Hydraulische Waage mit Anzeigevorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Waage und bezieht sich insbesondere auf eine hydraulische Waage zum Wiegen bettlägeriger Patienten.
Bekannterweise ändert sich das Gewicht eines Menschen dauernd. Ein Erwachsener verliert, sogar wenn er im Bett liegt, dauernd ungefähr 25 bis 40 g Wasser pro Stunde durch seine Haut und sein Atmungssystem.
Anhand von geeigneten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Waage, die eine Empfindlichkeit von weniger als einen Gramm besitzen, ist es möglich, das Verhältnis des Gewichtsverlustes eines Patienten durch Überwachung des Gewichtsverlustes über einen Zeitabschnitt, der so kurz wie eine Viertelstunde sein kann, genau festzulegen.
Ein Patient, der Verbrennungen erlitten hat, kann aufgrund der Unfähigkeit der verbrannten Haut als wirksame Sperre gegen Verdunstung zu wirken, 10maul soviel Wasser verlieren als normal ist. Wenn dem Patienten nicht in einem genau richtigen Verhältnis Flüssigkeit zugeführt wird, trocknet er aus oder wird sehr schnell mit Flüssigkeit überladen. Es ist ebenfalls wichtig, dass man das Verhältnis, in welchem das Wasser von der Haut des Patienten verdunstet, kennt, da die Verdunstung aus einem Wärmeverlust des Körpers resultiert.
Um diese Wärme zu ersetzen und die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, muss der Patient eine beachtliche Menge an Energie aufwenden. Mehrere Patienten mit schwersten Verbrennungen sind bereits auf Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Waage behandelt worden und haben überlebt, da ihre Flüssigkeit- und Energieanforderungen mit einem hohen Grad an Genauigkeit berechnet werden konnten.
Bei Hämodialyse-Patienten (Behandlung mit der künstlichen Niere) wird Flüssigkeit aus dem Blut des Patienten entfernt. Obwohl dieses unter bestimmten Umständen wünschenswert ist, muss das Verhältnis, in welchem Flüssigkeit entzogen wird, durch Einstellungen an der Ausrüstung kontrolliert werden, da dies direkt auf das Volumen des zirkulierenden Blutes des Patienten einwirkt. Durch fortlaufende Überwachung des Gewichtes des Patienten auf einer hochempfindlichen Waage während der Dialyse können die zur Erzielung des wünschenwertesten Verhältnisses der Flüssigkeitsentfernung notwendigen Korrekturen vorgenommen werden.
Dies sind nur zwei der vielen medizinischen Anwendungen, bei welchem die erfindungsgemässe Waage wirkungsvoll verwendet werden kann.
Hydraulische Waagen auf dem industriellen Gebiet sind natürlich bekannt. Typische Beispiele derartiger Waagen sind in den US-Patenten 2341 174, 2439 533 und 2596 032 aufgeführt. Darstellung hydraulischer Ladezellen für Verwendung in diesen Waagen sind z.B. in den US-Patenten 2 960 113 und 2 960 328 dargestellt, jedoch sind die von den angeführten Patenten dargestellten Waagen allgemeiner Konstruktion, die jedoch Ladezellen herkömmlicher Art verwenden, zum Gebrauch in der Umgebung, für die die erfindungsgemässe Waage vorgesehen ist, nicht geeignet.
Insbesondere entstehen bei den Ablesungen aufgrund von Reibung und Hysterese der herkömmlichen Ladezellen Fehler dadurch, dass die Kolben der Zellen zur Führung in Lagern oder dergleichen befestigt sind.
Wenn die Ladezellen überdies nur auf dem Boden unter dem Bett aufliegen und jedes der vier Beine des Bettes auf eine Zelle gestellt wird, kann die Biegung oder das Schrägsein der Beine die Ladezellenablesungen nachteilig beeinflussen. Ausserdem können Temperaturunterschiede als Ergebnis der ungleichen Ausdehnung des Bodens und des Bettgestelles in relativer Bewegung zwischen Kolben und Zylinder der Ladezellen resultieren.
