DE2162683C3 - Einrichtung zur Messung des Weges eines Meßobjektes bei einer am Meßobjekt wirkenden Kraft - Google Patents

Einrichtung zur Messung des Weges eines Meßobjektes bei einer am Meßobjekt wirkenden Kraft

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Weges eines MeQobjekts bei einer am Meßobjekt wirkenden Kraft und zur Messung dieser Kraft, mit einer Feder, die sich einerseits an einem Rahmen, andererseits an einem Meßstab abstützt, der zur Anlage etc. am Meßobjekt, ausgebildet ist, mit einem ersten Geber zur Messung der an der Feder wirkenden Kraft und einem zweiten Geber zur Messung der Relativbewegung zwischen dem Meßstab und einer hierzu parallelen Abstützeinrichtung, beispielsweise bei Muskeluntersuchungen zur Messung auxotonbcher Kontraktionen und bei Zahnbeweglichkeitsuntersuchungen zur Messung der Zahnbewegung in Abhängigkeit einer auf den Zahn wirkenden Kraft
Bei Messungen der Muskeltätigkeit ist es äußerst problematisch, auxctonische Kontraktionen des Muskels zu erfassen. Bei einer auxotonischen Kontraktion handelt es sich um die Kraftentwicklung des Muskels bei gleichzeitiger Veränderung seiner Länge. Zu diesem Zweck ist es bekannt, Biegestäbe einzusetzen, deren Durchbiegung Ober Dehnmeßstreifen gemessen wird. Die Durchbiegung ist hierbei ein Maß für den Weg und der vom Muskel aufgebrachten Kraft, die am Biegestab wirkt Derartige Messungen sind sehr zeitraubend, da der zu messende Muskel eine bestimmte Vordehnung aufweisen soll. Derartige Vordehnungen werden meist durch Gewichte erzeugt, die über eine Umlenkrolle mit dem Biegestab verbunden sind. Weiterhin muß bei derartigen Messungen das Organgewicht berücksichtigt werden, was meist ebenfalls durch einen bestimmten Gewichtsausgleich erfolgt Die Messung und die umfangreichen und zeitraubenden Einstellarbeiten können nur an einem stationären Arbeitsplatz durchgeführt werden, was bedingt, daß der zu untersuchende Muskel bzw. das Tier, an welchen Muskeluntersuchungen durchgeführt werden sollen, an diesen Meß- und Arbeitsplatz gebracht werden müssen.
Die gleichen Probleme entstehen bei der Untersuchung der Atembewegung des Thorax.
Aus Meßtechnische Briefe 2, (1970), Seiten 38 bis 43 ist ein Meßverfahren zur Untersuchung der Zahnbeweglichkeit bekannt, bei dem ein Zahn mit einer gewissen Kraft belastet wird und die Zahnverschiebung in Abhängigkeit von der Belastung festgestellt wird.
Hierbei ist ein induktiver Wegaufnehmer an einer Trägerschiene befestigt, die mit zahnärztlichem Haftzement an den Seitenzähnen angebracht werden. Die von einem Kraftaufnehmer auf den Zahn ausgeübte Kraft wird gemessen und zusammen mit der durch die Kraft verursachten Zahnbewegung auf einem Bildschirm oder einem Registriergerät dargestellt. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Anbringung der Trägerschiene mühsam und für den Patienten unange-
nehm ist Ferner wird eine mögliche Verschiebung der Trägerschiene etwa aufgrund ungenügender Befestigung oder einer eventuellen Verschiebung der nichtbelasteten Zähne nicht bemerkt
