DE4142234A1

DE4142234A1 - Sensortraeger

Info

Publication number: DE4142234A1
Application number: DE19914142234
Authority: DE
Inventors: Oliver Dipl Ing Hackel; Michael Dipl Ing Model
Original assignee: REINSHAGEN KABELWERK GmbH; Kabelwerke Reinshagen GmbH
Current assignee: Delphi Automotive Systems Deutschland GmbH
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: DE4142234C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensorträger, bestehend aus einem oberen Gehäuseteil und einem unteren Gehäuseteil, die über einen Achskörper schwenkbar zueinander gelagert sind, an deren vorderen Enden jeweils ein deformierbares Kissen befestigt ist, und die so zueinander angeordnet sind, daß die beiden Kissen gegenüber liegen, aus einem im hinteren Bereich der Gehäuseteile wirkenden Federelement, und aus einem Lichtwellenleiterkabel mit mindestens einem Lichtwellenleiter, der zu den Kissen führt.

Bei derartigen Sensorträgern handelt es sich um Trägersysteme, die nach dem Prinzip einer Wäscheklammer aufgebaut sind und funk tionieren. Für die Anwendung in der Meßtechnik werden solche Klammern mit der entsprechenden Meßsensorik ausgestattet und dann an den Meßstellen zur Aufnahme bestimmter Parameter angebracht. Wird dieser Sensorträger zur Messung an leicht deformierbaren Teilen verwandt, so muß gewährleistet sein, daß das Meßobjekt durch die Klemmkraft nicht zerstört wird und außerdem eine ein wandfreie Messung möglich ist. Diese Problematik tritt unter anderen in der Medizintechnik bei der Messung von Puls, Sauer stoffgehalt der Haut oder anderen menschlichen Meßgrößen auf, da der Sensorträger zur Messung an ein Körperteil angeklipst werden muß. Die Einwirkung der Klemmkraft ruft eine Deformation der Meß stelle, z. B. eines Fingers, hervor. Damit die Messung nicht ent scheidend verfälscht wird, muß die Klemmkraft unterschiedlich dicken Meßobjekten (Kind, Erwachsener) anpaßbar sein. Zur Lösung dieses Problems wurden schon verschiedene Konstruktionen vorge schlagen.

Aus der US-PS 46 85 464 ist es bekannt, die Gehäuseteile eines Sensorträgers über eine metallene Schenkelfeder drehbar zu lagern und das Meßobjekt mittels weichelastischer Kissen ausreichend vor zu Meßfehlern führenden Deformationen zu schützen. In der US-PS 38 10 460 wird bereits eine Klammer vorgeschlagen, deren Klemmkraft über die Veränderung der Reibung zwischen einem Achs lager und mehreren Friktionsscheiben einstellbar ist und deren Meßaufnahmen z. B. für einen Finger, beidseitig abgefedert sind.

Aus diesen beiden Druckschriften sind also Lösungen bekannt, die Möglichkeiten bieten, unterschiedlich dicke und große Meßobjekte vor Meßfehler verursachenden Deformationen zu schützen. Die Klemmkraft der metallischen Feder kann in verschiedener Weise den spezifischen Gegebenheiten jedes Patienten angepaßt werden. In der letzten Zeit werden in der Medizintechnik immer häufiger Untersuchungen in einem Kernspintomographen durchgeführt. Zeit gleich zur Kernspintomographie müssen dabei mittels Meßfühlern obengenannte menschliche Parameter aufgenommen werden. Die bisher bekannten Sensorträger haben sich für den Einsatz in der Kern spintomographie nicht bewährt, weil metallische Federelemente und auch metallische Meßleitungen Meßwerte verfälschen. Außerdem führen die im Kernspintomographen herrschenden Magnetfelder zu unzulässigen Aufheizungen der metallischen Elemente, so daß die Meßausrüstung beschädigt wird und der Patient Verbrennungen er leidet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Sensorträger auf der Basis einer Klammer zu schaffen, der für den Einsatz der Kernspintomographie geeignet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Federelement als Druckfeder ausgebildet ist und aus einem nichtmetallischen Mate rial besteht.