Während diese Wirkungen Ungenauigkeiten zur Folge haben, sind diese bei den meisten industriellen Anwendungen so klein, dass sie unwichtig sind. Bei medizinischen Anwendungen jedoch, wo sowohl äusserste Genauigkeit und Präzision als auch hohe Empfindlichkeit unumgänglich sind, können diese Wirkungen Fehler verursachen, die für die Behandlung des Patienten wesentlich und bedeutend sind. Demgemäss ist die Kon struktion der herkömmlichen hydraulischen Waagen bei medizinischen Anwendungen nicht brauchbar.
Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, besteht eine hauptsächliche Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte hydraulische Waage mit hoher Empfindlichkeit, Genauigkeit und Präzision zu schaffen, die sich zum fortlaufenden Überwachen des Gewichtes eines Krankenhauspatienten eignet.
Um dieses bei einer hydraulischen Waage mit Anzeigevorrichtung, insbesondere zum Wiegen von bettlägrigen Patienten, mit einer lastaufnehmenden Plattform, die durch hydraulische Belastungszellen mit je einem hydraulischen Kolben abgestützt ist, erreichen zu können, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass an die Belastungszellen eine Vorrichtung angeschlossen ist, um den Kolben nach seiner Verschiebung durch die Last in seine Ausgangslage zurückzustellen.
Zum weiteren Verständnis der Art und der Ziele der Erfindung dient die folgende, ins einzelne gehende Bescheibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen.
Diese zeigen:
Fig 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Konsole einer anderen erfindungsgemässen Ausführungsform,
Fig. 3 einen Querschnitt, der die Einzelheiten der Ladezelle zwischen den oberen und unteren Rahmen der Plattform darstellt,
Fig. 4 eine teilweise schematisch und im Schnitt dargestelltes hydraulisches Waagesystem der Ausführungsform gemäss Fig. 1,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Füllung des hydraulischen Systems mit Flüssigkeit,
Fig. 6 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, welche die Anwendung einer seitlichen Kraft auf den Kolben der Ladezellen zeigt,
Fig. 7 eine Unteransicht des Kolbens der Totalisatorzellen der Ausführungsform gemäss Fig. 1,
Fig. 8 eine Ansicht des Waagebalkenmechanismus gemäss Fig. 2,
Fig. 9 einen Querschnitt längs der Linien 9-9 der Fig. 8,
Fig.
10 eine schematische Ansicht der elektronischen Niveauanzeigevorrichtungen,
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform, teilweise im Querschnitt,
Fig. 12 einen Querschnitt längs der Linie 12-12 der Fig. 11,
Fig. 13 einen Querschnitt längs der Linie 13-13 der Fig. 12 und
Fig. 14 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem auf die druckempfindliche Vorrichtung angelegten Druck und der Volumenveränderung der Vorrichtung.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 umfasst die erfindungsgemässe Waage ein Paar Rahmen 16 und 18. Der Rahmen 18 wird von vier verstellbaren Füssen 20 herkömmlicher Art auf dem Boden des Zimmers, in dem die Waage verwendet werden soll, getragen.
Die Füsse 20 sind nicht am Boden befestigt, sondern können gemäss der Wärmeausdehnung oder Zusammenziehung des Rahmens 16, 18 frei gleiten. Damit der Rahmen 16, 18 ohne weiteres von einem Ort zum anderen bewegt werden kann, können Rollen die verstellbaren Füsse ersetzten oder bei diesen angeordnet werden.
Der untere Rahmen 18 trägt den Zylinder von vier hydraulischen Belastungszellen 22a, 22b, 22c und 22d, deren Konstruktion noch später beschrieben wird. Die Kolben dieser vier Zellen sind am zweiten Rahmen 16 befestigt, der im wesentlichen gleich dem ersten ist. Die obere Oberfläche des zweiten Rahmens 16 trägt das Bett 24 oder dergleichen.
Jeder der Rahmen 16 und 18 besitzt ein Paar Uförmiger Profileisen, und zwar der untere Rahmen 18 die Profileisen 26 und 28 und der zweite Rahmen 16 die Profileisen 30 und 32. Die Profileisen eines jeden Rahmens sind durch verlängerte Teile 50 miteinander verbunden, dass die beiden Profileisen 26, 28,/ 30, 32 eines jeden Rahmens 16, 18 in der von diesen Rahmen gebildeten Ebene starr zueinander fixiert sind.
