trainingskraft. Die Kraft wird über zwei Seilzüge auf eine bewegliche Hantelstange übertragen. Dies ermöglicht eine Vielzahl an Krafttrainingsübungen in Kombination mit einem Ruderergometer. Durch mechanische Führungsaufbauten des Seils und der Hantelstange können reproduzierbare Messbedingungen für verschiedene sportwissenschaftliche Untersuchungen (Isokinetik, Isometrik, ...) geschaffen werden. Ziel dieser Arbeit ist es die technische Weiterentwicklung des mechanischen Aufbaus, die notwendig war um das Gerät einzusetzen, aufzuzeigen und zu dokumentieren. Besonderer Schwerpunkt wird dabei auf die Gestaltung und Berechnung der Aluminium Schweißnähte gelegt, dabei wird die Entwicklung mechanischer Baugruppen genauer beschrieben. Auch die notwendigen Nachbehandlungen der Werkstoffe und der verschiedenen Mechanismen werden diskutiert. Mit dem MDS können eine Reihe an Diagnosemöglichkeiten durchgeführt werden. Diese sollen hier durch ein zusätzliches infrarot Bewegungsanalyse System und eine Kraftmessplatte untersucht und angeführt werden. Besonders die isokinetische Untersuchung am MDS wird in dieser Arbeit genauer behandelt, da dort vielversprechende Möglichkeiten bei der Untersuchung von Rückenstreckern und Bauchmuskeln mit dem Gerät gegeben sind.<br />

Through adaptation possibilities human organism is highly sophisticated. Sometimes the adaptations of the organism are not requested. Without any activity and in effect of immobilization skeletal muscles will start to reduce. In series bony skeleton will do the same and will reduce mass by keeping the shape. Under microgravity these effects will appear in a shorter time period. Through the missing gravitational force adaptations will proceed faster. To reduce health risks during long time stays under microgravity, but also to shorten rehabilitation time on earth after injuries or immobilization after diseases, in the past years a lot of research work has been done. As a conclusion of this work, it is proven that an intensive resistance training can reduce the muscle and bone atrophy appearing under microgravity. Because of that astronauts do a daily workout on special developed exercise devices. Till this day a lot of these devices are not satisfying enough for training and diagnostics under ergonomic conditions for the user. In the project MDS - Multifunctional Dynamometer for Application in Space a new exercise device has been developed, to fulfill as much as possibly requirements of such a training machine. The MDS generates the training force with the help of an Servo Synchron engine. With the help of two cable pulls, this force is transferred to a flexible barbell stick. The barbell enables a multiplicity of resistance exercises in combination with the rowing exercise as an endurance training. Further constructional systems are guiding the rope, so that reproducible measurement conditions are fulfilled to provide sports scientific diagnostics (isokinetic, isometric, ...). In this paper a lot of mechanical development of the mechanical structure is listed. Special attention is paid to the welding design and the redesign of some mechanical details due manufacturing problems. Necessary finishing treatment of materials and some subassemblies are also explained. With the MDS a lot of diagnostics can be done. In combination with an infrared motion analysis system and a force measuring plate some of the diagnostic opportunities are reviewed and discussed. Special attention is paid to isokinetic measurements with the MDS, because of auspicious prospects.