DE3929636C2 - - Google Patents
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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- A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
- A61B5/224—Measuring muscular strength
- A61B5/225—Measuring muscular strength of the fingers, e.g. by monitoring hand-grip force
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur
Untersuchung der Handfunktion mit den im Oberbegriff des
Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
Ein solches Gerät ist aus der US 36 72 219 bekannt. Bei
diesem bekannten Gerät handelt es sich um ein Dynamometer
zur Messung der Greifkraft der menschlichen Hand. Es enthält
zwei Griffteile und ein zwischen diesen angeordnetes hydraulisches
System mit einem Hydraulikzylinder und einer Druckanzeigevorrichtung.
Aus der US 32 16 259 ist ein Trainingsgerät zur Messung der
Kraft, die mit dem Daumen, einem Finger oder der ganzen
menschlichen Hand ausgeübt werden kann, bekannt, das eine
Druckfeder und eine den Federhub anzeigende mechanische
Meßuhr enthält.
Aus der DE 19 13 031 A ist ein Hydraulikergometer bekannt,
das eine vom Probanden angetriebene Hydraulikpumpe, einen
Druckregler und einen Absperrhahn enthält, durch den der
Druckregler zu- bzw. abgeschaltet werden kann, um eine
statische bzw. dynamische Belastung bewirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von dem eingangs
genannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Gerät
zur Untersuchung der Handfunktion zu schaffen, mit dem
motorische Funktionen und die Sensibilität der Hand eines
Probanden schnell, einfach und reproduzierbar untersucht
werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen
des vorliegenden Gerätes sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das vorliegende Gerät ermöglicht es u. a. die Restfunktion
der Hand eines Patienten nach einer traumatischen Hirnschädigung
oder einem Schlaganfall oder den Fortgang und Erfolg
von Rehabilitationsmaßnahmen exakt und reproduzierbar zu bestimmen.
Da die Applikatorvorrichtungen des vorliegenden Gerätes
jeweils einen Kraftaufnehmer zum Messen der auf zwei Anlageflächen
ausgeübten Kraft, also der Fingerkräfte, sowie einen
Wegaufnehmer zum Messen der aktuellen Fingerabstände enthält,
können Zeitabläufe von Kraft und Weg sowie deren Ableitungen
errechnet werden.
Die Zeitverläufe können
graphisch dargestellt und interaktiv weiter ausgewertet
werden. Die Steuereinheit enthält eine Art von
Regler, in dem verschiedene Kraft-Weg-Kennlinien
einstellbar sind. Man kann auf diese Weise verschiedene
Formen von Gegenkräften applizieren, z.B. Gegenkräfte,
die einer Feder entsprechen (Proportionalität zwischen
Kraft und Weg) oder isometrische Kraftkennlinien (Abstand
der Anlageflächen bei diskreten Fingerabständen unabhängig
von der einwirkenden Kraft), konstante Kraft usw. Die
Steuervorrichtung ist ferner vorzugsweise so ausgebildet,
daß mit den Applikatorvorrichtungen aktive Kräfte ausgeübt werden
können, also z.B. eine periodische Änderung des Druck
mitteldruckes oder eine mehr oder weniger überraschende
Veränderung der auf die Anlageflächen wirkenden Gegenkraft
durch eine langsame oder plötzliche Veränderung des
Druckes mit positiven oder negativen Gradienten, um
auf die Hand Störreize ausüben und die Sensibilität
prüfen zu können. Letzteres hat den großen Vorteil,
daß die Reaktion des Probanden auf solche Störreize
ohne sprachliche Antwort ermittelt werden kann, so
daß solche Untersuchungen auch z.B. bei sprachgestörten
Patienten durchgeführt werden können. Bevorzugte
Ausführungsformen weisen mehrere oder alle oben
aufgeführten Merkmale auf und ermöglichen die gleichzeitige
Registrierung von Fingerkräften und -Bewegungen bei
variablen Widerständen.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des vorliegenden Gerätes unter Bezugnahme auf die Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Handfunktions-
Diagnosegerätes gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Druckreglers für
das Gerät gemäß Fig. 2;
Fig. 3 und 4 einen Längsschnitt bzw. Querschnitt einer
ersten Ausführungsform eines Manipulandums;
Fig. 5 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform
eines Manipulandums;
Fig. 6 ein Funktionsschema des vorliegenden Gerätes und
Fig. 7 bis 12 Beispiele verschiedener Kraft-Weg- bzw.
