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Vorrichtung zum Positionieren und Festhalten eines
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Teststreifens für optisch-medizinische Messungen Zusatz zur Patentanmeldung
P 30 11 223.3.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren und Festhalten
eines Teststreifens für optischmedizinische Messungen.
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Wie im Hauptpatent dargelegt, ist die genaue Positionierung eines
medizinischen Teststreifens in dem entsprechenden Auswertegerät, üblicherweise einem
Remissionsphotometer, von entscheidender Bedeutung für die Genauigkeit der Auswertung
des Teststreifens. Das Testfeld des Teststreifens muß in Längsrichtung korrekt unter
dem Fenster der Meßoptik liegen, besonders wichtig ist aber, daß der Abstand zwischen
der Oberfläche des Meßfeldes und dem Photoempfänger bei jeder Messung mit größter
Genauigkeit reproduziert wird. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich dabei aus
der Tatsache, daß nach Möglichkeit Teststreifen von verschiedenen Herstellern und
für verschiedene medizinische Parameter mit einem Gerät gemessen werden sollen.
Diese Teststreifen können sich in ihrer Dicke im Bereich des Testfeldes erheblich
unterscheiden. Bei den bekannten Einrichtungen der eingangs beschriebenen Art ist
der Anpressdruck des Teststreifens bei verschiedenen Teststreifendicken stark unterschiedlich.
Es hat sich nun herausgestellt, daß durch diesen verschiedenen Anpressdruck der
Abstand
zwischen Testfeldoberfläche und Photoempfänger so stark
beeinflußt wird, daß Teststreifen verschiedener Dicke nicht mit ausreichender Genauigkeit
in einem Gerät gemessen werden können.
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Aufgabe dervorliegenden Erfindung ist es daher, in weiterer konstruktiver
Ausgestaltung der Erfindung nach dem Hauptpatent die Positionierung von Teststreifen
für optisch-medizinische Messungen noch weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale.
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Die erfindungsgemäß zwischen dem Kolben zum Anpressen des Teststreifens
gegen das Fenster der Meßoptik und der Federung, die den entsprechenden Anpressdruck
erzeugt, eingefügte Nockenscheibe bildet, wie bereits im Hauptpatent erwähnt, eine
Hebelübertragung, die vorteilhaft so ausgestaltet werden kann, daß ein weitgehend
gleicher Druck des Kolbens auf den Teststreifen unabhängig von dessen Dicke erreicht
wird. Durch die Anordnung des den Andrückkolben betätigenden Nockens der Nockenscheibe,
des Anlenkpunktes der Feder an der Nockenscheibe und der Schwenkachse der Feder
auf der von der Nockenscheibe abgewandten Seite, jeweils relativ zur Achse der Nockenscheibe
und zur Führung des Kolbens, werden die Hebelverhältnisse festgelegt, die die Kraftübertragung
zwischen der Feder und dem Andrückkolben bestimmen.
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Wie weiter unten im einzelnen dargelegt wird, ändern sich diese Hebelverhältnisse,
wenn der Andrückkolben beim Anliegen an Teststreifen verschiedener Dicke verschiedene
Positionen einnimmt und demzufolge die entsprechenden Drehstellungen der Nockenscheibe
ebenfalls verschieden sind.
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Die je nach Teststreifendicke unterschiedlichen Stellungen des den
Teststreifen andrückenden Kolbens haben andererseits zwangsläufig verschiedene Auslenkungen
der Feder und damit unterschiedliche Federkräfte zur Folge. Erfindungsgemäß sind
nun die Federdaten einerseits und die Dimensionierung der erwähnten Bauteile andererseits
so ausgelegt, daß sich die erwähnten Hebelverhältnisse und die Kraft der Feder näherungsweise
reziprok zueinander ändern, wenn die Nockenscheibe bei verschiedenen Teststreifendicken
in der Andrückposition verschiedene Drehstellungen einnimmt. Durch die erfindungsgemäße
Könstruktion wird ein von der Teststreifendicke nahezu unabhängiger Anpressdruck
erreicht, wobei gleichzeitig eine raumsparende und kostengünstige Bauweise möglich
ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung schließt
der Schwenkbereich der Nockenscheibe eine Stellung ein, in welcher die Achse des
Anlenkpunktes der Feder an der Nockenscheibe, die Nockenscheibeachse und die Schwenkachse
der Feder auf der von der Nockenscheibe abgewandten Seite in einer Ebene liegen.