Die verlängerten Teile des unteren Rahmens 18 sind mit 34 und 36 gekennzeichnet und besitzen wie dargestellt, kastenförmigen Querschnitt und sind mittels Schraubenbolzen 37 oder in einer anderen geeigneten Weise an den Profileisen 26 und 28 befestigt. Der zweite Rahmen 16 ist auf ähnliche Weise konstruiert, wobei die verlängerten Teile 38 und 40 an jedem Ende der Profileisen 30 und 32 befestigt sind.
Die Zylinder der hydraulischen Belastungszellen 22a und 22b liegen auf dem Profileisen 26 und die Zylinder der anderen hydraulischen Belastungszellen liegen auf dem Profileisen 28 auf.
Die Belastungszellen sind demnach gegenüber dem unteren Rahmen 18 in einer bestimmten Lage angeordnet. Die vier Belastungszellen tragen über die ihnen zugeordneten Kolben den zweiten Rahmen 16, die Kolben übertragen die Last auf die U-förmigen Profileisen 30und32.
Auf diese Weise werden die Zylinder der vier Belastungszellen sicher am unteren Rahmen 18 und ihre Kolben am zweiten Rahmen 16 befestigt. Die Rahmen 16 und 18 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt, in jedem Fall aber aus Material, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Somit haben Temperaturunterschiede keine relative Bewegung zwischen den Kolben und Zylindern der Zellen zur Folge. Dieses ist aber bei den vorbekannten Konstruktionen eine wesentliche Fehlerquelle, die bei der erfindungsgemäss ausgebildeten Waage eliminiert wird.
Für den richtigen Betrieb der Erfindung ist es wesentlich, dass beide Profileisen eines jeden Rahmens 16 und 18 so konstruiert sind, dass sie in der gleichen Ebene liegen. Auch müssen die Mittellinien der Kolben mit den Mittellinien der Zylinder übereinstimmen. Am unteren Rahmen 18 wird eine Libelle, vorzugsweise eine Kreislibelle, befestigt, um den Rahmen in einer waagerechten Bezugsebene zu halten.
Wie noch ausführlicher erklärt werden wird, sind die Kolben der Belastungszellen 22a, 22b, 22c, 22d unge- führt , d.h. sie werden nicht mittels Lager, Strebeplatten, Gelenken, Biegungen oder Federn innerhalb der Zylinder gehalten.
Fernerhin besteht ein wesentlicher Zwischenraum zwischen den Seiten der Kolben und der Zylinder. Aus diesem Grund sollen die Kolben keinen Kräften ausgesetzt werden, die dazu neigen, sie zu verkanten, da in den Belastungszellen selbst nichts vorgesehen ist, um diese Verkantung aufzunehmen.
Allgemein sei gesagt, wenn Belastungszellen der beschriebenen Art verwendet werden, müssen die Kolben von wenigstens drei Zellen, von denen wenigstens eine nicht auf einer Linie liegt, die die beiden anderen verbindet, wie in Fig. 1 angedeutet, starr durch den zweiten Rahmen 16 mit einander verbunden werden.
Dieser zweite Rahmen 16 muss stark genug sein, um sich nicht unter den auftretenden Belastungen durchzubiegen, oder die Belastung muss zum anderen direkt über dem Punkt angreifen, in welchem die Kolben der Zellen am Rahmen befestigt sind, der sie miteinander verbindet.
In der dargestellten Ausführungsform besitzt der zweite Rahmen 16 verhältnismässig wenig Gewicht, obwohl er starr in der waagerechten Ebene verläuft. Zur Vermeidung einer unerwünschten Neigung der Kolben der Belastungszellen befinden sich die Füsse 24a, 24b, 24c und 24d des Bettes 24 auf der oberen Oberfläche der Profileisen 30 und 32 im wesentlichen genau oberhalb dem Punkt, in dem die Kolben der Belastungszellen an diesem Profileisen befestigt sind.
Der Rahmen des Bettes 24 wirkt somit als dritter Rahmen, der sich unter dem Gewicht eines Patienten durchbiegen kann. Da jedoch die Kraft nur über die Füsse des Bettes auf den zweiten Rahmen 16 auf einen Punkt unmittelbar oberhalb der Belastungszellen kolben übertragen wird, kann diese Kraft kein Durchbiegen des zweiten Rahmens 16 mit daraus folgender Verkantung der Kolben verursachen.
