CH623226A5

CH623226A5 -

Info

Publication number: CH623226A5
Application number: CH1210877A
Authority: CH
Inventors: Jan Lettinga
Original assignee: Enraf Nonius Ver Instr
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1981-05-29
Also published as: NO773486L; GB1542759A; FR2367483B3; NL7611461A; NO145562C; FR2367483A1; DE2744275A1; SE7711594L; NO145562B; US4258707A

Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Behandlungsgerät gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Gerät dieser Art, in dem die Zugkraft von einem Wechselstrommotor erzeugt wird, erfolgt die Einstellung der gewünschten Zugkraft mittels eines einstellbaren Endkontaktes, der in den Speisekreis des Motors aufgenommen ist. Dieser Endkontakt wird von einem Vorsprung einer mit dem Zugkabel in Reihe liegenden Feder betätigt, deren Ausdehnung ein Mass für die im Zugkabel auftretende Kraft bildet. Beim Anfang der Behandlung wird das Zugkabel vom Motor aufgewickelt, so dass die ausgeübte Zugkraft allmählich zunimmt. Sobald die durch die Lage des Endkontaktes bedingte Zugkraft erreicht worden ist, wird der Endkontakt geöffnet, so dass der Motor stillgesetzt wird.

Die Anwendung eines Endkontaktes in Geräten der erwähnten Art hat den Nachteil, dass eine Zunahme der Zugkraft infolge einer Positionsänderung des Patienten nicht vom Motor korrigiert wird, weil der Endkontakt in der Lage bleibt, in welcher der Motor ausgeschaltet ist. Dieser Nachteil wird insbesondere bei einer sitzenden Behandlung des Patienten sehr ernsthaft, wenn dieser die Zugkraft zunächst etwas gelok-kert hat, was vom Motor nachgeregelt wird, und daraufhin in die ursprüngliche Position zurückkehrt.

Der genannte Nachteil kann zwar dadurch vermieden werden, dass die Zugkraft mittels einer Scheibe und eines Gegengewichtes ausgeübt wird, in welchem Fall die gewünschte Zugkraft unabhängig von der Position des Patienten aufrechterhalten wird, aber diese Lösung ist wenig flexibel und in verschiedenen Hinsichten unpraktisch.

Die Erfindung hat den Zweck, die obenerwähnten Nachteile der bekannten Geräte zu beseitigen.

Erfindungsgemäss weist das medizinische Behandlungsgerät der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.

Das Gerät gemäss der Erfindung kann als ein Einzelgerät ausgeführt werden, das an einer Wand, einem Bett oder einem Stuhl befestigt werden kann; es kann jedoch auch in einen Traktionstisch oder Traktionsstuhl aufgenommen werden.

Der verwendete Elektromotor soll wegen der Tatsache, dass die Zugkraft je nach Umständen vergrössert oder verkleinert werden muss, leicht umkehrbar sein und soll ausserdem im Stillstand ein grosses Moment liefern können. Diesen Anforderungen kann man in zweckmässiger Weise genügen durch die Anwendung eines Gleichstrommotors.

Die Behandlung erfolgt in manchen Fällen derart, dass die Ausübung der Zugkraft durch Ruheperioden unterbrochen wird, wobei es oft wünschenswert ist, die Zugkraft in den Ruheperioden nicht vollständig aufzuheben. Das Gerät gemäss der Erfindung lässt sich leicht in solcher Weise ausführen, dass während der Ruheperioden eine einstellbare, von Null abweichende Ruhekraft ausgeübt wird. Auch in diesem Zusammenhang ist die Anwendung eines Gleichstrommotors sehr zweckmässig, weil bei einem solchen Motor ein linearer Zusammenhang zwischen dem zugeführten Strom und dem ausgeübten Moment besteht, so dass die Zugkraft leicht durch eine Änderung des zugeführten Stromes geregelt werden kann.

Es ist im allgemeinen erwünscht, dass die Zugkraft allmählich ein- und ausgeschaltet wird. Das Gerät gemäss der Erfindung kann zu diesem Zweck derart ausgeführt werden, dass der zeitliche Verlauf der Zugkraft in den Übergangsphasen vom Nullwert bzw. von der Ruhekraft nach der vollen Zugkraft, und umgekehrt, kontinuierlich einstellbar ist.