In dieser Stellung ist die Feder maximal gespannt, d.h.
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es handelt sich um den Scheitelpunkt des Schwenkbereiches.
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Bei Verschwenken der Nockenscheibe in beide Richtungen vom Scheitelpunkt
aus entspannt sich die Feder, wobei in der Praxis zum Andrücken des Teststreifens
die Nockenscheibe durch geeignete Mittel, beispielsweise den Teststreifen selbst,
oder durch einen entsprechenden im Gerät untergebrachten Antrieb aus einer auf einer
ersten Seite des Scheitelpunktes liegenden Stellung des Schwenkbereiches gegen die
Kraft der Feder auf den Scheitelpunkt zubewegt wird. Wenn der Scheitelpunkt überwunden
ist, entspannt sich die Feder wieder, so daß die Nockenscheibe auf der zweiten Seite
des Schwenkbereiches ein Schwenkmoment vom Scheitelpunkt
weg durch
die Feder erhält. Bevorzugt ist nun die Kraftübertragung zwischen der Nockenscheibe
und dem Andrückkolben so dimensioniert, daß der Kolben in der dem Scheitelpunkt
der Nockenscheibe entsprechenden Stellung vom dicksten zu messenden Teststreifen
noch einen Abstand hat. Es besteht also in der Scheitelpunktstellung auch für sehr
dicke Teststreifen noch ein Spielraum zwischen dem Andrückkolben und dem Streifen.
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Dadurch wird erreicht, daß die Schwenkbewegung der Nockenscheibe nach
Überwindung des Scheitelpunktes durch die Feder getrieben weiter abläuft, bis der
erwähnte Spielraum vom Kolben zurückgelegt ist und der Kolben an dem Teststreifen
anliegt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird wiederum eine weitgehende Gleichheit
des Anpressdruckes auf verschieden dicke Teststreifen erreicht.
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Gemäß Anspruch 4 der Hauptanmeldung ist die Nockenscheibe bevorzugt
durch den Teststreifen selbst betätigbar. Der Teststreifen wird in der Praxis in
die Aufnahmeöffnung eingeführt, bis er an eine entsprechende Anlagefläche der Nockenscheibe
anstößt. Beim weiteren Einführen des Teststreifens in die Aufnahmeöffnung wird die
Nockenscheibe bevorzugt gegen die Kraft der Feder auf den Scheitelpunkt zubewegt.
Besonders vorteilhaft ist es nun, wenn die Anordnung des Teststreifenanschlags am
inneren Ende der Aufnahmeöffnung und die Hebelverhältnisse der Nockenscheibe so
dimensioniert sind, daß bei Anliegen des Teststreifens an dem Anschlag die Nockenscheibe
über den Scheitelpunkt des Schwenkbereiches hinaus verschwenkt ist. Diese Maßnahme
hat zur Folge, daß die Schwenkbewegung der Nockenscheibe durch die Kraft der Feder
getrieben selbsttätig weiter abläuft, wenn die Einführung des Teststreifens in die
Aufnahmeöffnung becndet ist und der Teststreifen am Anschlag
anliegt.
Der eingeführte Teststreifen ist in diesem Moment aufgrund des oben erwähnten Spielraums
noch frei, während die Nockenscheibe eine rasch ablaufende Schnappbewegung durchläuft.
Diese Schnappbewegung endet, wenn der Kolben an dem Teststreifen anliegt.
