DE19644657C2 - Wägevorrichtung zum Messen von auskragenden Lasten - Google Patents

Description

Derartige Wägevorrichtungen werden vielfältig im Transport- und Verpackungswesen und der Medizin eingesetzt.

Im Gesundheitswesen ist die Gewichtsermittlung Bestandteil praktisch jeder medizinischen Untersuchung. Hierfür stehen je nach Anwendungsgebiet verschiedene Waagentypen zur Verfügung.

Es sind beispielsweise Stuhlwaagen bekannt, die nach dem Lauf­ gewichtsprinzip oder anderen Prinzipien arbeiten. Die Last­ brücke der Waage wird hierbei durch einen Stuhl abgedeckt (Handbuch des Wägens, Manfred Kochsiek, 2. Auflage 1989, S. 301).

Für bettlägerige Patienten, deren Gewicht ständig kontrolliert werden muß, sind elektromechanische Bettwaagen bekannt. Diese Bettwaagen sind mit vier Wägezellen zur Bettenaufnahme verse­ hen (US 3,338,323).

Bei sogenannten mobilen Patientenhebegeräten oder -liften ist es bekannt, eine Wägezelle am Kragarmende anzuordnen, so daß die Wägezelle mit einer reinen Zugkraft belastet wird. Somit können die Patienten auf dem Lift gewogen werden, ohne daß ein manuelles Heben oder eine weitere Überführung des Patienten notwendig ist (US 5,033,563; DE 25 32 434 A1).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wägevor­ richtung zum Messen von auskragenden Lasten, insbesondere zur Gewichtsermittlung von Patienten zu schaffen, die einen gerin­ gen Bauraum benötigt, biegemoment- und torsionsmomentunempfindlich ist und in eine bestehende Vorrichtung nachträglich leicht integrierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Da das Krafteinleitungselement direkt an dem Lastträger und das Kraftausleitungselement an dem Basiselement befestigt sind, kann die Wägezelle ohne großen technischen Aufwand nach­ träglich in Patientenaufnahme- bzw. -hebevorrichtungen inte­ griert werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Wäge­ zelle zwischen den vorhandenen Bauelementen, dem Basiselement und dem meist als Säule ausgebildeten Lastträger, zu befesti­ gen. Durch die Krafteinleitung bzw. Kraftausleitung an den Stegen über die Krafteinleitungs- und -ausleitungselemente besitzt die Wägevorrichtung einen ganz geringen Bauraum. Eine biegemoment- und torsionsmomentunempfindliche Wägezelle wird durch die Ausbildung der Meßfeder als Doppelbiegebalken mit die Meßstege verbindenden langgestreckten Stegen erreicht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt die außermittige Anord­ nung einer großen Wägeplattform ohne Beeinträchtigung der Meß­ genauigkeit. Die Wägezelle kann auch für hohe Nennlasten einge­ setzt werden.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß das als U-Profil ausgebildete Element die Meßfeder umgreift und mit dem L-förmigen Krafteinleitungselement und einem rechteckig ausgebildeten Deckelteil das Gehäuse der Meßfeder bildet. Hier­ durch wird ein robustes, steifes, zweigeteiltes Schutzgehäuse gebildet, das die Meßfeder vor Stoß, Schlag, Schmutz, Korrosion und atmosphärischen Einwirkungen schützt.

Eine besonders kompakte und stabile Ausführungsform der Erfin­ dung sieht vor, daß das Kraftausleitungselement zwei L-förmige seitliche Fortsätze aufweist, die über mindestens ein zwischen­ geordnetes Befestigungsstück, welches zwischen den Stegen der Meßfeder angeordnet ist, an der Innenfläche eines Steges befe­ stigt sind.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Abstand des an dem Lastträger angeordneten plattenförmigen Elementes zu dem an dem Basiselement angeordneten plattenförmigen Element einstellbar ist. Dieser Abstand kann zur Sicherung der Wäge­ zelle als Überlastanschlag ausgebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispie­ len erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wägevorrichtung in Schnittdarstellung,

Fig. 1a eine weitere Ausführungsform der Wägevorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 2 die Wägevorrichtung gemäß Fig. 1 in perspektivi­ scher Darstellung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wägevorrich­ tung in Schnittdarstellung,

Fig. 4 die erfindungsgemäßen Kraftein- und -ausleitungs­ elemente samt Meßfeder gemäß Fig. 3 in Explosions­ darstellung und

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Wägevorrichtung 1 besteht im wesent­ lichen aus einem vertikal ausgerichteten Lastträger 2, einem Basiselement 3, das als Widerlager dient, und einer zwischen dem Lastträger 2 und dem Basiselement 3 angeordneten Wägezelle 4. Der Lastträger 2 steht mit einer horizontal ausgerichteten Plattform in Verbindung, die beispielsweise als Liege ausgebil­ det ist und den zu wiegenden Patienten aufnimmt.