Die Schaffung einer nichtmetallischen Druckfeder erlaubt es, einen damit ausgerüsteten Sensorträger bei Meßverfahren einzu setzen, in denen Magnetfelder auftreten, die von metallischen Gegenständen beeinflußt werden oder die auf metallische Gegen stände wirken. Eine Anwendung wäre innerhalb der Medizintechnik die Kernspintomographie. Das nichtmetallische Federelement heizt sich beim Gebrauch in einem Magnetfeld nicht auf und wirkt sich auch nicht auf die Messungen aus. Neben diesen Eigenschaften muß das nichtmetallische Federelement kompakt und elastisch gebaut sein. Kompakt, um dem Federelement die notwendige innere Stabili tät zu geben, und elastisch, um eine Federwirkung zu erreichen. Diese prinzipiell entgegengesetzten Forderungen können nur in einer optimierten Kombination erfüllt werden. Dies führt erfin dungsgemäß zu einem als Druckfeder ausgebildeten Federelement. Eine Druckfeder ist kompakt, aber gleichzeitig elastisch genug, um federnd innerhalb eines bestimmten Bereiches zu wirken. Das nichtmetallische Federelement wird durch die Ausbildung als Druckfeder leicht für unterschiedlich dicke Meßobjekte einsetz bar. Ein erfindungsgemäßes Federelement kann leicht zwischen den hinteren Enden der beiden Gehäuseteile gehaltert werden. Es kann einfach in entsprechende Ausnehmungen der Gehäuseteile eingesetzt werden. Um die vorderen Enden bzw. die Kissen des Sensorträgers in unbenutztem Zustand geschlossen zu halten, ist es sinnvoll, daß Federelement unter leichter Vorspannung zwischen den Gehäuse teilen einzusetzen. Dieser Sensorträger läßt sich leicht warten und auf unterschiedliche Klemmkräfte einstellen, in dem einfach das Federelement ausgewechselt wird. Das nicht benötigte elastische Federelement wird leicht zusammengedrückt und zwischen den Gehäuseteilen herausgenommen, danach kann ein neues, für die erforderliche Klemmkraft ausgelegtes Element eingesetzt werden.

Das Federelement ist aus einem nichtmetallischen Material herge stellt. Hierfür bieten sich ein Großteil der bekannten elasto meren Werkstoffe an, besonders eignet sich Silicon, weil dessen Eigenschaften und Verarbeitungsmethoden hinreichend bekannt sind, und es als Massenprodukt billig ist.

Die Federelemente werden mit unterschiedlichen Federeigenschaften gefertigt, um je nach Dicke des Meßobjektes eine optimale Klemm kraft einstellen zu können. Die Materialien für die Federelemente haben deshalb eine Shore A-Härte zwischen 30 und 80. Es ist von Vorteil, unterschiedliche Federelemente zu kennzeichnen, z. B. mittels eines Farbcodes, damit schnell und sicher auf das Feder element mit der erforderlichen Klemmkraft zugegriffen werden kann.

Um den Materialeinsatz und die Klemmkraft eines Federelementes zu optimieren, ist es sinnvoll, daß Federelement mit einem Hohlraum auszubilden. Die Ausbildung des Federelementes als Hohlkörper spart naturgemäß das sonst benötigte Material um den Hohlraum auszufüllen. Der Einsatzbereich eines solchen Hohlkörpers gegen über dem eines Vollkörpers wird erheblich vergrößert. Ein Voll körper läßt sich nur um ein bestimmtes Maß zusammendrücken, wo gegen ein Hohlkörper an vorbestimmten Stellen ausknickt und so wesentlich, nämlich um das Volumen des Hohlraumes, mehr zusammen drückbar ist. Daraus folgt, daß mit einem solchen Federelement ein großer Bereich von unterschiedlich dicken Meßobjekten abge griffen werden kann.