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Der Hauptvorteil einer derartigen Konstruktion besteht darin, daß
der Teststreifen besonders leicht in das Gerät einführbar ist, kein gesonderter
Antrieb für den Andruckmechanismus des Teststreifens notwendig ist und der Teststreifen
auch in seiner Längsposition sehr genau festgelegt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dient der Rückstellung
der Andrückmechanik aus der Andrückstellung in die Ruhestellung. Gemäß dieser Ausführungsform
ist das Gehäuse zum Herausnehmen des Teststreifens in Längsrichtung beweglich. Beim
Bewegen des Gehäuses wird die Nockenscheibe, bevorzugt über einen zusätzlichen Nocken,
mit einem entsprechenden ortsfesten Bauteil des Meßgerätes, beispielsweise eine
im Verschiebeweg des erwähnten Nocken befindlichen Klinke, dergestalt zusammen,
daß beim Bewegen des Gehäuses entgegen der Einschubrichtung des Teststreifens, üblicherweise
also beim Herausziehen des Gehäuses der Positionierungsvorrichtung aus dem Meßgerät,
die Nockenscheibe aus der Andrückstellung in die Ruhestellung zurückgeschwenkt wird.
Diese Ausführungsform erlaubt ein besonders einfaches Entnehmen des Teststreifens
aus dem Meßgerät. Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei Kombination mit der erwähnten
Betätigung der Nockenscheibe durch den Teststreifen. In diesem Fall wird nämlich
der Teststreifen durch die Nockenscheibe über deren Anlagefläche in der Aufnahmeöffnung
ein Stück nach außen verschoben, so daß er anschließend besonders leicht entnommen
werden kann. Der gleiche Vorteil wird auch erreicht, wenn die Nockenscheibe durch
einen geeigneten Antrieb zurückschwenkbar ausgestaltet ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - eine erfindungsgemäße
Vorrichtung in einer schematisierten Seitenansicht mit abgenommenen Deckel Figur
2 - eine geometrische Prinzipdarstellung zur Erläuterung der in verschiedenen Stellungen
der Nockenscheibe herrschenden Hebel- und Abmessungsverhältnisse.
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Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der sich der
Andruckmechanismus für den Teststreifen in der Ruhestellung befindet. In einem Gehäuse
(20) ist an der Seite (21), die dem nicht näher gezeigten Photoempfänger zugewandt
ist, die Aufnahmeöffnung (2) £r den Teststreifen (1) angeordnet. Die Aufnahmeöffnung
ist etwa rechteckigen Querschnitts und entspricht in ihrer Form im wesentlichen
der Form der einzusetzenden Teststreifen. Nach außen hin ist die Öffnung durch die
Wand (22) begrenzt, während zur Innenseite ein Einsatz (23) vorgesehen ist, der
gleichzeitig in seinem in der Mitte des Gehäuses (20) liegenden Ende den Andrückkolben
(9) aufnimmt. In der Wandung (22) des Gehäuses (20) ist das Fenster (10) vorgesehen,
in dessen Bereich das Testfeld (14) des Teststreifens (1) bei voll eingeführtem
Teststreifen liegen soll. Für diese Positionierung des Teststreifens (1) ist am
inneren Ende (13) der Aufnahme-Öffnung (2) der Anschlag (3) vorgesehen, der sich
auf beiden Seiten der Nockenscheibe erstreckt, wobei in der Figur nur der hinter
der Nockenscheibe liegende Teil gestrichelt dargestellt ist. Bei der üblichen Ausführungsform
der Vorrichtung liegt der Anschlag (3) etwa 6 mm von der Mitte des Testfelds (14).
Bei diesem Abstand kommt das Testfeld direkt unter dem Fenster zu liegen.
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Die Nockenscheibe (6) ist um die Achse (7) drehbar am Gehäuse befestigt.