Die Wägezelle 4 weist ein zweigeteiltes Gehäuse 5, das durch die Kraftein- und -ausleitungselemente 6, 6' gebildet wird, und eine an die Kraftein- und -ausleitungselemente 6, 6' ange­ flanschte, im Inneren des Gehäuses 5 liegende Meßfeder 7, die quaderförmig ausgebildet ist, auf. Die Meßfeder 7 ist parallel zum Lastträger 2 und zu einer Richtung, in der die Einleitung der zu messenden Kraft erfolgt, angeordnet und als Doppelbiege­ balken ausgebildet. Hierzu ist in die quaderförmige Meßfeder 7 mittig ein parallel zur Krafteinleitungsrichtung verlaufender Längsschlitz 8 eingebracht. Der Längsschlitz 8 erstreckt sich in seinem oberen und unteren Endbereich in jeweils zwei par­ allel zueinander und ineinander übergehende durchgehende obere bzw. untere Querbohrungen 9, 9', 10, 10'. Dadurch befinden sich oberhalb der oberen Querbohrungen 9, 9' und unterhalb der unteren Querbohrungen 10, 10' Zonen verringerten Querschnitts, die als Meßstege 11, 12 bezeichnet werden und die Biegebalken bil­ den. Diese Meßstege 11, 12 liegen jeweils in einer Ebene, die orthogonal zu der Krafteinleitungsrichtung ausgerichtet ist.

Die Meßstege 11, 12 sind an ihrem einen Endbereich durch einen langgestreckten Steg 13 miteinander verbunden und an ihrem anderen Endbereich ebenfalls durch einen langgestreckten Steg 14 miteinander verbunden. Auf den nach außen weisenden Flächen der Meßstege 11, 12 sind Dehnungsmeßstreifen 15, 16 appliziert, die in geeigneter Weise zu einer Meßbrücke verschaltet sind. Bei einer auf die Plattform einwirkenden Kraft werden die me­ chanisch parallel geschalteten Meßstege 11, 12 S-förmig ver­ formt. Diese Verformung bewirkt in den Dehnungsmeßstreifen 15, 16 eine elektrische Widerstandsänderung, die in einer nachge­ schalteten, nicht dargestellten Meßbrücke und Auswerteelektro­ nik erfaßt und in ein der zu messenden Kraft F proportionales Meßsignal umgesetzt wird.

