DE3933999B4

DE3933999B4 - Laufbandgerät zur körperlichen Belastung eines Probanden

Info

Publication number: DE3933999B4
Application number: DE3933999A
Authority: DE
Inventors: Albin Dorsch; Rüdiger EICHLER
Original assignee: Viasys Healthcare GmbH
Current assignee: VIASYS HEALTHCARE GMBH, 97204 HOECHBERG, DE
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: DE3933999A1

Abstract

Laufbandgerät zur körperlichen Belastung eines Probanden, mit einem Lauftisch (12), einem über den Lauftisch geführten endlosen Band (14), welches eine Lauffläche für den Probanden (26) bildet, einem mit dem endlosen Band (14) gekoppelten Bandantrieb (20), und einer mit dem Bandantrieb (20) gekoppelten Steuereinrichtung (28, 31) zur Einstellung der Laufgeschwindigkeit des Bandes (14); wobei eine Einrichtung (32) zum Erkennen der Position des Probanden (26) auf dem Lauftisch (12) unter Erzeugung eines entsprechenden Positionssignales vorgesehen ist und das Positionssignal der Steuereinrichtung (28, 31) zur Einstellung der Antriebsgeschwindigkeit des Bandes (14) in Abhängigkeit von der Laufgeschwindigkeit des Probanden (26) auf dem Lauftisch (12) zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (28, 31) einen Anfangszustand, bei dem das Band (14) stillsteht, hat und das Band erst dann in Bewegung setzt, wenn der Proband (26) sich über eine Sollposition hinaus zu dem in seiner Laufrichtung vorderen Ende des Lauftisches (12) hin bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufbandgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Laufbandgeräte werden zur körperlichen Belastung eines Probanden durch Gehen oder Laufen verwendet. Sie enthalten einen Lauftisch, über den ein endloses Band geführt ist, welches eine Lauffläche bildet, auf der der Proband läuft. Das Band wird durch einen Antrieb mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit angetrieben, die durch einen Regler auf einem einstellbaren Wert gehalten wird. Aus Sicherheitsgründen ist am in Laufrichtung hinteren Ende des Lauftisches ein Grenzwertgeber, z. B. eine Lichtschranke vorgesehen, die das Laufband stillsetzt, wenn der Proband dem hinteren Ende des Lauftisches zu nahe kommt.
Bei einigen bekannten Laufbandgeräten lässt sich die Bandgeschwindigkeit nur über den Sollwertsteller des Bandantriebsreglers einstellen. Für manche Zwecke, z.B. das Trainieren eines Sportlers, ist es jedoch erwünscht, wenn sieh die Bandgeschwindigkeit automatisch an die Laufgeschwindigkeit des Probanden anpasst.

Bei einem aus der DE 36 01 054 A1 bekannten Gerät der eingangs genannten Gattung, bei dem die Geschwindigkeit des Laufbandes in Abhängigkeit von einem die Position des Probanden abfühlenden Ultraschallsensors gesteuert wird, wird schon vor dem Start der Maschine eine gewünschte Anfangsgeschwindigkeit durch Eingabe entsprechender Daten eingestellt. Der Proband drückt dann einen Startknopf, der den Start in Abhängigkeit von den vorgespeicherten Daten einleitet. Erst danach wird die Geschwindigkeit des Laufbandes selbstätig an Änderungen der Geh- oder Laufgeschwindigkeit des Probanden angepasst. Das Aufzwingen einer Anfangsgeschwindigkeit kann aber insbesondere bei kranken Probanden gefährlich sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufbandgerät anzugeben, das dem Probanden zu keiner Zeit, also auch nicht beim Start, eine Geschwindigkeit aufzwingt.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Laufbandgerät gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass das Gerät von Anfang an das Gehen oder Laufen im Freien simuliert. Der Proband kann also stets selbst seine Eigengeschwindigkeit bestimmen und wird unter keinen Umständen durch das Gerät überfordert.