Aus der FR-Patentschrift 7 00 048 ist eine Anordnung zur Messung der Spannung von Klaviersaiten oder dergl. bekannt, bei der an den Enden eines U-förmigen Bügels zwei Lagerpunkte angebracht sind, deren Kanten von oben gegen die Saite gelegt werden. In der Mitte des §ügels ist ein Dynamometer vorgesehen, mit dem über eine von unten an die Saite drückende Schneidkante eine durch einen Zeiger wiedergegebene Kraft ausgeübt wird. Die Auslenkung der Saite wird durch die Auslenkung eines mit der nach oben drückenden Schneidkante verbundenen weiteren Zei- is gers angegeben. Mittels einer Schraube wird zur Veränderung der ausgeübten Kraft eine Feder zusammengedrückt Eine derartige Meßvorrichtung ist nur in sehr beschränktem Rahmen, nämlich für die Messung der Auslenkung von drahtförmigen Gegenständen oder dergl. anwendbar. Insbesondere ist eine eindeutige und fixierte Abstützung der beiden Enden erforderlich, die in vielen Fällen nicht gegeben ist
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Messungen durch einfaches Aufsetzen an jedem beliebigen Ort möglich sind, wobei auch eine gewisse Vorbelastung berücksichtigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rahmen als Gehäuse ausgebildet ist, daß die Abstützeinrichtung aus einem oder zwei Meßstäben besteht, die/der zum ersten Meßstab parallel sind/ist und im Gehäuse mit einer gegenüber der Meßkraft vernachlässigbar geringen Rückstellkraft derart geführt sind/ist, daß sie/er an festen Bezugspunkten bzw. an einem festen Bezugspunkt anliegen/anliegt
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung zeichnet sich durch besonders einfache und vielfältige Anwendung aus. Es ist außerdem möglich, Wegänderungen zu messen, die auftreten, wenn auf das zu messende Objekt eine Kraft ausgeübt wird, oder auch wenn das zu messende Objekt selbst eine Kraft entwickelt, wie dies beispielsweise bei Muskeluntersuchungen der Fall ist.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung.
In einem Gehäuse 1 ist angeordnet eine auf Zug und/oder auf Druck beanspruchbare Feder 2, die vorzugsweise austauschbar angeordnet ist und gegen eine vorzugsweise gleichlange Feder mit anderer Kennlinie austauschbar ist Diese Feder 2 ist einmal mit so dem Gehäuse 1 und zum anderen mit einem ersten Meßstab 3 verbunden. Dieser Meßstab 2 steht mit seinem anderen Ende in Verbindung mit dem zu messenden Objekt 4.
Am ersten Meßstab 3 ist vorgesehen ein erster Geber 5, 6, wobei es sich im gezeigten Beispiel um einen induktiven Geber handelt, dessen Spule 6 gehäusefest ist und dessen Kern 5 auf dem Meßstab 3 angeordnet ist. Anstelle eines induktiven Gebers kann auch ein kapazitiver Geber vorgesehen sc;n.
Im Gehäuse 1 ist weiterhin vorgesehen ein zweiter Meßstab 7, der im Gehäuse 1 mit nur einer sehr geringen Rückstellkraft gehalten bzw. geführt ist Zwischen dem ersten Meßstab 3 und dem zweiten Meßstab 7 ist ein zweiter Geber 8, 9 vorgesehen. Bei dem zweiten Geber 8, 9 handelt es sich im gezeigten Beispiel ebenfalls um einen induktiven Geber, wobei die SDule 9 starr mit dem ersten Meßstab 3 verbunden ist und sich der Kern 8 auf dem zweiten Meßstab 7 befindet Der Meßstab 7 wird.bezüglich des Gehäuses 1 gehalten durch zwei relativ weiche Federn 10 und 11. Die Kraft der Federn 10, 11 ist, gleiche Auslenkung vorausgesetzt vernachlässigbar gering gegenüber der Kraft der Feder 2.
Der zweite Meßstab 7 stützt sich ab an einem Bezugspunkt 12, welcher gegenüber dem zu messenden Objekt 4 fest ist
Wie schon beim ersten Geber 5,6 erwähnt, kann auch der zweite Geber 8,9 ein kapazitiver Geber sein.
Im Gehäuse 1 ist weiterhin angeordnet ein dritter Meßstab 13, zusammen mit einem dritten Geber 14, IS. Der dritte Meßstab 13 wird bezüglich des Gehäuses 1 gehalten durch weiche Federn 16,17.
