DE1114263B

DE1114263B - Einrichtung zum Anregen der Muskeltaetigkeit durch elektrische Impulse

Info

Publication number: DE1114263B
Application number: DER26270A
Authority: DE
Inventors: John Irving Moss; William Jack Browner
Original assignee: RELAXACIZOR Inc
Current assignee: RELAXACIZOR Inc
Priority date: 1958-09-12
Filing date: 1959-08-28
Publication date: 1961-09-28
Also published as: FR1234604A; GB877029A; US3185939A; IT615507A; CA695014A

Description

BMTERNAT.KL. H 05 g

DEUTSCHES

PATENTAMT

R26270Vmc/21g

ANMELDETAG: 28. AUGUST 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 28. SEPTEMBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen, die insbesondere zur Anregung der Muskeltätigkeit bestimmt sind.

Es ist allgemein bekannt, daß bestimmte Arten von elektrischen Impulsen zum Anregen der Muskeltätigkeit verwendet werden können, um eine Muskeltönung aufrechtzuerhalten und um weiche, schlaffe Körpergewebe zu beseitigen. Die Erfindung betrifft im besonderen eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung elektrischer Impulse, mit der sich diese Ergebnisse sicher und wirkungsvoll erreichen lassen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine vollständig mit Transistoren arbeitende Schaltung vorgesehen ist, um der Muskelanregung dienende Impulse zu erzeugen.

Diesem Zweck dient eine Einrichtung zum Anregen der Muskeltätigkeit mit einem elektronischen Taktgenerator, die Schalteinrichtungen aufweist, die einen ersten und einen zweiten Betriebszustand einnehmen können und durch den Taktoszillator betätigt werden. Weiterhin ist ein Impulsgenerator vorhanden, der mit den Schalteinrichtungen zusammenwirkt und durch diese eingeschaltet und ausgeschaltet wird, sowie weitere Einrichtungen, die mit dem Impulsgenerator verbunden sind, um die Impulse zur Anregung der Muskelfasern zu verwenden.

Insbesondere soll dabei der Schalter in der Stromversorgung des Sperrschwingers liegen, und in der Stromversorgungsschaltung soll ein Impedanzelement eingeschaltet sein, das ein allmähliches Ansteigen und Absteigen der Amplitude der Impulse zu Beginn bzw. am Ende der Taktperiode bewirkt.

Weiterhin soll eine solche Anordnung zum Anregen der Impulstätigkeit geschaffen werden, in der ein der Taktgabe dienender Multivibrator die Schalteinrichtungen betätigt. Der Taktimpulsoszillator soll dabei ein impulsabhängiges Relais betätigen, dessen zugeordnete Schaltkontakte durch aufeinanderfolgende Impulse des Taktoszillators zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand hin- und hergeschaltet werden. Außerdem soll die neue Einrichtung so aufgebaut sein, daß der Ausgangsimpuls des Generators an einen Ausgangstransistor abgegeben wird, mit dem eine Anzahl von Laststromkreisen verbunden ist, wobei der Ausgangstransistor im Sättigungsgebiet arbeitet und so den Strom in den Laststromkreisen begrenzt.

Weitere Ziele und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Einzelbeschreibung in Verbindung mit den Figuren. Dabei zeigt

Einrichtung

zum Anregen der Muskeltätigkeit
durch elektrische Impulse

Anmelder:

Relaxacizor, Inc.,

Hollywood, CaKf. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität: ^ß '

V. St. v. Amerika vom 12. September 1958 (Nr. 760 635)

John Irving Moss, Skokie, 111.,
und William Jack Browner, San Mateo, Calif.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Reihe von Spannungswellenformen, die beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 1 auftreten,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Teiles der Schaltung nach Fig. 1.

Obgleich die vorliegende Erfindung in verschiedener Weise ausgeführt werden kann, ist doch in den Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt und im folgenden beschrieben. Dies soll jedoch nur als Erläuterung des Erfindungsgedankens und nicht als eine Beschränkung auf die hier dargestellte Ausführungsform aufgefaßt werden.

