DE4139697C2 - Vorrichtung zur Prüfung und Vermessung von Matratzen, Polstern oder ähnlichen flächig-elastischen Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung und Vermessung von Matratzen, Polstern und ähnlichen flächig-elastischen Gegenständen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2 und dient der Feststellung des Zustandes der vorstehend genannten Gegenstände, insbesondere nach längerem Gebrauch.

Es ist bekannt, daß z. B. Federkernmatratzen trotz aufwendiger innerer Konstruktion und dem Einsatz spezieller Materialien hinsichtlich ihrer, über die Fläche verteilten elastischen Eigenschaften einem irreversiblen Alterungsprozeß unterliegen.

Zur Verbesserung der Alterungsbeständigkeit wurden daher zuneh­ mend Matratzen auf Latexbasis eingesetzt, wobei allerdings auch hier durch Zersetzungsreaktionen des verwendeten Mate­ rials über einen längeren Zeitraum sich die Feder- und Qualitätseigenschaften in kaum zu beeinflussendem Umfang ändern.

Da die Eigenschaftsänderung jeweils von der konkreten Bela­ stungshäufigkeit und Stärke, beispielsweise dem Körpergewicht des Benutzers abhängen, ist es zur Gewährleistung eines aus­ reichenden Komforts z. B. in Hotels üblich, die Matratze turnusmäßig auszutauschen.

Dieser Austausch ist insbesondere dadurch unökonomisch, da der jeweilige einzelne konkrete Zustand der Matratze nicht erkannt und berücksichtigt wird. Ein vorzeitiger Verschleiß mit den daraus resultierenden Nachteilen für das Wohlbefinden des Nutzers kann nicht erkannt werden. Auch ist es nicht möglich, noch qualitativ hochwertige Matratzen mit entsprechenden Soll­ eigenschaften zu erkennen, und diese bis zur Grenznutzungs­ dauer einzusetzen.

Im individuellen Haushalt, so haben Untersuchungen ergeben, wird dem Schlafkomfort nur unzureichend Bedeutung beigemessen.

Dies führt dazu, daß Schlaf- bzw. Schlafrhythmusstörungen, deren Ursache unter anderem in einer falschen Matratzenaus­ wahl oder in einem Verschleiß selbiger liegen können, nicht mit den geeigneten Mitteln begegnet wird.

Aus der GB 20 11 084 A ist ein System zum Testen der Festigkeit von Matratzen und ähnlichen Gegenständen bekannt. Hierbei wird mittels einer Preßplatte eine vorbestimmte Kraft auf die zu untersuchende Matratze aufgebracht, wobei die sich einstellende Relation zwischen der Preß- bzw. Druckkraft und der Bewegung der Platte, d. h. der Formveränderung des zu untersuchenden Gegenstandes, erfaßt und ausgewertet wird.

Die hierauf abgestellte Vorrichtung ist sehr kompakt und nur schwer ortsveränderlich, so daß zwar eine Prüfung der Eigenschaften von Matratzen im Herstellungsprozeß erfolgen kann, jedoch eine alterungsabhängige Erfassung der Matratzeneigen­ schaften am Einsatzort, z. B. in einem Hotel, nicht möglich ist. Des weiteren weist das System nach GB 20 11 084 A den Nachteil auf, daß nur die Festigkeitseigenschaften der Matratze unmittelbar unter dem Bereich der Preßplatte bestimmt werden können. Um einen größeren Bereich zu erfassen, wäre es erforderlich, den zu untersuchenden Gegenstand, nämlich die Matratze, relativ zur Preßplatte zu verschieben. Eine Erfassung der Eigenschaften der gesamten Fläche ist auf diese Weise aber außerordentlich schwierig, wobei erschwerend hinzukommt, daß die Verschiebekoordinaten manuell in eine entsprechende Speichereinrichtung eingegeben werden müssen, um sie dann zur jeweiligen Höhenveränderung aufgrund des Preßdruckes in Beziehung zu setzen.

Die DE 20 54 505 B2 offenbart eine Vorrichtung zur fortlau­ fenden Messung der Härte einer Probe.

Diese Vorrichtung ist auf einem Schlitten befestigt, welcher, bezogen auf den zu vermessenden Gegenstand bzw. die Probe, längs und/oder quer beweglich ist.