Als Krafteinleitungselement 6 ist ein L-förmiges, zweiteilig ausgebildetes Winkelelement vorgesehen, wobei ein Teil des Win­ kelelements als ein in der Vertikalen ausgerichtetes und par­ allel zur Krafteinleitungsrichtung weisendes plattenförmiges Element 17 mit einer angeschweißten Zwischenplatte 18 ausgebil­ det ist, die in einem mittleren Bereich der zum Lastträger 2 weisenden Fläche des Steges 14 angeschraubt ist. Orthogonal zu dem plattenförmigen Element 17 ist als weiteres Teil ein zum Lastträger 2 weisendes weiteres plattenförmiges Element 19 ausgebildet, das an dem zylindrisch ausgebildeten Lastträger 2 angeschraubt ist, wobei der Lastträger 2 zur Befestigung des plattenförmigen Elementes 19 einen erweiterten quadratischen Endbereich 20 aufweist. Das Kraftausleitungselement 6' ist ebenfalls als zweigeteiltes L-förmiges Winkelelement ausgebil­ det, wobei ein in die Vertikale weisendes, parallel zum Last­ träger 2 verlaufendes, als U-Profil ausgebildetes Element 21 im Bereich des Steges 13 mit einem plattenförmigen Element 22 ver­ stärkt ist, das vorzugsweise angeschweißt ist und mit diesem verstärkten Bereich in einem mittleren Bereich an die vom Lastträger 2 wegweisende Fläche des Steges 13 angeschraubt ist. Orthogonal zu diesem als U-Profil ausgebildete Element 21 ist ein plattenförmiges Element 23 ausgebildet und mittels Schrauben 24 an das Basisteil 3, welches als Widerlager dient, angeflanscht. Plattenförmiges Element 19 und plattenförmiges Element 23 sind parallel zueinander und etwas beabstandet angeordnet. Der Abstand der Elemente 19, 23 ist einstellbar, und die Elemente 19, 23 können somit zumindest in einem Teilbereich als Überlastanschlag ausgebildet sein. Das Gehäuse 5 der Meßfeder 7 wird, wie eingangs erwähnt, durch das Krafteinleitungselement 6 und das Kraftausleitungselement 6' gebildet. Das als U-Profil ausgebildete Element 21 umgreift die Meßfeder und bildet hierfür drei Seiten des quaderförmigen Gehäuses 5. Das plattenförmige Element 17 bildet eine weitere Seite des Gehäuses 5. Das plattenförmige Element 19 schließt das Gehäuse 5 als unteres Deckelteil ab, und ein separates, im Querschnitt in etwa quadratisches Element bildet ein oberes Deckelteil 25. Durch das obere Deckelteil 25 wird die Kabelzuführung 26 von den Dehnungsmeßstreifen 15, 16 zu der im Ausführungsbeispiel beabstandet von der Wägezelle 4 angeord­ neten Schaltungsanordnung und Auswerteelektronik geführt. Der Lastträger 2 besteht aus einem zylindrischen Säulenteil 44 und einem auf dem Säulenteil 44 verschieblich angeordneten, arretierbaren Hülsenteil 27, somit kann eine daran angeordnete Patientenliege in der Höhe verschoben werden.

In der Fig. 1a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wägevorrichtung dargestellt. Das Kraftausleitungselement 6' ist als L-förmiges Winkelelement ausgebildet, wobei ein in die Vertikale weisendes, parallel zum Lastträger 2 verlaufendes, als U-Profil ausgebildetes Element 21' mit einem plattenförmigen Element 22 verstärkt ist, das vorzugsweise angeschweißt ist. Mit diesem verstärkten Bereich ist das Kraftausleitungselement 6' an die vom Lastträger 2 wegweisende Fläche des Steges 13 der Meßfeder 7 angeschraubt. Wie in der Darstellung nach Fig. 1 ist orthogonal zu diesem als U-Profil ausgebildeten Element 21' ein plattenförmiges Element 23 ausgebildet und mittels Schrauben am Basisteil 3 angeflanscht.

Das Krafteinleitungselement 6 ist ebenfalls als L-förmiges Winkelelement ausgebildet, wobei ein in die Vertikale weisendes und parallel zum Lastträger 2 verlaufendes, als U- Profil ausgebildetes Element 17' mit einer Zwischenplatte 18 verstärkt ist, die vorzugsweise angeschweißt ist. Mit diesem verstärkten Bereich ist das Krafteinleitungselement 6 an die zum Lastträger 2 weisende Fläche des Steges 14 der Meßfeder 7 angeschraubt. Wie auch in der Darstellung der Fig. 1 ist orthogonal zu diesem als U-Profil ausgebildeten Element 17' ein plattenförmiges Element 19 vorgesehen und mittels Schrauben am Lastträger 2 befestigt.

Die im Profil U-förmigen Elemente 21' und 17' weisen eine un­ terschiedliche Basisbreite auf, so daß sie mit den Schenkeln voran ineinandergeschoben werden und so ein rechteckförmiges oder quadratisches Hohlprofil bilden. In der Darstellung nach Fig. 1a hat das U-förmige Element 17' die kleinere Basisbreite und ist in den Innenraum des U-förmigen Elements 21' eingeschoben.

In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wägevorrichtung dargestellt. Gleiche in den Fig. 1 und 2 bereits beschriebene Teile sind mit gleichen Bezugszei­ chen versehen. Die an die Kraftein- und -ausleitungselemente 6'', 6n angeflanschte Meßfeder 7' besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie die bereits zu den Fig. 1 und 2 beschriebene Meßfeder 7. Die Meßfeder 7' unterscheidet sich lediglich darin, daß der in die Meßfeder 7' mittig eingebrachte Längsschlitz 8 sich in seinem oberen und unteren Endbereich in jeweils eine durchgehende obere bzw. untere Querbohrung 9", 10" erstreckt. Der langgestreckte Steg 13 ist an seinen gegenüberliegenden Seitenflächen 28 mit jeweils zwei Bohrungen 30 versehen, die in ihrer Längserstreckung in einer parallelen Ebene zu den Querbohrungen 9", 10" ausgerichtet sind.