Die Form des Federelementes gemäß Anspruch 5 gleicht im wesent lichen der eines liegenden Hohlzylinders, damit das durch die Handhabung komprimierte Volumen des Hohlraumes bzw. die darin befindliche Luft genügend Möglichkeiten zum Druckausgleich mit der Außenluft hat. Ein abgeschlossener Hohlraum müßte eine Druck ausgleichsöffnung haben. Dies würde zu erhöhtem konstruktivem Aufwand führen.

Die weitere Ausgestaltung des Federelementes ist gemäß Anspruch 6 möglich. Der Hohlkörper ist an einigen Stellen dünnwandig und profiliert ausgestaltet. Dies führt zu einer definierten Aus knickung dieser Bereiche während einer Druckausübung auf die beiden Gehäuseteile des Sensorträgers. So behält das Federelement auch während der Handhabung eine vorberechnete Form und es wird gewährleistet, daß weder Funktion noch Bedienung des Sensor trägers durch die ausknickenden Bereiche des Federelementes beeinträchtigt werden.

Zur Fixierung eines Lichtwellenleiterkabels ist in dem Feder element mindestens eine U-förmige Ausnehmung ausgebildet. Die im Lichtwellenleiterkabel befindlichen Lichtwellenleiter sind so vor Beschädigungen geschützt und lagerichtig innerhalb des Sensor trägers geführt.

Das Federelement wird zwischen den hinteren Enden der beiden über ein Gelenk zusammenarbeitenden Gehäuseteile eingesetzt. Zur Fixierung des Federelementes sind in jedem Gehäuseteil ent sprechende Halterungen vorgesehen. Da der Sensorträger mit geschlossenen Klammerspitzen gelagert wird, ist das Federelement unter leichter Vorspannung eingesetzt. Die Halterung besteht aus einer Ausnehmung oder einer der Form, der mit dem Gehäuseteil in Berührung kommenden Teile des Federelementes angepaßten Kammer. Dies ist möglichst einfach, jedoch wirkungsvoll und ausreichend aufgrund der zusätzlich wirkenden Vorspannung.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar gestellt, daß im Nachfolgenden näher beschrieben wird.

Fig. 1 zeigt einen Sensorträger in einer Seitenansicht.

Fig. 2 zeigt ein Federelement gemäß Fig. 1 in einer Perspektive.

Die Fig. 1 stellt einen erfindungsgemäßen Sensorträger 1 dar, der aus einem oberen Gehäuseteil 2 und einem unteren Gehäuse teil 3 zusammengesetzt ist. Diese beiden Gehäuseteile 2, 3 sind im Spritzgußverfahren aus einem Kunststoff hergestellt und haben die Form einer rechteckigen Schale. Über einen zylinderförmigen Achskörper 4 wirken die beiden Gehäuseteile 2, 3 zusammen. Zwischen den mit den offenen Seiten 5, 6 gegenüberliegenden Gehäuseteilen 2, 3 ist der Achskörper 4 etwa mittig angeordnet und ermöglicht einen Bewegungsvorgang gemäß einer Klammer. An den vorderen Enden 7, 8 der Gehäuseteile 2, 3 befinden sich Vor richtungen zwischen denen das Meßobjekt fixiert wird. Im oberen Gehäuseteil 2 ist vorne eine C-förmige Ausnehmung vorgesehen, zwischen deren Schenkel 10, 11 ein in einem entsprechenden Rahmen 12 gehaltertes Kissen 13 schwenkbar gelagert ist. Das Kissen 13 besteht aus einem deformierbaren Material, und ist teilweise profiliert, um dem Meßobjekt eine rutschfeste Auflage zu geben. Im unteren Gehäuseteil 3 ist ebenfalls vorne ein deformierbares Kissen 14 in einem Rahmen 15 angeordnet. Im Gegen satz zum oberen Gehäuseteil 2 ist der Rahmen 15 im unteren Gehäuseteil 3 rastbar befestigt. Im hinteren Bereich 16 des Sensorträgers 1 ist ein Federelement 17 zwischen dem oberen 2 und unterem Gehäuseteil 3 eingesetzt. Das obere Gehäuseteil 2 ver läuft im hinteren Bereich 16 leicht divergent und ist zusätzlich profiliert ausgebildet, um dem Anwender einen sicheren und rutschfreien Zugriff zu gewährleisten. Das untere Gehäuseteil 3 ist ebenfalls profiliert. Beide Gehäuseteile 2, 3 sind mit Auf nahmekammern 18, 19 versehen, in denen das Federelement 17 ge haltert ist, wobei die Aufnahmekammer 19 des unteren Gehäuse teiles 3 geeignet ist, um ein Lichtwellenleiterkabel 20 aufzu nehmen und zu führen. Um eine übersichtliche Darstellung des Sensorträgers 1 zu gewährleisten, ist das Lichtwellenleiter kabel 20 nur ansatzweise angedeutet und deren Führung durch den Sensorträger 1 nicht dargestellt. In dem Lichtwellenleiter kabel 20 befinden sich zwei einzelne Lichtwellenleiter 21, 22. In jedem Kissen 13, 14 befindet sich einer der beiden Lichtwellen leiter 21, 22, der entweder als Lichtquelle oder Lichtdetektor dient. Die Aufnahme der Parameter erfolgt nach dem Prinzip der 2-Kanalmessung.