Sie besitzt den Nocken (8), der unmittelbar am Kolben (9) angreift. Außerdem ist
über eine gelenkige Verbindung (24) die Druckfeder (5) an der Nockenscheibe (6)
befestigt. Das andere Ende der Druckfeder (5) ist an der Schwenkachse (25) am Gehäuse
angelenkt. Die Achse (7) der Nockenscheibe (6) und die Schwenkachse (25) liegen
in der gleichen Ebene.
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Die Nockenscheibe (6) ist seitlich, also zum Teststreifen (1) hin,
mit einer Kontaktfläche (26) versehen, die bei geöffneter Stellung der Vorrichtung,
d.h. in der gezeichneten Ruhestellung bis vor das Fenster (10) ragt. Während des
Einführvorganges des Teststreifens (1) in die Öffnung (2) kommt das Ende des Teststreifens
an der Kontaktfläche (26) zum Anliegen. Bei einem weiteren Einführen des Teststreifens
(1) in die Öffnung (2) wird die Nockenscheibe (6) um ihre Achse (7) im Uhrzeigersinn
gedreht. Bei dieser Drehbewegung wird die Feder (5) zunächst gespannt, bis die Achse
(7), die gelenkige Verbindung (24) und die Schwenkachse (25) in seitlicher Darstellung
gemäß der Figur auf einer Geraden liegen.
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Räumlich betrachtet-liegen die drei im wesentlichen parallel zueinander
verlaufenden Achsen (7), (24), (25) dann in einer Ebene. Diese Stellung ist der
Scheitelpunkt der Schwenkbewegung der Nockenscheibe. Statt der dargestellten Druckfeder
kann selbstverständlich auch eine Zugfeder verwendet werden, die dann beispielsweise
bei einer im übrigen der dargestellten Ausführungsform entsprechenden Konstruktion
ihre Schwenkachse (25) links von der gelenkigen Verbindung (24) in Figur 1 haben
müsste.
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Während des zuvor beschriebenen ersten Teils der Drehbewegung der
Nockenscheibe hat der Nocken (8) einen möglicherweise zwischen ihm und der Unterseite
des Andrückkolbens bestehenden Spielraum durchlaufen und liegt jetzt an der Unterseite
des Kolbens an. Der
Kolben ist auch bereits etwas nach oben gedrückt
worden, jedoch noch nicht in den Bereich der Aufnahmeöffnung eingedrungen. Wenn
die Nockenscheibe (6) im Scheitelpunkt steht, steht die Kontaktfläche (26) noch
ein wenig gegenüber dem Anschlag (3) nach links in Figur 1 hervor. Beim weiteren
Einführen des Teststreifens kommt dieser am Anschlag (3) zum Anliegen, wodurch seine
Längsposition festgelegt ist. In diesem Moment hat die Nockenscheibe (6) den Scheitelpunkt
überwunden und führt, getrieben durch die Kraft der Feder (5) eine Schnappbewegung
aus, bei der der Teststreifen festgeklemmt wird.
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Die Höhe des Kolbens (9) -und die Hebelverhältnisse der Nockenscheibe
sind dabei so eingerichtet, daß der Kolben auch bei sehr dicken Teststreifen (1)
nicht sofort an der Rückseite des Teststreifens'anliegt. Vielmehr soll die Nockenscheibe
(6) vor dem Anliegen am Teststreifen soweit verschwenkt sein, daß die durch die
weiter unten näher beschriebene Hebelübersetzung auf den Kolben übertragene Kraft
der Feder ausreicht, um den Teststreifen zuverlässig festzuhalten.
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Das Gehäuse (20) der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bevorzugt in
einem in der Figur nicht dargestellten Gleitlager in Längsrichtung gemäß dem Doppelpfeil
(18) beweglich gelagert. Das Gehäuse (20) wird zum Messen nach rechts in Fig. 1
bewegt, wobei der Nocken (11) der Nockenscheibe (6) über eine um eine Achse (16)
schwenkbare Klinke (17) gleitet, welche dabei im Uhrzeigersinn verschwenkt wird.