Das mit dem Lastträger 2 mittels Schrauben verbundene Lastein­ leitungselement 6" ist winkelförmig ausgebildet. Das in der Vertikalen ausgerichtete, nach oben kragende Schenkelteil 31 ist mit Bohrungen 32 versehen und wird mittels Schrauben an einen mittleren Bereich der zum Lastträger 2 weisenden Fläche des Steges 14 angeschraubt. Das Lastausleitungselement 6''' ist dreiteilig ausgebildet und besteht aus einem an das Basisteil 3 angeschraubten plattenförmigen Bereich der als Grundplatte 33 ausgebildet ist und zwei L-förmigen Befestigungsplatten 34, die einerseits an einander gegenüberliegenden Seitenflächen 35 der Grundplatte 33 angeschraubt und andererseits mit ihrem in der Vertikalen ausgerichteten Schenkelteil 36 unter der Zwischenlage von jeweils einer Distanzplatte 37 an die Seitenflächen 28 des Steges 13 angeschraubt sind. Über seitliche Fortsätze, die als L-förmige Befestigungsplatten 34 ausgebildet sind, ist somit der Steg 13 der Meßfeder 7' mit der an der Basis 3 abgestützten und befestigten Grundplatte 33 verbunden.

Fig. 5 zeigt in Explosionsdarstellung als weitere Ausführungs­ form eine abgewandelte Variante der Wägevorrichtung gemäß Fig. 4, so daß für einander entsprechende Bauteile auch hier die gleichen Bezugszeichen gewählt wurden. Auch bei dieser Ausfüh­ rung ist ein winkelförmiges Krafteinleitungselement 6" mit dem langgestreckten Steg 14 der Meßfeder 7 verbunden. Der mittige Längsschlitz 8 erstreckt sich in seinem oberen und unteren Endbereich in jeweils zwei parallele und ineinander übergehende durchgehende Querbohrungen 9 bzw. 10.

Das Kraftausleitungselement 6''' wird durch die Grundplatte 33 und die beiden an der Seitenfläche 35 angeschraubten L- förmigen Befestigungsplatten 34 gebildet. Das freie Schenkelteil 36 der Befestigungsplatte 34 ist mit Bohrungen zum Verstiften bzw. Verschrauben mit dem Befestigungsstück 38 versehen, welches quaderförmig ausgeführt und innerhalb des Schlitzes 8 angeordnet ist. Das Befestigungsstück 38 ragt seitlich etwas über die Seitenflächen 28 der Meßfeder 7, so daß zwischen diesen und der Befestigungsplatte 34 ein kleiner Abstand besteht. Ein geringer Abstand besteht ebenfalls zwischen dem Befestigungsstück 38 und den Meßstegen 11, 12 sowie dem langgestreckten Steg 14. Der Steg 13 ist von seiner Außenseite 39 her mit vier Durchgangsbohrungen 40 versehen, die der Aufnahme von Schrauben zum Verschrauben der Meßfeder 7 mit dem Befestigungsstück 38 dienen.

Hierzu sind auch am Befestigungsstück 38 Gewindebohrungen 41 in entsprechender Anordnung angebracht. Im Bereich der Gewindeboh­ rung 41 sind am Befestigungsstück 38 Vorsprünge 42 ausgebildet, so daß ein Kontakt zwischen dem Befestigungsstück 38 und der Meßfeder 7 ausschließlich über diese Vorsprünge erfolgt. Hier­ durch werden die Reibungseinflüsse sehr stark vermindert, was sich sehr positiv auf die Verminderung des Einflusses von Hy­ stereseeffekten auf das Meßergebnis auswirkt. Die gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 3 bzw. 4 nach innen gelegte Einlei­ tung der Belastung in den Steg 13 führt zu einer für die Mes­ sung durch die Dehnungsmeßstreifen 15 bzw. 16 optimalen Ver­ formung der Meßfeder 7, was sich ebenfalls positiv auf das Meßergebnis auswirkt.