Zwischen dem Motor und dem Zugkabel ist vorzugsweise eine elektromagnetische Kupplung angeordnet. Diese Massnahme hat den Vorteil, dass das Zugkabel im entkuppelten Zustand schnell mit der Hand ausgezogen werden kann, um die Verbindung mit dem Patienten herzustellen, und dass der Patient die Zugkraft jederzeit aufheben kann, indem er mittels

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eines Notknopfes die elektromagnetische Kupplung ausschaltet. Auch wird der Patient automatisch entkuppelt, wenn die Speisespannung ausfällt. Weiterhin ergibt die Anwendung einer elektromagnetischen Kupplung eine zusätzliche Sicherung, weil die Zugkraft nie grösser werden kann als die Kraft, die dem Schlupfmoment der Kupplung entspricht. Bei einer zweckmässigen Weiterbildung der Erfindung wird das Schlupfmoment der Kupplung automatisch der eingestellten Zugkraft angepasst, derart, dass das Schlupfmoment immer etwas grösser als das der eingestellten Zugkraft entsprechende Moment.

Eine zum Auf- und Abwickeln des Kabels verwendete Trommel ist vorzugsweise mittels einer Freilaufkupplung mit dem Motor verbunden. Das ist von Bedeutung in dem Fall, dass das Zugkabel vollständig von der Trommel abgewickelt wird. Wird in diesem Zustand ein Befehl zum Abwickeln des Kabels gegeben, so kann dieser eine Aufwicklung des Kabels in entgegengesetztem Sinne herbeiführen, so dass die Zugkraft vergrössert statt verringert wird. Diese Gefahr wird durch die Anwendung der Freilaufkupplung beseitigt.

Es ist für die Erfindung wesentlich, dass die im Zugkabel auftretende Zugkraft fortwährend gemessen wird. Das kann man in zweckmässiger Weise erreichen, indem das Zugkabel über eine Welle geführt wird, die von der Zugkraft auf Biegung belastet wird, wobei auf dieser Welle Dehnungsstreifen angeordnet sind, mittels deren die ausgeübte Zugkraft gemessen wird.

Die Regelung der ausgeübten Zugkraft kann in zweckmässiger Weise dadurch erfolgen, dass eine der erwünschten Zugkraft bzw. Ruhekraft entsprechende Spannung einem der Eingänge eines Operationsverstärkers zugeführt wird und dass die verstärkte Spannung über einen Integrator mit einstellbarer Zeitkonstante nach dem anderen Eingang des genannten Verstärkers zurückgeführt wird, so dass die Spannung dieses anderen Einganges mit einer einstellbaren Verzögerung der Spannung des erstgenannten Einganges folgt. Die Ausgangsspannung des Integrators kann dabei mit einer Spannung verglichen werden, die der wirklichen Zugkraft entspricht, wobei die bei diesem Vergleich gebildete Differenz den Motorstrom steuert. Wenn das Gerät Messorgane für die Dauer der Traktionszeiten und der Ruhezeiten enthält, werden diese Messorgane vorzugsweise an den Zeitpunkten in Wirkung gesetzt, an denen die volle Zugkraft bzw. die Ruhekraft wenigstens annähernd den eingestellten Wert erreicht hat.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt teilweise in Draufsicht und teilweise in einem horizontalen Schnitt ein Gerät gemäss der Erfindung.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt des Gerätes nach Fig. 1 gemäss einer Ebene, die senkrecht zur Schnittebene in der Fig. 1 steht.

Die Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Gerätes nach den Fig. 1 und 2.

Die Fig. 4 zeigt beispielsweise ein Zeitprogramm, das bei einer Behandlung mit dem Gerät nach den Fig. 1-3 angewendet werden kann.

Die Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm des Gerätes nach den Fig. 1-3.

Die Fig. 6 zeigt die Schaltung für die Regelung der Zugkraft.