Wenn es bei Verwendung der Waage wünschenswert ist, dass die zu wiegende Last direkt auf den von den Kolben getragenen Rahmen gelegt wird, muss der Rahmen ausreichend massiv und robust konstruiert sein, so dass er sich nicht unter der aufliegenden Last durchbiegt, ganz gleich wo die Belastung auf den Rahmen gelegt wird.
Während eine derartige Konstruktion durchführbar ist, ist die hier offenbarte Konstruktion, die das Bett oder eine ähnliche Zwischenkonstruktion als dritten Rahmen verwendet, der Biegungen absorbiert, vorzuziehen, da die Konstruktion des zweiten Rahmens 16 dann folglich verhältnismässig leichter ausgebildet werden kann.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine Belastungszelle 58 dargestellt.
Der Kolben 60 ist zylindrisch ausgebildet und besitzt eine obere Oberfläche 64, eine seitliche Oberfläche 66, eine winklige Schulteroberfläche 68, eine zweite seitliche Oberfläche 70 und eine untere Oberfläche 72.
Von der oberen Oberfläche 64 aus geht eine genauestens orientierte axiale Gewindebohrung 74 in den Kolben, die sich ungefähr über die halbe Länge der seitlichen Oberfläche 66 erstreckt. Von der unteren Oberfläche 72 aus verläuft eine axiale, glatte Bohrung 76 in den Kolben.
Der Zylinder 62 besteht aus einer Sockelplatte 78 und einem Gehäuse 80. Die Sockelplatte 78 hat zylindrische Form und eine obere Oberfläche 82, eine seitliche Oberfläche 84 und eine untere Oberfläche 86.
In der Sockelplatte 78 sind zur Fixierung der Belastungszelle Schraubenlöcher 88 vorgesehen.
Ein Kanal 90 mit einem senkrechten Abschnitt 92 und einem waagerechten Abschnitt 94 ist in der Sockelplatte 78 vorgesehen und endet in einem Anschlussstück 96.
In ähnlicher Weise ist ein Kanal 98 mit einem senkrechten Abschnitt 100 und einem waagerechten Abschnitt 102 in der Sockelplatte 78 ausgebildet, der aber in einem Kugelventil 104 endet. Die Sockelplatte 78 hat einen zweiten Satz von Schraubenlöchern 106, die von der oberen Oberfläche 82 aus nach unten verlaufen.
Das Gehäuse 80 besitzt einen nach aussen, winklich verlaufenden Flansch 108, der mit einer Öffnung versehen ist, wobei das Gehäuse mittels Schraubenbolzen 112, die durch Bohrungen 114 reichen, an der Sockel platte 78 befestigt wird.
Vom Flansch 108 verläuft eine vertikale zylindrische Seitenwandung 116 mit innerer Oberfläche 118 und äusserer Oberfläche 120 nach oben, die dann einen nach innen winklig verlaufenden Flansch 122 mit einer unteren Oberfläche 124 (Fig. 4) bilden, wobei eine seitliche Oberfläche 126 eine öffnung 128 und eine obere Oberfläche 130 gebildet werden (Fig. 6). Die Öffnung 128 hat genügend grossen Durchmesser, um den Schaft den Kolbens 60 mit Seitenspiel aufzunehmen.
Der Kolben 60 befindet sich innerhalb des vom Gehäuse 80 und der Sockelplatte 78 gebildeten Zylinders 62 und wird durch eine elastische, gummiimprägnierte Membrane 132 mit einer Rille 140 gehalten. Die Membrane 132 ist zwischen der unteren Oberfläche des Teils 80 und der oberen Oberfläche 82 der Sockelplatte 78 befestigt und besitzt eine obere Oberfläche 134 und eine untere Oberfläche 136.
Im Mittelpunkt der oberen Oberfläche 134 befindet sich ein in die Bohrung 76 des Kolbens 60 einrastender Zapfen 138, so dass der Kolben 60 auf der Membrane 132 zentriert wird. Der Kolben 60 wird mittels eines in die Gewindebohrung 74 verlaufenden Schraubenbolzen am oberen Profileisen 32 befestigt.