Des weiteren besitzt die Vorrichtung einen U-förmigen Hilfs­ rahmen, welcher ein- und ausfahrbar und damit ebenfalls be­ weglich ist. Der U-förmige Hilfsrahmen weist Arme auf, an denen ein Rad drehbeweglich befestigt ist. Dieses Rad besitzt zwei Kontaktknöpfe, hinter denen ein piezo-elektrischer Sensor angeordnet ist. Die Kontaktknöpfe liegen sich diametral gegenüber. Mittels des Rades und des U-förmigen Hilfsrahmens wird eine Kraft auf die zu untersuchende Oberfläche aufgebracht. Durch eine Auswertung der Verhältnisse der Signale der beiden piezo-elektrischen Sensoren kann die Härte der Probe, welche sich ständig verändert, erfaßt werden. Gegebenenfalls kann zur Bestimmung der Härte über einen größeren Bereich die Vorrichtung mittels des Schlittens bewegt werden.

Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist es zwar möglich, Proben oder Gegenstände mit relativ großer und sich ständig verändernder Härte zu untersuchen, jedoch können die Eigenschaften von Matratzen, Polstern oder ähnlichen elastisch-flächigen Gegenständen aufgrund ihrer speziellen Federeigenschaften nur außerordentlich unzureichend bestimmt werden. Des weiteren erfordert die Vorrichtung nach der DE 20 54 505 B2 eine aufwendige elektronische Auswerteeinrichtung mit nachgeschaltetem Vergleicher, um die Signale der beiden Sensoren in Beziehung setzen zu können.

Schließlich ist aus der DE 29 37 535 A1 ein Verfahren zum Messen der Eigenschaften des Bodens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorbekannt. Bei diesem vorbekannten Verfahren werden von einem Fahrzeug aus die zwischen dem Boden und dem Fahrzeug auftretenden Kräfte in drei Koordinatenrichtungen dynamisch gemessen, wobei zusätzlich zu den Kräften die Verschiebungen zwischen dem Boden und dem Fahrzeug in drei Koordinatenrichtungen dynamisch gemessen werden und wobei diese Meßwerte mit den Meßwerten der Kräfte kombiniert werden. Hierzu ist ein Kettenfahrzeug bekannt, daß an der (den) Kette(n) seitlich überstehende Meßeinrichtung zum Messen der Verschiebungen hat.

Es ist erkennbar, daß diese Druckschrift zwar eine Vorrichtung zur Prüfung und Vermessung der Eigenschaften des Bodens offenbart, dieses Anwendungsgebiet jedoch weit ab liegt von der gattungsgemäßen Vorrichtung und zum anderen der untersuchte Boden völlig andere Eigenschaften, insbesondere keine mit einer Matratze oder mit einem Polster vergleichbare Elastizität aufweist. Es ist jedoch aus dieser Druckschrift vorbekannt, eine Vorrichtung zur Erfassung der Elongation des Abtastarmes in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des Meßwagens vorzusehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Prüfung und Vermessung von Matratzen, Polstern oder ähnlich flächigen Gegenständen anzugeben, welche mit einfachen Mitteln eine effektive Zustandsuntersuchung des betreffenden Gegenstandes ermöglicht sowie im Ergebnis der Untersuchung Entscheidungskriterien ableitbar macht, welche es gestatten, eine weitere Verwendbarkeit oder einen erforderlichen Austausch des untersuchten Gegenstandes zu erkennen.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung sieht bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung vor, daß der Abtastarm mit einer verstellbaren Feder derart zusammenwirkt, daß sein freies Ende mit vor­ gegebener Kraft über die Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes eindrücken kann, und am gelenkig gelagerten Ende des Abtastarmes eine Vorrichtung zur Erfassung der Elongation des Abtastarmes in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des Meßwagens vorgesehen ist.