Das in den Fig. 1—3 dargestellte Gerät enthält einen Gleichstrommotor 1, der die Zugkraft liefert und dessen Welle an ein Reduktionsgetriebe 2 angeschlossen ist. Die Ausgangswelle des Getriebes 2 kann mittels einer elektromagnetischen Kupplung 3 mit einem Ritzel 4 gekuppelt werden, das mit einem Zahnrad 5 im Eingriff ist.

Das Zahnrad 5 ist um eine Welle 6 frei drehbar und ist mit einer Nabe versehen, die mittels einer Freilaufkupplung 7 mit einer auf der Welle 6 befestigten Wickeltrommel 8 gekuppelt ist.

Eine Feder 10 ist mit einem Ende an der Welle 6 und mit dem anderen Ende an einem Rahmen 14 befestigt. Wenn das Ende des Kabels 9 mit dem Patienten verbunden wird, lässt man die elektromagnetische Kupplung entkuppelt stehen, so dass das Kabel 9 frei mit der Hand herausgezogen werden kann. Dabei wird die Feder 10 gespannt, so dass sie nach Abschluss der Behandlung das Kabel 9 wieder auf die Trommel aufwickeln kann. Wenn die elektromagnetische Kupplung 3 eingeschaltet und die Behandlung eingeleitet ist, jedoch die gewünschte Zugkraft noch nicht erreicht ist, wird der Motor in solcher Richtung angesteuert, dass das Kabel auf die Trommel aufgewickelt wird, so dass die Zugkraft zunimmt, bis ein Gleichgewicht zwischen der gewünschten und der gemessenen Kraft entsteht.

Der Befehl «Kraftzunahme» entspricht einer festen Drehrichtung des Motors. Wenn während der Verwendung das Zugkabel 9 umgekehrt auf der Trommel zu liegen kommt, was möglich ist, wenn das Kabel vollständig abgewickelt wird, ist die genannte Korrelation zwischen Kraftzunahme und Drehrichtung nicht mehr vorhanden. Dadurch könnte eine gefährliche Situation entstehen, was jedoch durch die Freilaufkupplung verhindert wird.

Das Zugkabel 9 läuft über eine Scheibe 11, die um eine Messwelle 12 frei drehbar ist, so dass die Messwelle von der im Kabel wirksamen Zugkraft auf Biegung belastet wird. Auf die Messwelle 12 sind Dehnungsstreifen aufgeklebt, mittels deren die Zugkraft gemessen werden kann. Das Zugkabel 9 wird über eine Scheibe 13 aus dem Gerät hinausgeführt und mit dem zu behandelnden Patienten verbunden. Die Scheibe 13 ist um die Welle 13a frei drehbar.

Gemäss der Zeichnung wirkt die im Kabel auftetende Zugkraft in horizontaler Richtung. Man kann jedoch ohne weiteres die Zugkraft in jeder gewünschten Richtung innerhalb einer Halbkugel wirken lassen.

Die drehenden Teile des Gerätes sind im Rahmen 14 gelagert.

Die Fig. 4 zeigt ein Zeitprogramm, das bei einer Behandlung mit dem Gerät gemäss der Erfindung angewendet werden kann. Das Gerät wird am Zeitpunkt tQ eingeschaltet, woraufhin die Zugkraft allmählich bis zum eingestellten Wert Kx zunimmt, welcher Wert am Zeitpunkt ti erreicht und bis zum Zeitpunkt t2 aufrechterhalten wird. Die Zeit (t2 — tt) kann als die Traktionszeit bezeichnet werden. Nach dem Zeitpunkt t2 nimmt die Zugkraft allmählich ab bis zum Ruhewert K2, der am Zeitpunkt t3 erreicht und bis zum Zeitpunkt t4 aufrechterhalten wird. Die Zeit (t4 —13) kann als die Ruhezeit bezeichnet werden. Nach dem Zeitpunkt t4 steigt die Zugkraft wieder allmählich bis zum Wert Kl5 der am Zeitpunkt ts erreicht und bis zum Zeitpunkt t6 aufrechterhalten wird, und so weiter. Die Zeiten (ti — tQ), (t3 -12) und (t5 -14) können als Anpassungszeiten bezeichnet werden. Am Zeitpunkt t„ wird die Behandlung eingestellt, so dass die Zeit (tn - tD) als die Behandlungszeit bezeichnet werden kann.