Die Fig. 2 zeigt ein Federelement 17 in einer perspektivischen Ansicht. Es ist aus einem elastomeren Material, z. B. Silicon, im Spritzgußverfahren hergestellt. Das Federelement 17 ist prinzi piell blockförmig ausgebildet. Grundfläche 23 und Deckfläche 24 sind rechteckig. Senkrecht zur Grundfläche 23 erstrecken sich von den Kurzseiten 25, 26 und einer Längsseite 27 insgesamt drei Seitenflächen 29, 30, 31 des Federelementes 17. Die vierte Seitenfläche 32 ist konvex geformt und steht auf der anderen Längsseite 28 der Grundfläche 23, so daß die Deckfläche 24 kleiner als die Grundfläche 23 ist und in einem Winkel α< 0° zur Grundfläche 23 angeordnet ist. Das Federelement 17 wird von einem Hohlraum 33 durchzogen, dessen Längsachse A durch die Seiten flächen 29, 31 der Kurzseiten 25, 26 verläuft. Der Hohlraum 33 ist der Außenform des Federelementes 17 angepaßt. An der gewölb ten Seitenfläche 32 und der dazu gegenüberliegenden Seiten fläche 30 entstehen dünnwandige Knickbereiche 34, 35. An der Deckfläche 24 und an der Grundfläche 23 entstehen dickwandige Bereiche 36, 37, um dem Federelement 17 die nötige Stabilität während des Einsatzes in einem Sensorträger 1 zu geben. Die Grundfläche 23 ist von einer senkrecht zur Längsachse A des Hohlraumes 33 verlaufenden Ausnehmung 38 versehen, die im unteren, dickwandigen Bereich 36 des Federelementes 17 in eine U-Form übergeht, in der das Lichtwellenleiterkabel 20 geführt wird.

Zur Pulsmessung eignet sich z. B. der Zeigefinger eines Patien ten. Der Finger muß zwischen den beiden Kissen 13, 14 des Sensor trägers 1 so gehalten werden, daß einerseits eine schlüssige und feste Lagerung zur Messung erfolgt und andererseits die Deforma tion des weichen Fingers nicht dazu führt, daß über den Meßzeit raum das zirkulierende Blut gestaut wird. Hierzu kann eines von mehreren in der Klemmkraft unterschiedlich ausgelegten Feder elementen 17 ausgewählt werden und im hinteren Bereich 16 des Sensorträgers 1 eingesetzt werden. Vorteilhaft erweist sich eine farbige oder ähnliche Kennzeichnung der nach Klemmkraft abge stuften Federelemente 17. Wird der Sensorträger 1 bzw. das Feder element 17 zusammengedrückt, bewegen sich die vorderen Enden 7, 8 des Sensorträgers 1 über den Achskörper 4 auseinander. Der Finger kann eingelegt werden. Die Grundfläche 23 und die Deckfläche 24 des Federelementes 17 bewegen sich auf einer Kreisbahn aufeinan der zu. Die dünnwandigen Bereiche 34, 35 werden zunächst kompri miert und knicken danach aus. Diese ausknickenden Bereiche 34, 35 sind so ausgelegt, daß die Funktion des Sensorträgers 1 nicht behindert wird. Die Kissen 13, 14 des Sensorträgers 1 werden nach einer Reduzierung der Andruckkraft durch die Federspannung des elastischen Federelementes 17 an das Meßobjekt gedrückt. Hierbei bewegen sich die Grundfläche 23 und die Deckfläche 24 des Feder elementes 17 wieder voneinander weg. Nach erfolgter Messung kann der Finger dem Sensorträger 1 entnommen werden, wobei sich ein sinngemäßer Bewegungsablauf in umgekehrter Richtung ergibt.