Kraft-Zeit-Kennlinien.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des
vorliegenden Diagnosegerätes zur Untersuchung fein
motorischer Handfunktionen enthält zwei Applikator-
Vorrichtungen (im Folgenden "Manipulanda") 10a, 10b für
die linke bzw. rechte Hand, die über flexible Verbindungen in Form von Druckmittel
leitungen 12a, 12b im wesentlichen frei beweglich mit
einem eine Steuervorrichtung bildenden Druckregler 14 verbunden sind, welcher seinerseits
an eine Druckmittelversorgung 16 angeschlossen ist.
Bei dem Gerät gemäß Fig. 1 ist das Druckmittel Druckluft.
Die Manipulanda 10a, 10b sind außerdem jeweils über eine flexible Verbindung in Form von
zwei flexiblen Signalleitungen 18a, 18b für ein Kraftsignal
F und Wegsignal s mit einem Meßverstärker 20 verbunden,
dessen Ausgang an einen Analog-Digital-Wandlerteil
(A/D) einer Signalwandlereinheit 22 angeschlossen ist.
Die Signalwandlereinheit enthält ferner einen
Digital-Analog-Wandlerteil (D/A), dessen Ausgang über
Drucksollwertleitungen 24 mit dem Druckregler 14 verbunden
sind. Die Signalwandlereinheit 22 ist Bestandteil einer
Steuer- und Auswerteeinheit 26, welche einen Personal-
Computer mit zwei Bildschirm-Anzeigegeräten 26a, 26b
enthält, von denen das eine zur Steuerung und Kontrolle
des Versuchs durch den Versuchsleiter und das andere
als Anzeigegerät zur Rückmeldung an den Probanden und
zur Zielvorgabe für diesen dient.
Fig. 2 zeigt den Prinzipaufbau einer Druckreglereinheit
14a für die Druckmittelversorgung eines Manipulandums.
Der Druckregler 14 enthält zwei solcher Einheiten 14a.
Die Druckreglereinheit 14a enthält ein Vorfilter 30
mit Tiefpaßcharakteristik, dessen Eingang eine Druck
sollwertspannung von der Signalwandlereinheit 22 zugeführt
wird. Der Ausgang des Vorfilters 30 ist über einen
Summierpunkt 32 mit einem PID-Regler 36 verbunden,
dessen Ausgang einen Pulsbreitenmodulator 38 steuert,
der ein pulsbreitenmoduliertes Betätigungssignal an
ein Belüftungsventil 40 sowie ein Entlüftungsventil
42 liefert. Das Belüftungsventil ist zwischen die Druck
mittelversorgung 16 und den Eingang eines Dämpfungsvolumens
44 geschaltet, dessen Ausgang über einen Schlauch 46
mit dem zugehörigen Manipulandum verbunden ist. Der
Schlauch bildet die Druckmittelleitung 12a bzw. 12b.
Der Eingang des Dämpfungsvolumens 44 ist außerdem über
das Entlüftungsventil 42 mit der Umgebung verbunden
und mit dem Eingang eines Druck-Istwertgebers 50 gekoppelt.
Der Ausgang des Druckistwertgebers 50 liefert ein Rück
führungssignal, das das entgegengesetzte Vorzeichen
wie die Sollwertspannung von der Signalwandlereinheit
22 hat und dem Summierpunkt 32 zugeführt wird, so daß
dort ein Fehlersignal für den PID-Regler entsteht.