Wie bei dem bekannten Gerät ist eine Einrichtung zur Erkennung der Position des Probanden auf dem Laufband vorgesehen, die ein entsprechendes elektrisches Positionssignal an eine Steuereinrichtung für den Antrieb liefert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Positionssignal der Steuereinrichtung jedoch mit einstellbarer Zeitkonstante zugeführt.

Die Positionserkennung kann auf die verschiedenste Weise erfolgen, z.B. durch ein Potentiometer, das durch einen am Probanden befestigten Seilzug betätigbar ist, oder durch eine Reihe von druckempfindlichen Schaltern am Lauftisch; eine Reihe von Lichtschranken; sowie Ultraschall- oder Infrarot-Entfernungsmessvorrichtungen.

Da sich die Laufgeschwindigkeit des Bandes bei dem vorliegenden Laufbandgerät in allen Betriebsphasen automatisch an die Geh- und Laufgeschwindigkeiten des Probanden anpasst, ist ein wesentlich wirklichkeitsnäheres Training möglich als bei den bekannten Laufbandgeräten. Kranke, die zu Untersuchungszwecken einer körperlichen Belastung mittels des Laufbandgerätes ausgesetzt werden sollen, können die Geh- oder Laufgeschwindigkeit an ihren augenblicklichen körperlichen Zustand anpassen, ohne dass der untersuchende Arzt laufend eingreifen muß oder es zu häufigen Notabschaltungen wegen zu schneller Laufgeschwindigkeit kommt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des vorliegenden Laufbandgerätes unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Laufbandgerätes gemäß der Erfindung;
2a-2e schematische Darstellungen verschiedener Einrichtungen zur Positionserkennung, die bei dem vorliegenden Laufbandgerät verwendet werden können;
3 eine schematische Darstellung eines Teiles einer Ausführungsform des vorliegenden Laufbandgerätes, die mit einem Potentiometer als Positionsgeber arbeitet;
4 eine schematische Darstellung eines Teiles eines Ausführungsbeispieles eines Laufbandgerätes gemäß der Erfindung, welche mit druckempfindlichen Schaltern als Positionsgeber arbeiten und
5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Laufbandgerätes gemäß 4.
Das in 1 schematisch dargestellte Laufbandgerät 10 enthält einen Lauftisch 12 über den das obere Trum eines endlosen Laufbandes 14 läuft. Das Laufband 14 läuft über zwei Rollen 16, 18, an die ein Antrieb 20 und ein Tachometergenerator 22 angeschlossen sind. Das Laufband wird in Richtung des Pfeiles 24 angetrieben, so daß ein Proband 26 auf ihm laufen kann, ohne sich wesentlich von der Stelle zu bewegen. In der Nähe des hinteren Endes des Lauftisches ist ein Grenzwertgeber 27, z.B. eine Lichtschranke oder ein mechanisch betätigbarer Schalter vorgesehen, der das Laufband stillsetzt, wenn der Proband 26 zu nahe an das hintere Ende des Lauftisches gerät.
Der Laufbandantrieb 20 wird durch eine Antriebssteuereinrichtung 28 gesteuert, die eine Regelschaltung enthält, der ein Bandgeschwindigkeits-Istwertsignal vom Tachometergenerator zugeführt wird. Soweit beschrieben, ist das Laufbandgerät bekannt.
Bei dem vorliegenden Laufbandgerät ist ferner noch eine Einrichtung ("Positionsgeber") 32 vorgesehen, die zur Erkennung der Probanden 26 auf dem Lauftisch 12 dient.
Der Positionsgeber 32 liefert ein positionsabhängiges Signal, welches eine solche Einstellung der Geschwindigkeit des Laufbandes bewirkt, daß die Position des Probanden 26 auf dem Lauftisch unabhängig von seiner Laufgeschwindigkeit im wesentlichen konstant gehalten wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird das Positions-Istwertsignal vom Positionsgeber 32 sowie ein Positions-Sollwertsignal von einem Sollwertsteller 30 einer Geschwindigkeitssollwertschaltung 31 zugeführt, in der das Positions-Istwertsignal mit einstellbarer Zeitkonstante integriert und mit dem Positions-Sollwertsignal verglichen wird. Das resultierende Signal wird der Antriebssteuereinrichtung 28 als Bandgeschwindigkeits-Sollwertsignal zugeführt, so daß diese die Bandgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Positionssignal ändert und zwar derart, daß die Laufbandgeschwindigkeit bei Annäherung des Probanden an das vordere Ende des Lauftisches zunimmt und bei Annäherung des Probanden an das hintere Ende des Lauftisches abnimmt. Der Proband kann nun also seine Geh- oder Laufgeschwindigkeit in weiten Grenzen ändern.