Claims (9)

1. Wägevorrichtung zum Messen von auskragenden Lasten mit einem Lastträger (2), einem Basiselement (3), einem an dem Lastträger (2) befestigten Krafteinleitungselement (6, 6") und einem an dem Basiselement (3) befestigten Kraftauslei­ tungselement (6', 6''') und einer zwischen Kraftein- und -ausleitungselement angeordneten Meßfeder (7, 7'), die als Mehrfachbiegebalken, vorzugsweise als Doppelbiegebalken ausgebildet ist, wobei die Meßfeder (7, 7') mindestens zwei parallel zueinander liegende, mit Dehnungsmeßelementen (15, 16) bestückte Meßstege (11, 12) aufweist und die Endberei­ che der Meßstege (11, 12) mittels eines ersten und eines zweiten parallel zueinander liegenden Steges (13, 14) ver­ bunden sind und die Stege (13, 14) wesentlich länger ausge­ bildet sind als die Meßstege (11, 12) und die Flächen der Meßstege (11, 12) orthogonal zu der Richtung der zu messen­ den Kraft ausgerichtet sind und die Fläche der Stege (13, 14) in einer parallelen Ebene zu der Richtung der zu mes­ senden Kraft ausgerichtet ist und das Krafteinleitungsele­ ment (6, 6") einerseits am Lastträger (2) und andererseits an dem einen Steg (14) und das Kraftausleitungselement (6', 6''') einerseits am Basiselement (3) und andererseits am zweiten Steg (13) angreift.

2. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Krafteinleitungselement (6) L-förmig ausgebildet ist und aus zwei rechteckigen plattenförmigen Elementen (17, 19) besteht und das Kraftausleitungselement (6') L- förmig ausgebildet ist und aus einem als U-Profil ausgebil­ deten Element (21) und aus einem rechteckigen plattenförmi­ gen Element (23) besteht.

3. Wägevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als U-Profil ausgebildete Element (21) die Meßfeder (7) umgreift und ineinandergreifend mit dem L-förmigen Krafteinleitungselement (6) und einem rechteckig ausgebil­ deten Deckelteil (25) das Gehäuse (5) der Meßfeder (7) bildet.

4. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Krafteinleitungselement (6") ein L-Profil auf­ weist, wobei ein Schenkel am Lastträger (2) und der andere Schenkelteil (31) an dem einen Steg (14) der Meßfeder (7') befestigt ist, und daß das Kraftausleitungselement (6''') einen plattenförmigen Bereich (33), der am Basiselement (3) befestigt ist, und seitliche Fortsätze (34) aufweist, die die Meßfeder (7') seitlich umgreifend, an dieser befestigt sind.

5. Wägevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Bereich (33) des Kraftausleitungselement (6''') als Grundplatte ausgebildet ist und als seitliche Fortsätze (34) zwei L-förmige Befestigungsplatten aufweist, die einerseits an Seitenflächen (35) der Grundplatte und andererseits über zwischengeordnete Distanzplatten (37) an Seitenflächen der Meßfeder befestigt sind.

6. Wägevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei L-förmige seitliche Fortsätze (34) über mindestens ein zwischengeordnetes Befestigungsstück (38), welches zwischen den Stegen (13, 14) der Meßfeder angeordnet ist, an der Innenfläche eines Steges (13) befestigt sind.

7. Wägevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt zwischen dem Befestigungstück (38) und dem Steg (13) ausschließlich über am Befestigungsstück (38) und/oder am Steg (13) ausgebildete aufeinandergerichtete Vorsprünge (42) erfolgt.

8. Wägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftausleitungselement (6') L-förmig ausgebildet ist und aus einem als U-Profil ausgebildeten Element (21') und aus einem plattenförmigen Element besteht und das Krafteinleitungselement (6) L-förmig ausgebildet ist und aus einem als U-Profil ausgebildeten Element (17') und aus einem plattenförmigen Element besteht, wobei die U-Profile mit den Schenkeln ineinandergreifend angeordnet sind und zur Bildung eines kastenförmigen Gehäuses für die Meßfeder ein Deckelteil vorgesehen ist.

9. Wägevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des an dem Lastträ­ ger (2) angeordneten plattenförmigen Elementes (19) zu dem an dem Basiselement (3) angeordneten plattenförmigen Ele­ ment (23) einstellbar ist.