Bei einem Gerät gemäss der Erfindung kann die erzeugte Zugkraft beispielsweise zwischen 0 und 100 kg veränderlich sein, während die Traktions- und Ruhezeiten je zwischen 0 und 60 Sekunden, die Anpassungszeit zwischen 1 uns 30 Sekunden und die Behandlungszeit zwischen 0 und 100 Minuten veränderlich sein können.

Die Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Gerätes gemäss der Erfindung.

Die Messwelle 12 ist mit einem Aufnehmer 15 versehen, der die ausgeübte Zugkraft in ein elektrisches Signal umwandelt, das über einen Verstärker 16 nach einem Vergleichsorgan 17 übertragen wird. Das Gerät ist mit Einstellorganen 18, 19 und 20 für die Steilheit des Verlaufes der Zugkraft während

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der Anpassungszeiten, für die Zugkraft und für die Ruhekraft versehen. Ausserdem sind Einstellorgane 21, 22 und 23 vorgesehen, mit denen die Traktionszeit, die Ruhezeit und die Behandlungszeit eingestellt werden können. Die Einstellorgane 21, 22 und 23 sind an eine logische Schaltung 24 angeschlossen, die ein Umschaltorgan 25 steuert. Dieses Umschaltorgan überträgt die mittels der Organe 18,19 und 20 eingestellten Werte nach dem Vergleichsorgan 17.

Das Vergleichsorgan 17 steuert zunächst die logische Schaltung 24 und liefert ausserdem eine Eingangsspannung für einen Verstärker 26, der den Gleichstrommotor 1 steuert. Dieser Motor ist mittels einer elektromagnetischen Kupplung 3 mit der Trommel 8 verbunden. Die elektromagnetische Kupplung 3 kann vom Patienten mittels eines Notknopfes 27 ausgeschaltet werden. Weiterhin enthält das Gerät noch einen Halteknopf 28, einen Startknopf 29 und einen Indikator 30 für die Zeitauslesung.

In der Fig. 6 sind mit Pa und P2 Potentiometer angedeutet, mit denen die Zugkraft und die Ruhekraft eingestellt werden. Mittels eines aus zwei Nicht-Und-Toren aufgebauten Triggers 31 werden die genannten Potentiometer an den richtigen Zeitpunkten wirksam gemacht. Die Schiebekontakte der Potentiometer Pi und P2 sind unterschiedlich über reihengeschaltete Widerstände A und B und über reihengeschaltete Widerstände C und D mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 32 verbunden.

Solange das Gerät ausser Wirkung ist, haben die Verbindungspunkte zwischen den Widerständen A und B und zwischen den Widerständen C und D je eine Spannung O, so dass die Potentiometer Px und P2 ausser Wirkung sind. Mittels des

Triggers 31 kann die Nullspannung aus einem der Verbindungspunkte entfernt werden. In diesem Fall wird ein vorbestimmter Bruchteil der am Potentiometer Pi bzw. P2 eingestellten Spannung dem invertierenden Eingang des Verstärkers s 32 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 32 wird über einen aus den Dioden Dj und D2 bestehenden doppel-phasigen Begrenzer einem Integrator zugeführt, der aus einem Vorschaltwiderstand P3 und einem über einen Kondensator 34 rückgekoppelten Operationsverstärker 33 besteht. Die Aus-10 gangsspannung des Verstärkers 33 wird nach dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 32 zurückgeführt, so dass die Spannung dieses Einganges mit einer durch die Einstellung des Widerstandes P3 bestimmten Verzögerung der Spannung des invertierenden Einganges folgt. Man erzielt dadurch den ls erwünschten allmählichen Übergang nach der vollen Zugkraft. Mit 35 und 36 sind auf der Messwelle angeordnete Dehnungsstreifen bezeichnet, die in einer Brücke liegen, deren Ausgangssignal einem Operationsverstärker 37 zugeführt wird. Die Ausgangsspannungen der Verstärker 33 und 37 werden 20 mittels der Widerstände F und G miteinander verglichen, wobei die gebildete Differenzspannung über einen Operationsverstärker 38 den Motorstrom steuert.