Die Schaltungen 28 und 31, deren Funktionen ganz oder zum Teil durch einen Mikrocomputer realisiert werden können, arbeiten folgendermaßen:
Nach dem Betätigen eines Haupt-Einschalters geht das Laufband in die Betriebsart "STOP".
Der Läufer besteigt das Band und drückt eine Taste 33 START". Wenn er sich zu diesem Zeitpunkt in der Sollposition (z.B. in der Mitte) oder hinter der Mitte des Lauftisches befindet, bleibt das Band weiterhin in Stop-Stellung.
Bewegt er. sich über die Mitte hinaus nach vorne, so erkennt dies die Positionsmeßeinrichtung und die Bandsteuerung beschleunigt mit einer Integratorfunktion. Diese ist zum Zwecke der Anpassung an das Laufverhalten regelbar: maximale, normale und langsame Beschleunigung des Bandes.
Das Band beginnt nun zu laufen und wird entsprechend der eingestellten Zeitkonstante schneller. Solange der Läufer weiter beschleunigt und dadurch vor der Mitte (Sollposition) läuft, beschleunigt sich das Band ständig weiter.
Erst wenn der Läufer mit konstanter Geschwindigkeit läuft, wird er in die Mittel-, d.h. die Sollposition geregelt und das Band behält die momentane Geschwindigkeit bei.
Wenn der Läufer langsamer wird, gerät er von der Sollposition (Mitte) nach hinten und das Band bremst mit der gleichen Integrator-Zeitkonstante ab. Dies geschieht solange bis der Läufer wieder in die Mitte eingeregelt ist.
Wird der Läufer sehr schnell langsamer, so gerät er aus dem Δ-Regelbereich heraus. Er erreicht den Notstopbereich am hinteren Ende des Lauftisches, der Grenzwertgeber 27 spricht an und das Band bremst so schnell wie möglich ab und geht dann in die Betriebsart "STOP".
Will der Läufer anhalten, so drückt er die Taste 34 STOP". Das Band bremst dann mit der Integrator-Zeitkonstante ab und geht in die Betriebsart "STOP".
Als Positionsgeber können die verschiedensten Einrichtungen verwendet werden, wie in den. 2a-2e schematisch dargestellt ist. Wie 2a zeigt, kann als Positionsgeber ein Potentiometer 32a verwendet werden, welches mit einer Rolle und einer Rückstellfeder versehen ist und über einen Seilzug 36 betätigt wird, der mittels eines Gürtels 38 oder dergleichen am Probanden 26 befestigt ist.
Bei dem Beispiel gemäß 2b enthält der Positionsgeber eine Anzahl von druckempfindlichen Schaltern 32b1, 32b2, 32b3, ..., z.B. Folienschalter, die bei der Belastung durch den Fuß des Probanden schließen.
Bei dem Beispiel gemäß 2c ist etwas oberhalb der Lauffläche eine Reihe von sich quer über die Lauffläche erstreckenden Lichtschranken 32c1, 32c2, 32c3, ... vorgesehen.
Bei 2d enthält der Positionsgeber eine Ultraschall-Distanzmeßeinrichtung 32d.
Bei 2e enthält der Positionsgeber eine Infrarot-Distanzmeßeinrichtung 32e.
Die Positionsgeber 32a, 32d und 32e können mit einem analogen Proportional-Regler zusammenwirken. Die Positionsgeber gemäß 2b und 2c können mit einem Drei- oder Mehrpunktregler zusammenwirken.
3 zeigt vereinfacht ein Laufbandgerät gemäß der Erfindung, das mit einem Potentiometer als Positionsgeber arbeitet. Das Potentiometer ist ein Zehngang-Potentiometer 32a, welches mit einem eine Rückstellfeder enthaltenden Federgehäuse und einer Antriebsrolle 40 versehen ist, über die der Seilzug 36 läuft. Die Anschlüsse des Potentiometerwiderstandes sind mit Betriebsspannungsklemmen 42, 44 verbunden, die eine positive bzw. negative Betriebsspannung von z.B. 15 Volt führen. Der Schleifer des Potentiometers ist in der Geschwindigkeits-Sollwertschaltung 31 über einen Tiefpass 46 mit dem subtrahierenden Eingang eines Differenzverstärkers 48 verbunden, dessen addierender Eingang an den