Die Teile 13 bis 17 sind identisch mit den Teilen 7 bis 11. Die beiden Spulen 9 und 15 sind miteinander und mit dem Stab 3 über ein starres Verbindungsteil 18 verbunden. Die starre Verbindung zwischen dem Verbindungsteil 18 und dem ersten Meöstab 3 ist lösbar ausgebildet, so daß nach Lösen dieser Verbindung eine bestimmte Justiermöglichkeit gegeben ist Zu erwähnen ist noch, daß sich der dritte Meßstab 13 an einem Bezugspunkt 19 bestützt der relativ zum Meßobjekt 4 fest ist
Mit der Meßvorrichtung können beispielsweise folgende Messungen ausgeführt werden: Ein Ende eines zu messenden Muskels ist mit dem vorderen Ende des ersten Meßstabs 3 verbunden. Das andere Ende des Muskels liegt an einem ortsfesten Punkt der starr verbunden ist mit den festen Bezugspunkten 12 und 19. Um dem Muskel eine bestimmte Vordehnung zu geben, wird das Gehäuse 1 vom Muskel wegbewegt, so daß die Feder 2 teilweise gespannt wird. Die Spannung der Feder 2 und damit die auf den Muskel ausgeübte Kraft wird über den Geber 5, 6 gemessen. Bei dieser Kraft findet gleichzeitig eine Längenänderung des Muskels statt die sich in einer Verschiebung des Meßstabes 3 relativ zu den Meßstäben 7 und 13 auswirkt. Diese Längenänderung des Muskels, die allerdings für die Messung der auxotonischen Kontraktion des Muskels von sekundärer Bedeutung ist, kann gemessen werden über die Geber 8,9 und 14,15.
Nach Aufbringen dieser Vordehnung auf den Muskel kann nunmehr dessen auxotonische Kontraktion gemessen werden. Der Muskel übt hierbei eine Kraft aus, wobei er sich gleichzeitig zusammenzieht. Diese Kraft und die gleichzeitige Veränderung der Länge des Muskels wird vom ersten Meßstab 3 aufgenommen, und somit an die Feder 2 weitergegeben. Die Verlängerung der Feder 2 ist das Maß der vom Muskel aufgebrachten Kraft, die gemessen werden kann über den Geber 5, 6. Die hierbei auftretende Wegänderung wird erfaßt über die Geber 8,9 und 14,15.
Bei Messungen der Atembewegungen des Thorax wird der Meßstab 3 auf den Thorax aufgesetzt, während die Meßstäbe 7 und 13 sich auf ortsfesten Bezugspunkten abstützen, die fest verbunden sind mit der Auflagefläche, auf welcher der Thorax liegt. Entsprechend dem Andruck, der auf das Gehäuse 1 ausgeübt wird, wird der Thorax mit einer Kraft vorbelastet, wobei diese Vorlast sich in einem Zusammendrücken der Feder 2 auswirkt. Die bei der Atembewegung des Thorax entstehenden Kräfte werden über den Geber 5, 6 gemessen, während die Wegänderungen, d. h, das Ausdehnen und Zusammenziehen des Thorax über die Geber 8,9 bzw. 14,15 gemessen werden.
Bei der Messung der Zahnbeweelichkeit wird der
Meßstab 3 auf dem zu messenden Zahn aufgesetzt, während sich die Meßstäbe 7 und 13 auf den benachbarten Zähnen abstützen. Ein auf das Gehäuse 1 ausgeübter Druck, der dann auch am zu messenden Zahn liegt, führt zu einem Zusammenpressen der Feder 2, wobei diese Kraft über den Geber 5,6 gemessen wird. Die hierbei auftretende Ausweichbewegung des Zahnes kann gemessen werden über die Geber 8, 9 und 14, 15. Im gezeigten Beispiel stellt die Linie 4 den zu messenden Zahn dar, während die Linien 12 und 19 die Nachbarzähne darstellen, die als feste Bezugspunkte relativ zum Zahn 4 dienen.
Mit dem Gerät sind jeweils Messungen möglich, bei denen die Meßvorrichtung von Hand gehalten wird. Fehlmessungen bei der Wegmessung infolge eines Verkantens der Meßvorrichtung können ausgeglichen werden bei Verwendung von zwei Weggebern 8,9 bzw. 14, 15. Die Signale dieser beiden Weggeber werden in eine Delta-Schaltung gegeben, deren Mittelwertbildung den genauen Wert der Wegänderung ergibt.