Die Druckreglereinheiten sind an sich bekannt, sie
wurden jedoch durch Änderung der Vorfiltercharakteristik
und der Regelparameter sowie durch einen zusätzlichen
Anschluß zur Herausführung des Drucksignales an den
vorliegenden Verwendungszweck angepaßt.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform
eines Manipulandums 10 enthält ein Gehäuse 52, in dem
eine Hülse 54 angeordnet ist, die mit dem Gehäuse durch
eine Schraube 55 verbunden ist und eine Art von Druck
mittelzylinder bildet, in dem der Druckluftschlauch
46 mündet. Die Hülse 54 hat an der Seite, die der Mündung
des Druckluftschlauches 56 zugewandt ist, einen Längs
schlitz 56. Die Hülse 54 steht über das offene Ende
des Gehäuses 52 vor und enthält in diesem Teil ein
längsgeschlitztes Gleitlager 58, in dem eine Kolbenstange
60 gleitend gelagert ist, welche einen Längssteg 62
aufweist, der von den Längsschlitzen des Gleitlagers
58 und der Hülse 54 aufgenommen wird. Das Ende des
Gehäuses 52, aus dem die Hülse 54 vorspringt, weist
einen Flansch auf, an dem ein Ende eines Balgens, insbesondere eines Faltenbalges
64 durch Kleben befestigt ist. Das andere Ende des
Faltenbalges 64 ist mit einer Scheibe 66 verbunden, welche
an das äußere Ende der Kolbenstange 60 angeschraubt
ist. Am inneren Ende der Kolbenstange 60 ist ein Anschlag
68 angeschraubt, der mit der Gleitlagermuffe 58 zusammen
wirkt und den Weg der Kolbenstange nach außen begrenzt.
Der Längssteg 62 hat einen keilförmigen Teil 70, der
mit einem induktiven Sensor 72, der neben dem Druckluft
schlauch 46 in ein entsprechendes Loch im Gehäuse 52
eingesetzt ist, einen Wegaufnehmer bildet. Am geschlossenen
Ende des Gehäuses 52 ist ein Dehnungsmeßstreifen-Kraft
aufnehmer 74 oder irgend ein anderer Kraftsensor
angebracht, der mit einem knopfartigen Vorsprung an
einer Scheibe 76 anliegt, die von einer Kappe 78
umschlossen ist, welche mit einer Schraube 80 am Gehäuse
52 befestigt ist. Die Kappe 78 bildet eine erste Anlage
fläche 82. Die Scheibe 66 bildet eine zweite Anlagefläche
84. Der Abstand der Anlegeflächen kann beispielsweise
zwischen 15 und 55 mm veränderbar sein.
Die Kappe 78 und die Scheibe 66 bestehen aus Kunststoff
(PVC), die Scheibe 76 und der Längssteg 62 aus Stahl,
der Rest aus Aluminium, so daß das Gewicht des
Manipulandums nur ca. 100 g beträgt.
Das in Fig. 5 dargestellte Manipulandum ist ebenso
wie das Manipulandum gemäß Fig. 4 in Leichtbauweise
ausgeführt. Es unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 4
hauptsächlich dadurch, daß das Druckmittel nicht auf
einen Balgen, sondern auf einen Kolben 86 wirkt, der
in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 88 dicht
gleitend gelagert ist. Der Kolben 86 besteht aus mit
Kohle versetztem PTFE und ist mit einem Ende mit einer
Kolbenstange 90 verschraubt, an deren anderem Ende
eine Scheibe 92 angebracht ist. Die Kolbenstange 90
gleitet in einem Gleitlager 94, das in einer mit dem
Gehäuse 88 verbundenen Kappe 94 angeordnet ist. Das
Manipulandum gemäß Fig. 5 enthält außerdem einen
Wegaufnehmer und einen Kraftaufnehmer, die wie die
gemäß Fig. 3 und 4 ausgebildet und mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet sind. Entsprechendes gilt
auch für die Anlageflächen 82 und 84.
Bei einer Untersuchung hält der Proband in einer oder
beiden Händen jeweils ein Manipulandum 10a, 10b, wobei
der Daumen und der Zeigefinger (oder ein anderer Finger)
an den Anlageflächen 82 und 84 anliegen. Dann steuert
der untersuchende Arzt die Druckmittelzufuhr zu den
Manipulanda mittels der Steuereinheit 26, was anhand
von Fig. 6 bis 12 erläutert wird.
Die Programmsteuerung 126 (Fig. 6), die durch die Steuer- und Auswerte
einheit 26 (Fig. 1) realisiert wird, liefert Drucksollwerte
an eine Drucksteuerung, die praktisch durch den Druckregler
14 bewirkt wird. Die Drucksteuerung bewirkt eine Kraft
steuerung 110 für die linke und/oder rechte Hand, also
eine Steuerung der Kraft, die die Manipulanda 10a, 10b
ausüben. Wie rechts vom Block 110 angedeutet ist, kann
die Kraftsteuerung isometrisch, isotonisch, federartig,
rampenförmig, sprungförmig und sinusförmig erfolgen.