Danach fällt die Klinke (17) in die in der Figur dargestellte Stellung zurück und
ist gegen Verdrehen entgegen dem Uhrzeigersinn gesichert. Zum Auswerfen des Teststreifens
(1) wird das ganze Gehäuse in der Zeichnung nach links bewegt, bis der Nocken (11)
der Nockenscheibe mit der rechten Kante der Klinke (17) zum Eingriff kommt. Bei
weiterer Bewegung des Gehäuses (20)-nach links wird dadurch die Nockenscheibe (6)
entgegen dem Uhrzeigersinn zurückgeschwenkt, wobei sich der Andrückkolben (9) von
der Rückseite (15) des Teststreifens (1) löst und der Teststreifen von der Kontaktfläche
(26)
in der Aufnahmeöffnung (2) nach links verschoben wird. Der Teststreifen ist danach
besondere bequem aus der Meßvorrichtung zu entnehmen.
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Der Nocken (11) betätigt beim Schwenken der Nockenscheibe auch einen
Schalter (12) zum Ein- und Ausschalten des optischen Meßgerätes.
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Figur 2 zeigt in einer geometrischen Schemadarstellung die an der
Nockenscheibe wirkenden Hebel in zwei verschiedenen Nockenscheibenstellungen, wobei
die erste Stellung durch durchgezogene Linien, die zweite Stellung gestrichelt dargestellt
ist. In der ersten Stellung hat die Nockenscheibe bei ihrer Schnappbewegung in die
Andrückstellung gerade den Scheitelpunkt überwunden, die zweite Stellung entspricht
der Andrückstellung bei einem verhältnismäßig dünnen Teststreifen. Die Zeichnung
soll das Prinzip der wirkenden llebelverhältnisse verdeutlichen und ist nicht maßstäblich
zu verstehen.
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Die Nockenscheibe stellt verallgemeinert eine hebeleinrichtung mit
den beiden Hebeln A und B dar. Zwischen beiden l-Iebeln befindet sich die Hebelachse
(7'), I)em Betätigungsnocken (8) entspricht der Umlenkpunkt (8'), von welchem die
Bewegung über die Obertragungsstange (30) und ein Gelenk (31) auf den in diesem
Fall als Druckplatte ausgebildeten und in senkrechter Richtung ge führten Kolben
(9') übertragen wird. Die Linie T-T markiert die Lage der Unterseite des dicksten
zu messenden Teststreilells im an das Fenster der Optik angedrückten Zustand.
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An der gelenkigen Verbindung (24') ist die Feder (5') angelenkt, deren
anderes Ende um die Schwenkachse(25') schwenkbar gelagert ist.
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Zur Berechnung der auf die Andruckplatte (9') wirkenden Kraft müssen
die wirksamen Hebel längen der Hebel A und B eingesetzt werden. Dies sind die Projektionen
dieser
Hebel senkrecht auf die wirkenden Kräfte. In der Zeichnung
sind diese Hebellängen mit folgenden Bezugszeichen versehen: b 1: wirksamer Krafthebel
B in der ersten Stellung b 2: wirksamer Krafthebel B in der zweiten Stellung a 1:
wirksamer Krafthebel A in der ersten Stellung a 2: wirksamer Krafthebel A in der
zweiten Stellung Die von der Feder au!sgehende Kraft F ergibt sich als Produkt des
Federwegs s und der Federrate c. Die Feder ist vorgespannt, der'Federweg s berechnet
sich als Differenz der Länge der Feder im entspannten Zustand Lo und der Federlänge
in der jeweiligen Stellung 1.