Einrichtungen zur Anregung der Muskeltätigkeit der allgemeinen hier beschriebenen Art nehmen für den Hausgebrauch ständig an Bedeutung zu. Die dabei erzeugten Impulse regen nicht nur die Muskeltätigkeit an und dienen der Übung der Muskeln, um deren Tönung zu verbessern und um schlaffes Muskelgewebe zu beseitigen, sondern haben außerdem noch die psychologische Wirkung, daß der Benutzer des Gerätes sich dabei entspannt und daß seelische Belastungen durch Sorgen, Überarbeitung u. dgl. erheblich nachlassen. Bisher verwendete Einrichtungen oder Apparate dieser Art hatten den Nachteil, daß sie mit elektronischen Schaltungen arbeiten, die durch das Wechselstromnetz gespeist

109 690/236

wurden und Elektronenröhren verwendeten, die an Der Emitter des Schalttransistors 36 ist mit dem hohen Spannungen arbeiteten. Die Behandlungselek- Verbindungspunkt von Widerständen 37 und 38 von troden oder Vorrichtungen, die am Körper angelegt 560 bzw. 6800 Ohm verbunden, die einen Spannungswerden, um die erzeugten Impulse auf die Muskel- teiler zwischen den Leitungen 21 und 20 bilden. Der partien zu übertragen, mußten angefeuchtet werden, 5 Sperrschwinger ist zwischen der Kollektorelektrode um die Kontaktleitfähigkeit mit dem Körper zu ver- des Schalttransistors 36 und der Vorspannungsleitung bessern. Obgleich ein solcher Apparat vollkommen 20 eingeschaltet. Der Transistor 36 schaltet dabei die sicher ist, ergeben sich doch viele psychologische Speisespannungen des Sperrschwingers entsprechend Widerstände der Verbraucherschaft durch die an sich den aus dem Multivibrator 10 kommenden Taktunbegründete Angst vor elektrischen Schlagen. Die io impulsen an und ab.

neuartige, hier offenbarte Schaltung, die mit Tran- Der Sperrschwinger 12 enthält einen PNP-Tran-

sistoren bei einer relativ niedrigen Spannung arbeitet, sistor 40, der mit seinem Emitter am Kollektor des

ergibt nicht nur bessere, zur Muskelanregung Transistors 36 angeschlossen ist und dessen Kollektor

dienende Impulse, sondern dient auch der Beschwich- über die Primärwicklung 41a eines Übertragers 41 an

tigung der technisch unerfahrenen Benutzer in bezug 15 der Vorspannungsleitung 20 angeschlossen ist. Die

auf die Sicherheit der Vorrichtung selbst. Rückkopplungswicklung 41b ist mit einem Ende an der

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß die Schaltung einen Basis des Transistors 40 und mit dem anderen Ende Transistor-Taktoszillator 10 enthält, der einen Tran- mit einem Rückkopplungsstromkreis verbunden, der sistorschalter 11 betätigt. Der Schalter seinerseits einen Kondensator 42 von 2 Mikrofarad enthält, der steuert das Arbeiten eines Transistorsperrschwingers 20 einerseits mit dem Emitter des Transistors verbunden 12, dessen Ausgangsimpuls über einen Ausgangs- und andererseits über ein Widerstandsnetzwerk mit transistor 13 an eine Gruppe von Laststromkreisen den Widerständen 43 und 44 von 15 bzw. 25 kOhm 14 abgegeben wird. Die in den Laststromkreisen 14 mit der Leitung 20 verbunden ist. Ein Kondensator auftretenden Impulse können an die betreffenden zur 45 von 8 Mikrofarad ist zwischen dem Emitter des Anregung der Muskeln dienenden Punkte beispiels- 25 Transistors 40 und der Vorspannungsleitung 20 einweise über eine Platte 15 zugeführt werden, die mit geschaltet.

einem Band 15 a an dem Körper festgeschnallt wird. Wird der Schalttransistor 36 durch das vom Multi-

Verschiedene Arten von Behandlungsplatten ver- vibrator 10 kommende Taktsignal leitend, dann liegt

schiedener Größe und Formen können zum Anregen der Sperrschwingeroszillator 40 über dem Widerstand

der verschiedenen Muskeln Verwendung finden. 30 37 und über der Kollektorimpedanz des Schalt-

Die Schaltung nach Fig. 1 und ihre Arbeitsweise transistors zwischen den Leitungen 21 und 20. Wenn

werden im einzelnen beschrieben, und es werden der Transistor 40 leitend wird, dann induziert die in

auch Schaltungswerte und Typenbezeichnungen für der Primärwicklung 41 α auftretende Stromänderung in

viele Schaltelemente gegeben werden. Diese genauen der Wicklung 41 δ einen Strom, der den Kondensator

Angaben werden jedoch nur deswegen gegeben, um 35 42 auflädt und damit eine negative Spannung an den

eine wirklich arbeitsfähige Schaltung zu offenbaren. Emitter des Transistors anlegt. Dadurch wird der

Die einzelnen Werte sind dabei keinesfalls kritisch. Transistor gesperrt, wodurch sich ein impulsmäßiges