Um die Genauigkeit der Messung zu gewährleisten, müssen die Kissen 13, 14 parallel zueinander angeordnet sein. Deshalb ist der Rahmen 12 des oberen Kissen 13 drehbar gelagert. Außerdem sind die Kissen 13, 14 in unbenutztem Zustand etwas versetzt angeordnet. Durch die Betätigung spannt sich zwischen den Gehäuseteilen 2, 3 ein Winkel auf, der die Kissen 13, 14 in eine lagerichtige Position zueinander bringt.

Die Apparatur für die Auswertung der Messungen ist ausreichend abgeschirmt und befindet sich außerhalb des Gefahrenbereiches.

Bezugszeichenliste

1 Sensorträger
2 oberes Gehäuseteil
3 unteres Gehäuseteil
4 Achskörper
5 offene Seite
6 offene Seite
7 vorderes Ende
8 vorderes Ende
9 C-förmige Ausnehmung
10 Schenkel
11 Schenkel
12 Rahmen
13 Kissen
14 Kissen
15 Rahmen
16 hinterer Bereich
17 Federelement
18 Aufnahmekammer
19 Aufnahmekammer
20 Lichtwellenleiterkabel
21 Lichtwellenleiter
22 Lichtwellenleiter
23 Grundfläche
24 Deckfläche
25 Kurzseite
26 Kurzseite
27 Längsseite
28 Längsseite
29 Seitenfläche
30 Seitenfläche
31 Seitenfläche
32 gewölbte Seitenfläche
33 Hohlraum
34 dünnwandiger Bereich
35 dünnwandiger Bereich
36 dickwandiger Bereich
37 dickwandiger Bereich
38 U-förmige Ausnehmung
A Längsachse
α Winkel

Claims

1. Sensorträger, aus

- einem oberen Gehäuseteil (2) und einem unteren Gehäuseteil (3),
- - die über einen Achskörper (4) schwenkbar gegeneinander gelagert sind,
- - an deren vorderen Enden (7, 8) jeweils ein deformierbares Kissen (13, 14) befestigt ist, und
- - die so zueinander angeordnet sind, daß die beiden Kissen (13, 14) gegenüberliegen,
- einem im hinteren Bereich (16) der Gehäuseteile (2, 3) wirkenden Federelement (17), und
- einem Lichtwellenleiterkabel (20) mit mindestens einem Lichtwellenleiter (21), der zu den Kissen (13, 14) geführt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Federelement (17) als Druckfeder ausgebildet ist und
- aus einem nichtmetallischen Material besteht.

2. Sensorträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (17) aus einem elastomeren Material, vorzugsweise Silikon gefertigt ist.

3. Sensorträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material eine Shore A-Härte zwischen 30 und 80 auf weist.

4. Sensorträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (17) mit einem Hohlraum (33) ausgebildet ist.

5. Sensorträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (17) i. w. hohlzylinderisch ausgebildet ist.

6. Sensorträger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (17) unterschiedliche Wandstärken auf weist.

7. Sensorträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (17) mit mindestens einer U-förmigen Ausnehmung (38) ausgebildet ist.

8. Sensorträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (17) in dem jeweiligen Gehäuse teil (2, 3) in einer Aufnahmekammer (18, 19) gehaltert ist.