Der Raum unterhalb der Membrane 132 wird mit öl oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt.
Der Kolben 60 wird innerhalb des Zylinders 62 nicht geführt oder unterstützt. Er wird durch die Rille 140 in der Membrane 132 zentriert, kann sich aber innerhalb des Zylinders frei bewegen und neigen, obwohl er mittels des Schraubenbolzens 142 am oberen Profileisen befestigt ist.
Die Berührung der seitlichen Oberfläche 66 mit dem Umkreis der Öffnung 128 verhindert übermässige seitliche Bewegung des Kolbens in bezug auf den Zylinder und da die Kolben direkt am zweiten Rahmen 16 befestigt sind, unterbindet dies die übermässige Bewegung dieses zweiten Rahmens in bezug auf den unteren Rahmen 18.
Wenn eine seitliche Kraft auf den Kolben wirkt, wird er sich zwangsläufig auf die entgegengesetzte Seite des Zylinders bewegen, bis der Schaft des Kolbens den Umkreis der Öffnung 128 berührt.
Wie in Fig. 6 dargestellt, wird der anliegende Teil der Membranwindung zusammengedrückt während sich die Membrane auf der entgegengesetzte Seite entspannt. Die hydraulischen Kräfte auf die Seitenwandungen des Kolbens werden aufgrund der asymmetrischen Membranrille ungleich und neigen dazu, den Kolben in seine ursprüngliche, zentrierte Position zurückzubewegen, sobald die ablenkende Kraft entfernt wird. Da die gesamten vier Belastungszellen gleichzeitig dieser ablenkenden Kraft entgegenwirken, besitzt dieses System eine ihm arteigene, grosse Seitenstabilität.
Wie in Figur dargestellt, ist jede der Belastungszellen 22a, 22b, 22c und 22d über eine hydraulische Leitung mit einem der Zylinder eines im allgemeinen mit 177 gekennzeichneten hydraulischen Totalisators verbunden.
Der allgemein schematisch dargestellte Totalisator 177 besteht aus vier Zylindern 178, 180, 182 und 184 mit Kolben 168, 170, 172 und 174. Jede hydraulische Leitung von einer der Belastungszellen steht mit einem der Ölfilme in einem der Totalisatorabschnitten in Verbindung. Auf diese Weise verbindet die hydraulische Leitung 144 die Belastungszelle 22a mit dem Totalisatorzylinder 158. Jede der anderen Belastungszellen ist mit dem entsprechenden Totalisatorzylinder verbunden. Ausserdem steht jede Totalisatorzelle über die Leitung 149 mit einem Ventil 151 in Verbindung.
Der Totalisatorzylinder 158 ist über die Leitung 184 der Waagebalkenzelle 186 zugeschaltet. Diese Zelle ist in der Konstruktion ähnlich den Belastungszellen 22.
Der Totalisatorzylinder 154 ist über die Leitung 232 mit einem Bourdon-Druckmesser 234 und einem verstellbaren Zylinder 236 verbunden. Aus diesem Grund, der noch beschrieben wird, kann die Fläche des Totalisatorzylinders 154 kleiner gehalten werden als die Fläche der anderen Totalisatorzylinder.
Die Kolben können sich in senkrechter Richtung frei in ihren betreffenden Totalisatorzylindern bewegen. Die Kolben des Totalisators unterscheiden sich von denen der Belastungszellen 22 dadurch, dass der Schaftabschnitt 61 durch drei nach aussen verlaufende Finger 160 wie in Fig. 7 dargestellt ersetzt ist. Jeder Finger 160 verläuft vom Zylinder nach aussen und besitzt eine Aussparung 162, die den inneren Durchmesser 164 des Totalisatorgestänges 166 berührt.
Die Summe der von den Belastungszellen 22 auf die Totalisatorkolben 168, 170, 172 und 174 übertragenen Kräfte kann als F1 bezeichnet werden. Dieser Kraft wirken die Kräfte der Totalisatorzylinder 154 und 158 entgegen, die als F2 bzw. F3 bezeichnet werden. So ergibt sich:
F1 = F2 + F5.