Eine alternative Lösung der Aufgabenstellung sieht bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung vor, daß der Abtastarm ein als Kern einer Spule ausgebildeter Stößel ist, der zum Aufbringen impulsartiger Kräfte auf die Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes beim Erregen der Spule vorgesehen ist und daß eine Vorrichtung zum Erfassen der Bewegung des Stößels sowie dessen Nachschwingen in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des Meßwagens vor­ gesehen ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf den zu vermessenden bzw. zu untersuchenden Gegenstand, beispielsweise eine handelsübliche Matratze, örtlich nacheinander über deren Oberfläche punktuell verteilt oder kontinuierlich eine vorgebbare Kraft aufgebracht und die jeweilige ortsbezogene kraftbedingte Verformung der Matratze bestimmt sowie gegebenenfalls aufgezeichnet.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, eine ortsgleiche Abtastung mit jeweils verschiedenen vorgegebenen Kräften durchzuführen, um die quasi dynamischen Elastizitäts- bzw. Feder­ eigenschaften der Matratze feststellen zu können.

Auch ist es nach der Erfindung möglich, impulsartige Kräfte auf verschiedene ausgewählte Oberflächenabschnitte, zweckmäßigerweise über eine Linie entlang der gesamten Matratzenlänge und/oder -breite verteilt aufzubringen, um insbesondere bei Federkernmatratzen das Nachlassen der schwingungsdämpfenden Wirkung zu erkennen.

Mit der Vorrichtung zur Prüfung und Vermessung von Matratzen, Polstern oder ähnlich elastisch-flächigen Gegenständen wird ein Meßwagen über möglichst eben ausgebildete Meßschienen mindestens längs der zu untersuchenden Matratze bewegt. Während des Bewe­ gungsvorganges wird in dem einen Fall über einen speziellen Abtastarm eine vorgegebene, je Meßvorgang konstante Kraft auf die Oberfläche der Matratze zur Einwirkung gebracht. Das aufgrund der Krafteinwirkung sich örtlich verändernde Höhenprofil wird erfaßt und z. B. mittels eines XY-Schreibers zur Aufzeichnung gebracht.

Durch eine Wiederholung des Meßvorgangs mit jeweils unter­ schiedlichen Kraftwerten kann eine quasi-dynamische Unter­ suchung der Matratze erfolgen.

Zweckmäßigerweise werden die Meßschienen annähernd mittig, bezogen auf die Matratzenbreite, angeordnet, so daß eine Un­ tersuchung in der Hauptbelastungszone bzw. Achse erfolgen kann.

Jedoch können insbesondere bei Doppelmatratzen die Meßschie­ nen auch an mehreren Punkten über die Matratzenbreite nachein­ ander angesetzt oder bewegt werden, um eine möglichst umfas­ sende zweidimensionale Abtastung zu ermöglichen. Zur Verein­ fachung der Handhabung der Vorrichtung ist es daher zweckmä­ ßig, die Meßschienen senkrecht zur Längsrichtung auf zwei wei­ teren Schienen beweglich anzuordnen.

Im Falle des Aufbringens einer impulsartigen Belastung wird der Abtastarm kurzzeitig, z. B. elektromagnetisch, erregt. Die Amplitude und der Dämpfungsverlauf des Impulses wird orts­ bezogen aufgezeichnet und anschließend ausgewertet.

Hierbei wird nach erfolgter Impulsauslösung und Aufzeichnung der Meßkopf in jeweils vorgegebenen, zweckmäßigerweise äqui­ distanten Schritten über die Oberfläche der Matratze bewegt, so daß auch hier eine ein- bzw. zweidimensionale Untersuchung möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein gewünschter Härtegrad einer Matratze im Zusammenwirken mit der zugehöri­ gen Matratzenunterlage nach objektiven Kriterien eingestellt werden. Eine derartige Einstellung kann nach einem vorgegebe­ nen aufgezeichneten Profil nach Bedarf wiederholt werden bzw. an ein verändertes Körpergewicht des Nutzers angepaßt werden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Nachfolgend wird ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung bzw. Vorrichtungen mittels Abbildung näher erläutert.

Hierbei zeigt:

Fig. 1a die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche auf einer zu untersuchenden Matratze angeordnet ist, in Draufsicht;

Fig. 1b die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche auf einer zu untersuchenden Matratze angeordnet ist, in Seitenansicht;

Fig. 2a den Meßwagen zum Aufbringen einer vorgegebenen kon­ stanten Kraft sowie zur Ermittlung der Verformung;

Fig. 2b den Meßwagen zum Aufbringen einer impulsartigen Kraft;

Fig. 3 eine Ausführungsform einer teleskopartigen Meßschiene;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Auswerteeinrichtung.