Sollwertsteller 30 angeschlossen ist, der, wie dargestellt, ein zwischen die Betriebsspannungsklemmen 42, 44 geschaltetes Potentiometer 34 enthalten kann. Zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 48 und den subtrahierenden Eingang ist eine Gegenkopplungsschaltung 50 geschaltet, die einen Kondensator 52 enthalten kann und in die mittels eines Dreifachumschalters 54 wahlweise einer von drei Widerständen 56a, 56b, 56c einschaltbar ist. Der Differenzverstärker mit der Gegenkopplungsschaltung 50 bildet ein Zeitkonstantenglied, dessen Zeitkonstante durch den Umschalter 54 umschaltbar ist. Hierdurch lässt sich die Ansprechgeschwindigkeit des Laufbandantriebes auf das Positionssignal, also die maximale Beschleunigung des Laufbandes einstellen.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 48 ist über einen Kopplungswiderstand 58 mit dem subtrahierenden Eingang eines weiteren Differenzverstärkers 60 gekoppelt, dessen addierender Eingang an Masse liegt. Der Differenzverstärker 60 ist durch einen Kondensator 62 gegengekoppelt, so dass er als Integrator arbeitet. Das Signal am Ausgang 63 des Differenzverstärkers 60 wird der Antriebssteuereinrichtung als Geschwindigkeits-Sollwertsignal zugeführt und steuert dadurch den Bandantrieb 20 in der oben beschriebenen Weise. Die Schaltungselemente zwischen dem Schleifer des Potentiometers und dem Ausgang 62 gehören zur Schaltung 31.
4 zeigt vereinfacht ein Laufbandgerät gemäß der Erfindung, bei dem die Positionserkennung durch druckempfindliche Schalter erfolgt. Bei dem dargestellten Beispiel sind jeweils zwei Schalter S1 und S2 zwischen einer Sollposition 64 des Probanden auf dem Laufband 14 und zwei Schalter B1 und B2 zwischen der Sollposition und dem hinteren Ende des Laufbandes vorgesehen. Ein weiterer Schalter NS am hinteren Ende des Laufbandes dient zur Notabschaltung entsprechend dem Grenzwertgeber 27 in 1.
Die den druckbetätigten Schaltern zugeordnete Schaltungsanordnung ist ganz ähnlich, wie die gemäß 3. Die positive Klemme 42 ist jedoch bei 4 über zwei parallele Reihenschaltungen aus dem Schalter S1 und einem Widerstand 66a bzw. dem Schalter S2 und einem Widerstand 66b mit dem subtrahiernden Eingang des Differenzverstärkers 48 verbunden. In entsprechender Weise ist die negative Klemme 44 über zwei parallele Reihenschaltungen aus dem Schalter b1 und einem Widerstand 66c bzw. dem Schalter b2 und einem Widerstand 66d mit dem subtrahierenden Eingang des Differenzverstärkers 48 verbunden. Im übrigen ist die Schaltung wie die gemäß 3 aufgebaut.
Die Widerstände 66a–66d sind so bemessen, daß sich die anhand von 5 schematisch dargestellte Arbeitsweise ergibt. Wenn der Proband sich dem vorderen Ende des Lauftisches nähert und den Schalter S1 schließt, wird das Laufband sanft beschleunigt. Gelangt der Proband soweit nach vorne, daß auch der Schalter S2 geschlossen wird, so wird das Laufband stark beschleunigt. Fällt der Proband zurück, so daß der Schalter B1 geschlossen wird, so wird das Laufband sanft verlangsamt. Fällt er stärker zurück, so daß der Schalter B2 geschlossen wird, so wird das Laufband stärker verlangsamt. Wenn der Proband soweit zurückfällt, daß der Schalter NS geschlossen wird, der dem Grenzwertgeber 27 in 1 entspricht, so wird das Laufband so schnell wie möglich stillgesetzt (Nothalt). Bleibt der Proband im mittleren Bereich ("Haltebereich"), so bleibt die Bandgeschwindigkeit konstant, die sich durch die Integration des Positionssignales eingestellt hatte.
Anstelle einzelner Schalter können auch Gruppen nebeneinanderliegender parallelgeschalteter Schalter verwendet werden. Die Schaltungsanordnung gemäß 4 kann in entsprechender Weise auch für den Lichtschranken-Positionsgeber gemäß 2c verwendet werden.
Die Schaltungsanordnung gemäß 3 eignet sich für Positionsgeber, die ein analoges Positionssignal liefern, wie z.B. auch die Ultraschall- und Infrarot-Positionsgeber gemäß 2d und 2e.