Die Variation der wirksamen Flächen der verschiedenen Zellen erhöht weiterhin die Genauigkeit der Waage.
Für maximale Empfindlichkeit sollte die A1 bezeichnete Fläche der Zylinder 178, 180, 182, 184 grösser als die Fläche der Belastungszellen 22 sein, die mit A bezeichnet wird. Die mit A bezeichnete Fläche des Totalisatorzylinders 154 sollte kleiner als A1 sein. Die Flächen der Bzlastungszellen 22 der Waagebalkenzelle 186 und des Totalisatorzylinders 154 können alle gleich sein. Die Fläche des Totalisatorzylinders 158 kann gleich A1 sein.
Wenn eine Kraft AF auf die Belastungszellen 22 einwirkt, wird die im Totalisator erzeugte Kraft AF gleich AF multipliziert mit dem Verhältnis A1 zu A sein. AF1 wird auf den Totalisatorzylinder 154 übertragen und die daraus resultierende Druckveränderung AP wird auf den Bourdon-Druckmesser 234 übertragen.
EMI4.1
Auf diese Weise wird der auf den Bourdon-Druckmesser 234 wirksame Druckunterschied vergrössert.
Die Totalisatorkonstruktion 167 kann vom unteren Rahmen 18 oder von der Konsole 187 unterstützt werden.
Die Kraft F im Totalisator ist das Ergebnis einer auf den Kolben 192 der Waagebalkenzelle 186 wirkenden Kraft. Am Ende des Schaftes 190 des Kolbens 192 befindet sich eine Waageschneide 188.
Diese Waageschneide 188 wird von einem Lager 200 unterstützt, das starr am Waagebalken 196 befestigt ist.
Eine zweite Waageschneide 194 am Ende des Schafts 198 ist der Drehpunkt des Waagebalkens 196. Sie wird in einem Lager 202, das starr am Waagebalken 196 befestigt ist, gelagert. Die Lager 200 und 202 fluchten miteinander und liegen auf der Schwerpunktmittellinie des Waagebalkens.
Die Drehbewegung des Waagebalkens 196 wird durch ein Paar Anschläge 204 begrenzt. Am Ende des Balkens gegenüber der Waagebalkenzelle 186 befindet sich ein nach oben verlaufender Träger 206 mit einer Lagerbohrung 208 parallel zum Waagebalken 196. Ein Arm 210 verläuft vom Träger 206 nach aussen durch eine Öffnung in der Vorderseite der Konsole 187. Auf dem Arm 210 kann eine Libelle zur Anzeige der Position des Waagebalkens 196 hinsichtlich einer Bezugsposition angebracht werden.
Am Waagebalken 196 befindet sich ein zweiter, nach oben verlaufender Träger 216 mit einer dadurch gehenden Lagerbohrung 218 parallel zum Waagebalken. Eine Spindel 220 verläuft durch eine Öffnung in der Vorderseite 214 der Konsole 187 und endet in einem Knopf 224.
Die Spindel 220 treibt ein Gewicht 226 an, das eine Gewindebohrung 228 besitzt. Das Gewicht 226 weist einen Schlitz 230 zur Aufnahme des Waagebalkens 196 auf. Durch Drehung des Knopfes 224 kann das Gewicht 226 längs des Waagebalkens 196 bewegt werden, um die auf den Kolben 192 wirkende Kraft zu ändern.
Der verstellbare Zylinder 236 besitzt einen Kolben 238 und eine Membrane 240. Kolben 238, Membrane 240 und Zylinder 236 stellen einen Behälter für Flüssigkeit mit veränderlichem Volumen dar. Die axiale Bewegung des Kolbens 238 wird von einer Spindel 242 reguliert, die in einem mit Gewinde versehenen Lager 243 geführt ist und mit einer Rändelmutter 244 versehen ist.
Das hydraulische System kann in bekannter Weise gefüllt werden, wie zum Beispiel in Fig. 5 schematisch angedeutet ist.
Die in diesem System verwendete Flüssigkeit sollte unkomprimierbar sein wie zum Beispiel Ö1. Das Öl gelangt von einem Reservoir 245 über eine Leitung 246 zu einer Pumpe 248. Das Öl strömt dann über die Leitung 250 zu einem ersten Verteiler 252 mit fünf Zufuhrleitungen 254, 256, 258, 260, 262. Das Öl füllt die Räume zwischen den Membranen und fliesst über die Leitungen 144, 146, 147, 148, 150 zu den Totalisatorzellen.
