Treppe mit Federmechanismus

Rolltreppen und Aufzüge benötigen viel Energie und selbst Treppenlifte lassen sich nicht in allen Häusern installieren. Eine günstige und dennoch effiziente Steighilfe für ältere Menschen könnte nun eine Treppe mit gefederten Stufen bieten: Wissenschaftler entwickelten einen Prototyp mit einem passiven, nur durch das Körpergewicht aktivierbaren Federmechanismus. In der Fachzeitschrift „PLOS ONE“ berichten sie, wie ihre Treppe den Kraftaufwand beim Treppensteigen mindert und die Gelenke schont.

Beine mit Messpunkten an den Gelenken laufen auf an Federn aufgehängten Holzstufen, die in ein metallenes Treppengestell gehängt sind.
Treppe an Federn

„Günstige und einfach zu installierende Federstufen könnten vielen Menschen die Beweglichkeit in ihrem Haus lange sichern“, sagt Karan Liu vom Georgia Institute of Technology in Atlanta. Ihr Prototyp einer gefederten Stufe besteht aus einem Aluminiumrahmen und einer Trittplatte, die mit je zwei Federn an beiden Seiten befestigt ist. Wird die Trittplatte einmal belastet, halten sie die gespannten Federn in dieser Position. Dies geschieht über einen elektronischen Drucksensor, der einen Elektromagneten kontrolliert.

Neun Probanden mit unterschiedlichem Körpergewicht testeten die Federstufen. Beim Herabsteigen der Treppe entsprach die Höhe einer Trittplatte mit entspannten Federn der darüberliegenden Stufe. Trat eine Testperson auf diese Platte, sank sie um knapp zwanzig Zentimeter ab, die Federn wurden gespannt und der Elektromagnet hielt die Trittplatte in dieser Position fest. Beim Heraufsteigen nahm die Testperson die erste Stufe aus eigener Kraft. Durch diesen Tritt aktivierte sie den Sensor, sodass der Elektromagnet die untere Trittplatte losließ. Die Federn entspannten sich und das zweite Bein wurde auf das Niveau der oberen Stufe angehoben. Dieser Ablauf wiederholte sich im Experiment bei jeder Stufe einer dreistufigen Treppe.

Über Sensoren am Körper der Testpersonen haben die Forscher den Kraftaufwand und die Kniegelenksbelastung beim Herauf- und beim Heruntergehen gemessen: Der Kraftaufwand beim Aufstieg verringerte sich um etwa 20 Prozent, die Belastung des Kniegelenks reduzierte sich sogar um knapp 38 Prozent. Auch beim Abstieg unterstützte die Federtreppe die Bewegung der Testpersonen, allerdings mit etwas geringerer Kraftersparnis.

Liu ist überzeugt, dass sich die gefederten Treppenstufen weit günstiger als Treppenlifte auf jeder Treppe nachträglich installieren lassen. Zudem werde Strom nur für die Steuerelektronik benötigt. Je nach Stärke der Federn könnten Personen mit einem Körpergewicht von bis zu 122 Kilogramm von dieser passiven Steighilfe profitieren. Ob und wann diese Idee zu einem einsetzbaren Produkt weiterentwickelt wird, lässt sich heute aber noch nicht absehen.