Isometrisch bedeutet, daß der Abstand zwischen den
Anlageflächen praktisch nicht von der Kraft abhängt,
wie es durch die Kennlinie in Fig. 7 dargestellt ist.
Dies läßt sich am einfachsten durch Blockierung des
Abstandes der Anlageflächen, also des Hubes des Balgens
64 bzw. des Kolbens 86 erreichen. Bei dem Manipulandum
gemäß Fig. 4 kann der Balgen in drei verschiedenen
Stellungen dadurch blockiert werden, daß man den Druck
des Druckmittels auf null absenkt (ganz zusammengedrückter
Balgen) bzw. anstelle der dargestellten Schraube 80
oder 55 eine längere Schraube einsetzt, die in die
Hülse 54 hineinreicht und als Anschlag für die Kolbenstange
60 wirkt. Bei dem Manipulandum gemäß Fig. 5 kann der
Kolben 86 durch eine auf die Kolbenstange 90 aufgesetzte
Klammer geeigneter Länge blockiert werden. Isotonisch
bedeutet, daß die Kraft praktisch unabhängig vom Weg
ist, wie durch die Kennlinie in Fig. 8 dargestellt
ist. Eine Federkennlinie (Fig. 9) entspricht dem Fall,
daß Kraft und Weg (Kolbenhub im Sinne einer Verringerung
des Abstandes zwischen den Anlageflächen) im wesentlichen
proportional sind. "Rampe" (Fig. 10), "Sprung" (Fig.
11) und "Sinus" (Fig. 12) bedeuten eine langsame bzw.
plötzliche Druckänderung, z. B. Druckerhöhung, bzw.
periodische, z. B. sinusförmige Druckänderungen.
Die Signale vom Kraft- und Wegaufnehmer werden außerdem
zur Datenauswertung und -darstellung auf dem Versuchs
leiterbildschirm 26a verwendet. Insbesondere können
der zeitliche Verlauf von Kraft und Weg, die
Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung erfaßt werden,
was in der Praxis durch die Steuer- und Auswerteeinheit
26 realisiert wird. Das Gerät ermöglicht also die
gleichzeitige Registrierung von Fingerkräften und
-Bewegungen bei variablen Widerständen. Die Signale
vom Kraft- und Wegaufnehmer werden außerdem mittels
des Probandenbildschirms 26a zur Rückmeldung an den
Probanden und mit entsprechenden Steuersignalen zur
Zielvorgabe für die vom Probanden auszuführenden Hand
funktionen verwendet.
Claims (11)
1. Gerät zur Untersuchung der Handfunktion, mit
- a) mindestens einer Applikatorvorrichtung (10a, 10b), welche zwei Anlageflächen (82, 84) zum erfassen zwischen dem Daumen und einem Finger einer Hand eines Probanden aufweist,
- b) einer mit einem Druckmittel arbeitenden Vorrichtung (14, 16) zum Erzeugen einer die Anlageflächen voneinander entfernenden Kraft,
- c) einem Kraftaufnehmer (74) zum Erzeugen eines Kraftsignales (F), das von der von außen auf die Anlageflächen (82, 84) einwirkenden Kraft abhängt,
gekennzeichnet durch
- d) einen Wegaufnehmer (70, 72) zum Erzeugen eines Wegsignales (s), das vom Abstand der Anlageflächen (82, 84) abhängt,
- e) einer Drucksteuervorrichtung (14) zum Steuern des Druckes des der Applikatorvorrichtung zugeführten Druckmittels, und
- f) einer Steuer- und Auswerteeinheit (22, 26) zum Steuern der Drucksteuervorrichtung (14) und zum Verarbeiten des Kraft- und des Wegesignals.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Applikatorvorrichtung einen Balgen (64) enthält, mit dessen
Enden jeweils einer von zwei jeweils eine Anlagefläche
(82, 84) bildenden Vorrichtungsteile verbunden ist.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine
Vorrichtungsteil (66) ein mit dem einen Ende des Balgens (64)
verbundene Scheibe ist, daß mit der Scheibe (66) eine Kolbenstange
(60) verbunden ist, die sich in das Innere des Balgens
(64) erstreckt, und daß der andere Vorrichtungsteil eine Hülse
(54) enthält, in der die Kolbenstange (60) verschiebbar
gelagert ist.