Die Fig. 1a und 1b zeigen eine transportable Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung und Vermessung von Matratzen, Polstern oder ähnlichen elastisch-flächigen Gegenständen, wel­ che auf eine zu untersuchende Matratze 1 annähernd in der Längsachse dieser mittig aufgebracht wurde.

Der Meßwagen 2 ist hierbei auf den Meßschienen 3 längsbeweg­ lich angeordnet.

Zusätzlich ist es möglich, durch weitere Schienen 4 den Meß­ wagen 2 auch quer, d. h. über die Breite der Matratze 1, zu bewegen, um in einfacher Weise eine zweidimensionale Abtastung der Matratzenoberfläche zu erreichen.

Am Meßwagen 2 ist beweglich ein Abtastarm 5 vorgesehen, wel­ cher z. B. mittels einer einstellbaren Feder 6 unter einem auf­ gesetzten Gewicht definiert auf die Matratzenoberfläche ein­ wirkt.

Am Ort der Einwirkung wird die Matratzenoberfläche je nach Zu­ stand verschieden stark verformt bzw. eingedrückt, so daß sich im Zuge einer Bewegung des Meßwagens 2 ein Höhenprofil der de­ finiert belasteten Matratze 1 ergibt.

Die Bewegung des Meßwagens 2 kann dabei von Hand oder elektro­ motorisch erfolgen.

Die Ortsbestimmung erfolgt beispielsweise mittels einer mit der Achse 7 des Meßwagens gekoppelten Schlitzblende 8.

Den konstruktiven Aufbau des Meßwagens zum Aufbringen einer vorgegebenen konstanten Kraft zeigt Fig. 2a. Mit der Achse 7 des Meßwagens 2 ist die vorerwähnte Schlitzblende 8 verbunden, welche mit einem Optokoppler 9 derart zusammenwirkt, daß über die Drehbewegung der Achse, welche wiederum von der Längsbe­ wegung des Meßwagens 2 abhängt, ein Ortslagesignal ableit­ bar ist.

Mittels einer Verstelleinrichtung 10 kann das Federelement 6 definiert vorgespannt werden, so daß eine entsprechende Kraft auf die Oberfläche der Matratze 1 aufgebracht werden kann.

Der Abtastarm 5 ist an seinem beweglich gelenkseitigen Ende 11 mit einem nicht dargestellten veränderbaren Widerstand derart verbunden, daß die Elongation des Abtastarmes 5 als äquivalen­ te Größe, bezogen auf das Höhenprofil der Matratze 1, bei Krafteinwirkung ausgewertet werden kann.

Im Falle des Aufbringens größerer Kräfte auf die Matratze 1 kann zum Fixieren des Meßwagens 2 selbiger mit einem zusätz­ lichen walzenartigen Element 12 an seiner Unterseite versehen sein.

Das freie Ende 13 des Abtastarmes 5 ist zweckmäßigerweise als drehbewegliches Rad, Kugel oder Walze ausgebildet.

Die Fig. 2b zeigt den prinzipiellen Aufbau des Meßwagens 2, welcher zum Aufbringen impulsartiger Kräfte auf die Oberfläche der Matratze 1 geeignet ist.

Hierbei wird ein metallischer Stößel, der als Kern einer Spu­ le 15 ausgebildet ist, bei Erregung der Spule 15 entgegen der Zugfeder 16 kurzzeitig in Richtung der Oberfläche der Matratze 1 bewegt.

Durch den veränderbaren Widerstand 17 wird die Bewegung des Stößels 14 sowie dessen Nachschwingen und damit die Dämpfungs­ eigenschaften des Matratzenkerns ermittelt.

Auch hier kann eine ein- oder zweidimensionale Untersuchung durch einfache Bewegung und Lageveränderung des Meßwagens 2 sowie zugehöriger Meßwerterfassung erfolgen.

In der Fig. 3 ist der Querschnitt einer teleskopartigen Aus­ führungsform der Meßschiene 3 gezeigt.