Viele Abwandlungen und Änderungen lassen sich Schwingen ergibt. Die Ladung auf dem Kondensator

durch den Fachmann ohne weiteres durchführen. 42 fließt über die Widerstände 43 und 44 ab, worauf

Die Schaltung wird an einer geeigneten Spannungs- 40 der Vorgang sich wiederholt. Ein Widerstand 46 von quelle von 24 Volt mit der angegebenen Polarität be- 1000 Ohm überbrückt die Primärwicklung 41 α und trieben, die an den Klemmen 20 und 21 angeschlossen dämpft die Schwingungen und verhindert, daß ein ist, wobei an dieser Stelle ein Einschalter 22 vorge- Sperrpotential an den Transistor 40 angelegt wird,
sehen ist. Der Multivibrator 10 besteht aus einem Die Frequenz oder Impulswiederholungsfrequenz Paar von PNP-Transistoren 23 und 24, die mit ihren 45 der Impulse des Sperrschwingers wird durch die EinEmittern an der positiven Sammelleitung 21 ange- stellung eines veränderbaren Widerstandes 44 beschlossen sind. Die Kollektoren dieser Transistoren stimmt und liegt mit den oben angegebenen Werten sind über Widerstände 25 und 26 von je 5,6 kOhm der Schaltelemente in einem Bereich zwischen 50 mit der Leitung 27 verbunden, die über einen Vor- und 150 Uz.

schaltwiderstand 28 von 5,6 kOhm mit der negativen 50 Die Stromversorgungsschaltung des Sperrschwin-

Vorspannungsklemme verbunden ist. Die Basiselek- gers mit dem Transistor 40 enthält den erwähnten

troden der beiden Transistoren sind über Widerstände Kondensator 45, der in Reihe mit der Kollektorimpe-

29 bzw. 30 von je 180kOhm an der Leitung 27 an- danz des Schalttransistors 36 und des Widerstandes

geschlossen. Der Kollektor des Transistors 23 ist über 37 geschaltet ist und den Oszillator überbrückt,

einen Koppelkondensator 31 von 3 Mikrofarad mit 55 Wenn der Schalter geschlossen ist, d. h. wenn der

der Basis des Transistors 24 verbunden, während der Transistor 36 zu leiten beginnt, dann lädt sich der

Kollektor des Transistors 24 mit der Basis des Tran- Kondensator 45 längs einer Exponentialkurve auf,

sistors 23 ebenfalls über einen Kondensator 32 von deren Steigung durch die jeweiligen Werte des Kon-

3 Mikrofarad verbunden ist. densators und der Impedanz des Ladestromkreises

Das Ausgangssignal des Multivibrators 10 ist in 60 bestimmt ist. Die Zeitkonstante des Ladestromkreises Fig. 2A gezeigt und besteht aus im wesentlichen sollte groß sein in bezug auf die Periode des Sperrrechteckigen Impulsen mit einer Periode von IVa Se- schwingers. Diese Ladekurve ist im linken Teil der künden. Diese Wellenform wird über dem Transistor Fig. 2 C gezeigt, woraus man erkennt, daß die Be-24 in Fig. 1 abgenommen. Dieser rechteckige Takt- triebsspannung für den Sperrschwinger sich langsam impuls wird von dem Multivibrator 10 über einen Vor- 65 auf ihren vollen Wert aufbaut. In gleicher Weise entspannungswiderstand 35 der Basis eines PNP-Schalt- lädt sich der Kondensator 45, wenn der Transistor 36 transistors 36 zugeführt und tritt mit verringerter gesperrt ist_T wodurch der Schalter geöffnet wird, längs Amplitude im Basisstromkreis auf (vgl. Fig. 2B). einer Exponentialkurve. Daher nimmt die Amplitude

Claims

5 6

der Schwingungen des Sperrschwingers 40 zum Be- sind dann beispielsweise alle vier Ausgänge auf etwa

ginn der Betriebsperiode des Oszillators langsam zu sieben Achtel ihres maximalen Ausgangspotentials

und nimmt am Ende der Betriebsperiode langsam ab. eingestellt, und der Transistor 48 arbeitet bei 70 bis

Dies ist durch die Wellenform der Fig. 2 D dargestellt, bis 80% seines Sättigungswertes und hat eine

die über der Ausgangswicklung 41 c des Übertragers 5 niedrige Wechselstromimpedanz, bis die Sättigung er-