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Applikatorvorrichtung ein Gehäuse (88) enthält, welches einen
Druckmittelzylinder bildet; daß im Gehäuse (88) ein Kolben
(86) verschiebbar gelagert ist; daß mit dem Kolben (86) eine
sich vom Gehäuse (88) weg erstreckende Kolbenstange (90) verbunden
ist, und daß mit dem Gehäuse (88) und dem äußeren Ende der
Kolbenstange (90) jeweils ein Bauteil (78, 92) verbunden ist,
welches eine der Anlageflächen (82, 84) bildet.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kraftaufnehmer (74) am einen Ende der
Applikatorvorrichtung angeordnet und über ein Bauteil (78)
betätigbar ist, welches die eine Anlagefläche (82) bildet.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Applikatorvorrichtung (10a, 10b) über
eine leichtbewegliche, flexible Verbindung (12a, 18a bzw.
12b, 18b) mit der Drucksteuereinrichtung sowie der Steuer-
und Auswerteeinheit (22, 26) verbunden ist.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung einen Druckregler
(14) erhält, dem Drucksollwerte durch die Steuer-
und Auswerteeinheit zuführbar sind.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuer- und Auswerteeinheit (26) den Drucksollwert für jede
Applikatorvorrichtung (10a, 10b) gemäß mindestens einer der
folgenden Funktionen zu steuern gestattet:
- a) Regelung des Weges auf einen im wesentlichen konstanten und von der auf die Anlageflächen ausgeübten Kraft unabhängigen Wert (Fig. 7);
- b) Regelung der Kraft auf einen im wesentlichen konstanten und vom Abstand der beiden Anlageflächen unabhängigen Wert (Fig. 8);
- c) Proportionalität zwischen Kraft und Weg entsprechend einer Federcharakteristik (Fig. 9);
- d) langsame Änderung des Druckes des der Applikator- Vorrichtung zugeführten Druckmittels,
- e) sprunghafte Änderung des Druckes des der Applikator- Vorrichtung zugeführten Druckmittels,
- f) periodische, insbesondere sinusförmige Änderung des Druckes des der Applikator-Vorrichtung zugeführten Druckmittels.
9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch eine Vorrichtung zum mechanischen Blockieren
des Abstandes der Anlageflächen.
10. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wegaufnehmer einen mit der Kolbenstange verbundenen keilförmigen
Teil (70) und einen mit diesem zusammenwirkenden
induktiven Sensor (72) enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893929636 DE3929636A1 (de) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | Geraet zur untersuchung der handfunktion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893929636 DE3929636A1 (de) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | Geraet zur untersuchung der handfunktion |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3929636A1 DE3929636A1 (de) | 1991-05-16 |
DE3929636C2 true DE3929636C2 (de) | 1993-07-29 |
Family
ID=6388760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893929636 Granted DE3929636A1 (de) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | Geraet zur untersuchung der handfunktion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3929636A1 (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4321733C2 (de) * | 1993-06-30 | 1995-05-04 | Univ Schiller Jena | Vorrichtung zur Applikation von Drehmomenten und zur Messung biomechanischer Parameter |
DE102010014895B4 (de) * | 2010-04-14 | 2014-02-13 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren und Messsystem zur Messung der Steifigkeit von Körperteilen |
DE102010021498B4 (de) * | 2010-05-26 | 2018-05-03 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | System zur Steifigkeitsmessung eines Objektes sowie Verfahren |
FR2990125B1 (fr) * | 2012-05-03 | 2014-05-09 | Sensix | Dispositif pour quantifier l'independance des doigts |
Family Cites Families (3)
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US3216259A (en) * | 1963-07-11 | 1965-11-09 | Jr Edward A Bendix | Exerciser |
DE1913031A1 (de) * | 1969-03-14 | 1970-09-24 | Werner Traft | Hydraulikergometer |
US3672219A (en) * | 1970-11-12 | 1972-06-27 | Us Air Force | Adjustable hydraulic/electric hand grip dynamometer |
-
1989
- 1989-09-06 DE DE19893929636 patent/DE3929636A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3929636A1 (de) | 1991-05-16 |
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