Die Messorgane für die Dauer der Traktions- und Ruhezeiten werden vorzugsweise an den Zeitpunkten betätigt, an 25 denen die volle Zugkraft bzw. die Ruhekraft wenigstens annähernd erreicht worden ist. Mit Rücksicht auf die unvermeidliche Ungenauigkeit der Kraftregelung erfolgt die Betätigung der Messorgane mit einer Krafttoleranz von einigen Prozenten.

4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Medizinisches Behandlungsgerät, das eine Zugkraft erzeugt, mit einem eine einstellbare Zugkraft erzeugenden Elektromotor und einem die Zugkraft auf ein Körperteil eines Patienten übertragenden Zugkabel, gekennzeichnet durch eine die erzeugte Zugkraft fortwährend elektrisch messende Vorrichtung (15), ein Vergleichsorgan (17), das die gemessene Zugkraft mit einem einstellbaren Wert für die Zugkraft vergleicht, und ein Steuerorgan (26), das in Abhängigkeit von der beim Vergleich festgestellten Differenz den Elektromotor (1) steuert, um das Zugkabel (9) auf- oder abzuwickeln, bis die festgestellte Differenz wenigstens angenähert gleich Null ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) ein Gleichstrommotor ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ausübung der Zugkraft durch Ruheperioden unterbrochen wird, gekennzeichnet durch ein Organ (20, 25), das den Elektromotor (1) derart steuert, dass während der Ruheperioden eine einstellbare, von Null abweichende Ruhekraft ausgeübt wird.

4. Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Zugkraft allmählich ein- und ausgeschaltet wird, gekennzeichnet durch eine Schaltung (32, 33, 34), mit welcher der zeitliche Verlauf der Zugkraft während der Übergangsphasen vom Nullwert bzw. von der Ruhekraft nach der vollen Zugkraft, und umgekehrt, kontinuierlich einstellbar ist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motor (1) und dem Zugkabel (9) eine elektromagnetische Kupplung (3) angeordnet ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlupfmoment der elektromagnetischen Kupplung (3) in der Weise automatisch der eingestellten Zugkraft anpassbar ist, dass das Schlupfmoment immer etwas grösser als das der eingestellten Zugkraft entsprechende Moment ist.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Auf- und Abwickeln des Zugkabels (9) verwendete Trommel (8) mittels einer Freilaufkupplung (7) mit dem Motor (1) verbunden ist.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugkabel (9) über eine Welle (12) geführt ist, die von der Zugkraft auf Biegung belastet wird, und dass auf der Welle (12) Dehnungsstreifen angeordnet sind, mittels deren die ausgeübte Zugkraft gemessen wird.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels eines ersten Potentiometers (Pj) erzeugte, der gewünschten Zugkraft entsprechende Spannung und eine mittels eines zweiten Potentiometers (P2) erzeugte, der gewünschten Ruhekraft entsprechende Spannung mittels eines Triggers (31) abwechselnd einem der Eingänge eines Operationsverstärkers (32) zugeführt ist und dass die verstärkte Spannung über einen Integrator (33, 34) mit einstellbarer Zeitkonstante nach dem anderen Eingang des genannten Verstärkers (32) zurückgeführt ist, so dass die Spannung dieses anderen Eingangs mit einer einstellbaren Verzögerung der Spannung des erstgenannten Eingangs folgt.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichsorgan (17; F, G) die Ausgangsspannung des Integrators (33, 34) mit einer der wirklichen Zugkraft entsprechenden Spannung vergleicht und dass die bei diesem Vergleich gebildete Differenz den Motorstrom steuert.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 10, mit Messorganen für die Dauer der Traktions- und Ruhezeiten, gekennzeichnet durch eine logische Schaltung (24), die diese Messorgane (21, 22 23) an den Zeitpunkten in Wirkung setzt, an denen die volle Zugkraft bzw. die Ruhekraft wenigstens annähernd den eingestellten Wert erreicht hat.