Claims

Laufbandgerät zur körperlichen Belastung eines Probanden, mit einem Lauftisch (12), einem über den Lauftisch geführten endlosen Band (14), welches eine Lauffläche für den Probanden (26) bildet, einem mit dem endlosen Band (14) gekoppelten Bandantrieb (20), und einer mit dem Bandantrieb (20) gekoppelten Steuereinrichtung (28, 31) zur Einstellung der Laufgeschwindigkeit des Bandes (14); wobei eine Einrichtung (32) zum Erkennen der Position des Probanden (26) auf dem Lauftisch (12) unter Erzeugung eines entsprechenden Positionssignales vorgesehen ist und das Positionssignal der Steuereinrichtung (28, 31) zur Einstellung der Antriebsgeschwindigkeit des Bandes (14) in Abhängigkeit von der Laufgeschwindigkeit des Probanden (26) auf dem Lauftisch (12) zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (28, 31) einen Anfangszustand, bei dem das Band (14) stillsteht, hat und das Band erst dann in Bewegung setzt, wenn der Proband (26) sich über eine Sollposition hinaus zu dem in seiner Laufrichtung vorderen Ende des Lauftisches (12) hin bewegt.
Laufbandgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Positionserkennung ein Potentiometer (32a) enthält, das mechanisch mit dem Probanden gekoppelt ist.
Laufbandgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Positionserkennung Schaltvorrichtungen (32b1, 32b2, 32b3) enthält, die am Lauftisch angeordnet und durch Belastung mit dem Fuß des Probanden betätigbar sind.
Laufbandgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Positionserkennung eine Reihe von Lichtschranken (32c1, 32c2, 32c3) enthält.
Laufbandgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Positionserkennung eine Ultraschall-Entfernungsmesseinrichtung (32d) enthält.
Laufbandgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Positionserkennung eine Infrarot-Entfernungsmesseinrichtung (32e) enthält.
Laufbandgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (28, 31) eine Schaltungsanordnung (48, 50) mit einstellbarer Zeitkonstante enthält.
Laufbandgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (28, 31) einen Integrator (60, 63) enthält.