Hierbei werden zwei U-Profile 18 mit entsprechenden Abmessun­ gen ineinanderverschieblich angeordnet und mittels seitlichen Führungsstiften 19 in entsprechenden Aussparungen beweglich gelagert.

Durch eine derartige konstruktive Gestaltung ergibt sich eine versatzfreie Ebene 20, auf der der Meßwagen 2 geführt werden kann.

Gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Blockschaltbild wird der Meßwagen 2 durch einen Motor angetrieben.

Die Verformung der Matratze wird durch den mit dem Abtastarm 5 zusammenwirkenden veränderbaren Widerstand 21 erfaßt und über einen steuerbaren Verstärker bzw. eine Pegelanpaßstufe 22 dem als Aufzeichnungsgerät dienenden XY-Schreiber 25 zuge­ führt.

Die Ortskoordinaten werden mittels der Vorrichtung 7, 8 und 9, d. h. der in der Achse 7 des Meßwagens 2 angeordneten Stütz­ blende 8 und dem zugehörigen Optokoppler 9, erfaßt und über den Digitalanalogwandler 24 einer weiteren Pegelanpaßstufe 23 zu­ geführt.

Das derart pegelangepaßte Lagesignal gelangt auf den entspre­ chenden Eingang des XY-Schreibers 25.

Selbstverständlich ist es ebenso möglich, eine digitale Signalverarbeitung derart vorzusehen, daß der analoge Wert des veränderbaren Widerstandes 21 digitalisiert wird, wobei dann die digitalen Daten aus Verformung und Ortskoordinaten bei­ spielsweise in einem Mikrorechner weiterverarbeitet werden können.

Durch eine visuelle Ausgabeeinheit kann dann ein dreidimensio­ nales Bild der Eigenschaften der untersuchten Matratze darge­ stellt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Prüfung und Vermessung von Matratzen, Polstern oder ähnlichen flächig-elastischen Gegenständen, umfassend

• - einen über eben ausgebildete Meßschienen (3, 4) längs und/oder quer über den zu vermessenden Gegenstand (1) beweglichen Meßwagen (2) und
• - einen Abtastarm (5), welcher mit dem Meßwagen (2) in Verbindung steht, um eine Kraft auf die Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes (1) zur Einwirkung zu bringen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastarm (5) mit einer verstellbaren Feder (6, 10) derart zusammenwirkt, daß sein freies Ende (13) mit vorgegebener Kraft auf die Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes (1) einwirken kann, und daß am gelenkig gelagerten Ende (11) des Abtastarmes (5) eine Vorrichtung zur Erfassung der Elongation des Abtastarmes (5) in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des Meßwagens (2) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung zur Prüfung und Vermessung von Matratzen, Polstern oder ähnlichen flächig-elastischen Gegenständen, umfassend

• - einen über eben ausgebildete Meßschienen (3, 4) längs und/oder quer über den zu vermessenden Gegenstand (1) beweglichen Meßwagen (2) und
• - einen Abtastarm (5), welcher mit dem Meßwagen (2) in Verbindung steht, um eine Kraft auf die Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes (1) zur Einwirkung zu bringen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastarm (5) ein als Kern einer Spule (15) ausgebildeter Stößel (14) ist, der zum Aufbringen impulsartiger Kräfte auf die Oberfläche des zu vermessenden Gegenstandes (1) beim Erregen der Spule vorgesehen ist, und daß eine Vorrichtung (17) zum Erfassen der Bewegung des Stößels sowie dessen Nachschwingen in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des Meßwagens (2) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gelenkig gelagerte Ende (11) des Abtastarmes (5) mit einem veränderlichen Widerstand derart verbunden ist, daß die Elongation des Abtastarmes (5) über eine Veränderung des Widerstandswertes erfaßt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (13) des Abtastarmes (5) als drehbewegliches Rad, Kugel oder Walze ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (14) mit einem veränderbaren Widerstand (17) zusammenwirkt, um über die Veränderung des Widerstandswertes die Bewegung des Stößels (14) sowie das Nachschwingen zu bestimmen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschienen (3) teleskopartig in Form von ineinander verschobenen U-Profilen (18) mit seitlichen, in Aussparungen geführten Führungsstifen (1) ausgebildet sind.