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Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind die Hebellängen a und b und die
Federlängen 1 je nach Stellung der Nockenscheibe bzw. der hier schematisch dargestellten
Hebeleinrichtung verschieden. Nach Überwinden des Scheitelpunktes nimmt in Uhrzeigerrichtung
die Hebellänge b zu, während die Hebellänge a abnimmt. Dadurch wird die Hebelübersetzung
der Federkraft auf die Andruckplatte (9') immer größer. Gleichzeitig nimmt die Kraft'der
Feder wegen deren zunehmender Ausdehnung ab. Der Fachmann kann nun die Abmessungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung so dimensionieren, daß sich diese beiden gegenläufigen
Effekte nahezu kompensieren und damit über einen gewissen Schwenkbereich die auf
die Andruckplatte und damit auf den Teststreifen wirkende Kraft nahezu konstant
bleibt. Für eine Feder der entspannten Länge Lo = 18,3 mm und der Federrate 0,01
Newton (N)/mm zeigt Tabelle 1 beispielhaft dieses vorteilhafte Ergebnis.
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Tabelle 1
| Teststrei- Feder- Federweg Federkraft a b Druck auf Test- |
| fendicke länge 1 s=Lo-1 F=c.s mm mm streifen |
| fendicke länge 1 s=Lo-l F=c.s mm mm streifen |
| mm mm mm N P=F.b |
| mm mm mm N P=F.b/a |
| N |
| 0,3 12,44 5,86 0,586 5,1 11,-8 1,3558 |
| 0,4 12,22 6,08 0,608 5,2 11,6 1,3563 |
| 0,5 11,98 6,32 0,632 5,25 11,5 1,3843 |
| 0,6 11,78 6,52 0,652 5,3 11,3 1,3901 |
| 0,7 11,58 6,72 0,672 5,35 11 1,3816 |
| 0,8 11,3 7,00 0,700 5,4 10,7 1,387 |
| 0,9 11,1 7,2 0,720 5,45 10,4 1,3739 |
| 1,0 10,9 7,4 0,740 5,5 10,2 1,3723 |
| 1,1 10,75 7,55 0,755 5,55 9,9 1,3467 |
Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, beträgt die Federkraft bei einer Teststreifendicke
von 0,3 mm 0,586 N, bei einer Teststreifendicke von 1,1 mm 0,755 N. 1)ie Federkraft
ist also bei einem sehr dicken Teststreifen nahezu 30 % größer als bei einem sehr
dünnen Teststreifen. Dagegen ändert sich wegen der reziproken Änderung der Hebelverhältnisse
der Druck auf den Teststreifen in weit geringerem Ausmaß. Er erreicht im in Tabelle
1 dargestellten Ausführungsbeispiel bei mittleren Teststreifendicken einen Maximalwert,
der sich jedoch nur um weniger als 4 t vom geringsten Wert unterscheidet.
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Während der erstgenannte Kraftunterschied, wie die Erfahrung zeigt,
zu einer erheblichen Ungenauigkeit des Meßergebnisses bei der optischen Auswertung
des Teststreifens führt, wird durch die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbleibenden
geringen Druckunterschiede das Meßergebnis nur geringfügig verfälscht.
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Bezugszeichenliste 1 Teststreifen 2 Aufnahmeöffnung 3 Anschlag für
1 5 Druckfeder 6 Nockenscheibe 7 Achse von 6 8 Nocken von 6 9 Kolben 10 Fenster
11 weiterer Nocken (für 12) 12 Schalter des optischen Meßgeräts 13 inneres Ende
von 2 14 Testfeld von 1 15 Rückseite von 1 16 Achse von 12 17 Klinke 18 Pfeil 20
Gehäuse 21 dem Photoempfänger zugewandte Seite von 20 22 Wand von 2 23 Einsatz (nimmt
Kolben auf) 24 Geienkige Verbindung (Anlenkpunkt) 25 Schwenkachse für 5 26 Kontaktfläche
von 6 30 Übertragungsstange 31 Gelenk 7' llebelachse 8' Umlenkpunkt 9' Druckplatte
24' gelenkige Verbindung
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