41 gemessen wurde. Die Fig. 2 D' zeigt auf einem ge- reicht wird. Die Ausgangs- oder Lastwicklungen 49 b

dehnten Zeitmaßstab die Wellenform eines Arbeits- des Übertragers 49 sind mit der Primärwicklung 49 a

zyklus des Sperrschwingers. eng gekoppelt. Daher ergeben sich in den Ausgangs-

Im Betrieb hat der Sperrschwinger ein Tastverhält- kreisen sehr geringe Leistungsverluste. Wenn die Einnis von etwa 1:1. Das impulsförmige Ausgangssignal io stellung im Ausgangskreis geändert wird, wodurch wird für etwa ³/₄ Sekunden abgegeben, worauf für die Belastung des Systems geändert wird, wird die V₄ Sekunden der Sperrschwinger gesperrt ist. Der den anderen Belastungen zugeführte Spannung kaum langsame Anstieg der Impulsamplitude beim Beginn beeinflußt, da der durch die Primärwicklung gezogene des aktiven Abschnittes des Impulszyklus und das Strom von der Lastimpedanz abhängt. Dadurch erlangsame Abschalten am Ende des Impulszyklus sind 15 hält man einen hohen Grad von Betriebsstabilität, bei außergewöhnlich wirksam, um den Benutzer an die der die Änderung des Betriebszustandes in einem impulsförmige Anregung der Muskeltätigkeit zu ge- Ausgangsstromkreis keine Nachstellung in den wohnen. Wenn nämlich die Signale sehr steile An- anderen Ausgangsstromkreisen erforderlich macht,
stiegs- und Abfallflanken aufweisen würden, so Eine Anzeigelampe 55 ist über einer der Ausgangswürde sich bei manchem Benutzer des Gerätes eine 20 wicklungen 49 b über einen Widerstand 56 ange-Angst vor der bevorstehenden Behandlung zeigen, schlossen. Diese Lampe liefert nicht nur eine Anzeige und das erwünschte Nachlassen der inneren Span- dafür, daß die Schaltung im Betrieb ist, sondern nungen, d. h. die notwendige Entspannung, würde dient auch noch dazu, den Benutzer im Betrieb darnicht erreicht werden. auf aufmerksam zu machen, daß die Batteriespan-

Der Ausgangsimpuls des Sperrschwingers wird der 25 nimg eventuell abgesunken ist, da in diesem Fall die Basis eines in der Ausgangsschaltung 13 angeord- Lampe nicht zündet. In einer typischen Schaltung neten Transistors 48 zugeführt. Der Emitter des kann eine solche Lampe über einen Widerstand 56 Transistors 48 ist mit der Vorspannungsleitung 21 von 100 Ohm angeschlossen sein,
verbunden, während der Kollektor über die Primär- Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfinwicklung49ö eines Ausgangsübertragers 49 mit der 30 dung ist in Fig. 3 gezeigt. Hier ist ein Transistor 60 Vorspannungsleitungs 20 verbunden ist. Die hier er- in der Sperrschwingerschaltung mit Hilfe eines Rückzeugten Impulse (Wellenform 2 B), die dem Aus- kopplungsübertragers 61 eingeschaltet, dessen Prigangstransistor 48 zugeführt werden, arbeiten als märwicklung 61a im Kollektorstromkreis und dessen Schaltimpulse und schalten den Transistor ein oder Sekundärwicklung 61 b im Basisstromkreis liegt. In ausJ Die über der Primärwicklung 49 α liegende Span- 35 Reihe mit der Primärwicklung 61 α ist ein impulsnungswellenform entspricht im wesentlichen der Si- betätigtes Relais 62 mit einem Schaltkontakt 62 a gegnalwelle, die der Basis des Ausgangstransistors 48 schaltet. Dieses Relais ist so konstruiert, daß dann, zugeführt wird. Ein Teil davon ist in Fig. 2 E gezeigt, wenn dem Relais ein Stromimpuls zugeführt wird, wobei der Impulsabschnitt der Welle auf einem stark der bewegliche Kontakt 62 a vom Kontakt 62 b nach gedehnten Zeitmaßstab dargestellt ist. 40 dem Kontakt 62 c umgeschaltet wird. Bei dem

Eine Anzahl sekundärer Lastwicklungen, hier ins- nächsten dem Relais zugeführten Impuls wird die gesamt vier, sind auf dem Übertrager 49 vorgesehen Stellung des Schaltkontaktes umgekehrt. Relais dieser und mit 49 b bezeichnet. An jeder Sekundärwicklung Art sind im Handel allgemein erhältlich,
ist ein Widerstandsnetzwerk aus zwei veränderbaren Wenn der Transistor 60 beim Beginn des Arbeits-Widerständen 52 und 53 angeschlossen, das zur 45 zyklus zu leiten beginnt, dann induziert der durch die Phasenumkehr und zur Änderung der Amplitude des Wicklung 61 α fließende Strom einen Strom in der Ausgangssignals dient. Diese Widerstände sind dabei Wicklung 61 b, der die Kondensatoren 63 und 64 über die Ausgangswicklungen kreuzweise geschaltet. auflädt und dadurch den Transistor sperrt. Diese La-Die beweglichen Abgriffe der beiden Widerstände dung fließt dann von dem Kondensator 63 und 64 sind durch ein geeignetes Kabel 54 mit der Behänd- 50 über die Widerstände 65 und 66 ab, wobei die Zeitlungsplatte 15 verbunden. konstante der Schaltung die Arbeitsfrequenz des