Soll eine bestimmte Vordehnung oder eine bestimmte Vorlast auf das Meßobjekt aufgebracht werden, findet üblicherweise eine Relativbewegung zwischen dem Meßstab 3 und den Meßstäben 7 und 13 statt. Um diese Relativbewegung bei der eigentlichen Messung auszugleichen, kann das Verbindungsteil 18 relativ zum ersten Meßstab 3 längs des Meßstabes 3 verschoben werden entsprechend der Wegänderung bei der Vordehnung oder der Vorlast.
Ist die Feder 2 relativ steif ausgeführt, ist es mit der beschriebenen Vorrichtung möglich, auch isometrische Kontraktionen des Muskels zu messen.
ίο Die Meßvorrichtung ist überall dort angebracht, wo am Meßobjekt wirkende Kräfte oder vom Meßobjekt aufgebrachte Kräfte zu einer zur jeweiligen Ki aft nicht proportionalen Wegänderung führen. Die Meßvorrichtung ist insbesondere dort angebracht, wo die Wegänderungen infolge einer am Meßobjekt wirkenden Kraft oder einer vom Meßobjekt aufgebrachten Kraft zeitlich verschoben oder gedehnt gegenüber dem Beginn des Auftretens der Kraft verlaufen. Von großem Vorteil sind die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der Vorrichtung, wobei Messungen mit der Vorrichtung von der freien Hand aus ausgeführt werden können. Hierbei sind Messungen möglich, wo die Feder 2 entweder auf Druck oder auf Zug beansprucht ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Messung des Weges eines Meßobjektes bei einer am Meßobjekt wirkenden Kraft und zur Messung dieser Kraft, mit einer Feder, die sich einerseits an einem Rahmen, andererseits an einem Meßstab abstützt, der zur Anlage etc. am Meßobjekt ausgebildet ist, mit einem ersten Geber zur Messung der an der Feder wirkenden Kraft und einem zweiten Geber zur Messung der Relativbewegung zwischen dem Meßstab und einer hierzu parallelen Abstützeinrichtung, beispielsweise bei Muskeluntersuchungen zur Messung auxotonischer Kontraktionen und bei Zahnbeweglichkeitsuntersuchungen zur Messung der Zahnbewegung in Abhängigkeit einer auf den Zahn wirkenden Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen als -Gehäuse (1) ausgebildet ist, daß die Abstützeinrichtung aus einem oder zwei Meßstäben (7, 13) besteht, die/der zum ersten Meßstab (3) parallel sind/ist und im Gehäuse (1) mit einer gegenüber der Meßkraft vernachlässigbar geringen Rückstellkraft derart geführt sind/ist, daß sie/er an festen Bezugspunkten (12, 19) bzw. an einem festen Bezugspunkt anliegen/anliegt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Geber ein induktiver Geber (8,9) ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (9) mit dem ersten Meßstab (3) und der Kern (8) mit dem zweiten Meßstab (7) verbunden ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Geber ein induktiver Geber (8,9) ist, dessen eine Seite mit dem ersten Meßstab (3) und dessen andere Seite mit dem zweiten Meßstab (7) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Meßstab (7) durch mindestens eine Feder (10, 11) am Gehäuse (1) gehalten wird, deren Kraft gegenüber der an der mit dem ersten Meßstab (3) verbundenen Feder (2) wirkenden Kraft bei gleichen Wegen der Meßstäbe (3,7) vernachlässigbar gering ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Geber ein induktiver Geber (S, 6) ist
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (6) mit dem Gehäuse (1) und der Kern (5) mit dem ersten Meßstab (3) verbunden ist
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Geber ein induktiver Geber (5,6) ist, dessen eine Seite mit dem Gehäuse (1) und dessen andere Seite mit dem ersten Meßstab (3) verbunden ist
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum zweiten Geber (8,9) gleichartiger dritter Geber (14,15) und ein zum zweiten Meßstab (7) gleichartiger dritter Meßstab (13) vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite (7) und der dritte Meßstab (13) beidseits des ersten Meßstabs (3) angeordnet sind.
U. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände des zweiten (7) und des dritten (13) zum ersten Meßstab (3) gleich sind.
IZ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das den ersten Meßstab (3) mit dem zweiten (8, 9) bzw. dritten Geber (14,15) verbindende Teil (18) längs des ersten Meßstabes (3) verschieb- und feststellbar angeordnet ist
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem ersten Meßstab (3) verbundene Feder (2) austauschbar im Gehäuse (1) angeordnet ist
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