Die Schaltung des Ausgangstransistors 48 ist dabei Sperrschwingers bestimmt. Die Diode 67 verhindert

so ausgelegt, daß der Transistor durch die vom Sperr- das Anlegen eines Potentials umgekehrter Polarität

oszillator ankommenden Impulse in das Sättigungs- an den Transistor 60. Die aufeinanderfolgenden, dem

gebiet ausgesteuert wird. Ist die Impedanz im Kollek- 55 Relais 62 zugeführten Impulse bewirken eine Bewe-

tor- oder Laststromkreis groß, d.h. ist das System gung des beweglichen Kontaktarmes 62 a.

unbelastet, dann hängt der Betrag des bei jedem Im- Der Schalter 62 a kann in Verbindung mit dem Re-

puls hindurchgelassenen Stromes hauptsächlich von lais 62 an Stelle des Transistors 36 in der Schaltung

dieser Impedanz ab. Die Spannung zwischen Kollek- nach Fig. 1 verwendet werden, um das Arbeiten des

tor und Emitter fällt auf den Bruchteil eines Volts 60 Impulsoszillators 40 zu steuern,
ab, und die Spannung über der Primärwicklung 49 α

des Ausgangsübertragers ist im wesentlichen die PATENTANSPRÜCHE·
gleiche wie die Vorspannung zwischen den Leitungen

21 und 22. Wenn jedoch die durch die Belastungen 1. Einrichtung zur Anregung der Muskeltätig-

entnommenen und durch die Ausgangswicklungen 49 65 keit durch elektrische Impulse, dadurch gekenn-

füeßenden Ströme zunehmen, dann wird der Strom zeichnet, daß ein Transistor-Multivibrator (10)

im Ausgangstransistor durch die Sättigung dieses und ein Schalter (11, 62) vorgesehen sind, der

Transistors begrenzt. Im normalen Betriebszustand periodisch durch den Multivibrator zwischen

zwei Betriebslagen umgeschaltet wird, daß weiterhin ein mit dem Multivibrator gekoppelter Impulsgenerator (40 bis 46), der in dem einen der Betriebszustände eingeschaltet und in dem anderen Betriebszustand ausgeschaltet ist, daß ferner eine Ausgangsschaltung (13) mit einem Ausgangstransistor (48) und einem Ausgangsübertrager (49) vorhanden ist, dessen Primärwicklung über der Potentialquelle angeschlossen ist, wobei ein Steuerelement mit dem Impulsgenerator verbunden ist, und daß mehrere Laststromkreise (52 bis 54) an den Sekundärwicklungen (49 b) des Ausgangsübertragers (49) angeschlossen sind und Einrichtungen (15, 15 a) enthalten, um die erzeugten Impulse den Muskelfasern zur Anregung zuzuführen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschwinger (40 bis 46) an dem Steuerelement angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein reaktives Schaltelement in der Stromversorgungsschaltung des Impulsgenerators vorgesehen ist und daß diese Schaltung eine Zeitkonstante aufweist, die größer ist als die Periode des Impulsgenerators, um die Amplitude der von dem Generator kommenden Impulse zu ändern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Multivibrator betätigte Schalter ein Transistorschalter (36) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Multivibrator betätigte Schalter ein elektromagnetisches Relais (62) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator einen Rückkopplungsstromkreis aufweist, bei dem ein Kondensator (42) zwischen der Ausgangselektrode und der Eingangselektrode eingeschaltet und ein veränderbarer Widerstand (44) zum Einstellen der Zeitkonstante des Rückkopplungsstromkreises vorgesehen ist, um die Frequenz des Impulsgenerators zu regeln.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgangsübertrager (49) eine Anzeigelampe (55) vorgesehen ist, die über einer der Ausgangswicklungen (49 δ) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstransistor (48) einen Sättigungspegel aufweist, der den größten von diesem Transistor durch die Primärwicklung (49 a) fließenden Strom während starker Belastung der Lastkreise begrenzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 690/236 9.61