Das Öl füllt die Räume unterhalb der Membranen der Totalisatorzellen, fliesst über die nachgeschalteten Kanäle 149 und Ventile 151 durch die Leitungen 266, 268, 270, 272, 274 zu einem zweiten Verteiler 276. Das Öl strömt von dort über eine einzelne Leitung zu einem Ventil 278 und durch die Leitung 280 zurück in das Reservoir 245.
In der Praxis wird die erste Ausführungsform dazu verwendet, Veränderungen oder Schwankungen eines vorherbestimmten Gewichts wie zum Beispiel des anfänglichen Gesamtgewichts eines Patienten zu festzustellen und zu messen. Durch den Patienten im Bett erfolgt eine Belastung der Waage und die Kolben werden etwas verschoben, wodurch eine Bewegung des Waagebalkens 196 und ein veränderter Zeiger-Ausschlag am Bourdon Druckmesser 234 verursacht wird.
Die von den Belastungszellen übertragene Kraft F1 ist der Kraft F3 der Waagebalkenzelle und der Kraft Fo des Bourdon-Druckmessers entgegengesetzt. Um das System in Balance zu bringen, so dass F1 = F + F wird, muss die Position des Gewichts 226 auf dem Waagebalken 196 so verstellt werden, bis die Libelle 215 im wesentlichen waagerecht liegt. Dann wird die Rändelmutter 244 solange gedreht, bis der Zeiger gegenüber einem voreingestellten Punkt liegt, der einen Druck gleich der halben Gesamtdruckkapazität des Bourdon Druckmessers 234 darstellt.
Der Waagebalken 196 wird neu balanciert und die Rändelmutter 244 nochmals nachgestellt bis sowohl die Libelle 215 waagerecht ist als auch der Zeiger im voreingestellten Punkt liegt. Da sich das Gewicht des Patienten verändert, wird das System aus dem Gleichgewicht gebracht. Durch Veränderung von F wird das System neu einbalanciert. Dies wird durch Nachstellung der Rändelmutter 244 erreicht, so dass die Libelle 215 wiederum waagerecht liegt. Die Veränderung von F2 wird in der Veränderung der Ablesung des Bourdon Druckmessers 234 offenbar und diese Veränderung ist direkt proportional zur Veränderung des einwirkenden Gewichtes.
Dieser Waagebalkenmechanismus ist in der Tat innerhalb seiner maximalen und minimalen Grenzen ein kontinuierlich verstellbarer Taramechanismus. Der Knopf 224 kann verstellt werden bis der Druck des Bourdon-Druckmessers 234 mit der Taralast auf der Waage gleich Null ist. Der zu wiegende Gegenstand wird dann auf die Waage gelegt und das Gewicht direkt vom Bourdon-Druckmesser 234 abgelesen.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung verwendet die Rahmen 16 und 18 mit den entsprechenden Belastungszellen 22a, 22b, 22c, und 22d, wobei die Waagebalance dazu verwendet wird um das absolute Gewicht direkt abzulesen, wobei der Bourdon-Druckmesser abgeschaltet (eliminiert) wird. Auf diese Weise wirkt der Totalisatorkraft F1 einzig und allein die Waagebalancekraft F5 entgegen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann die Konsole 300 aus Blech oder Fiberglas hergestellt sein und eine Öffnung 302 zur Aufnahme der Ableseplatte 306 dient zur Exponierung des Waagebalkens zwecks Balanceeinstellungen. Das rechte Ende des Hauptwaagebalkens 308 verläuft zurück in das Innere der Konsole.
Unter Hinweis auf sowohl Fig. 2 als auch Fig. 8 wird dort eine Waagebalkenbalance 310 mit einem Hauptwaagebalken 308, einem Nebenwaagebalken 312 und einem Feineinstellungsteil 314 dargestellt. Der Hauptwaagebalken 308 ist in Abständen von 10 kg eingekerbt und besitzt ein Gewicht 316 mit einem Schlitz zur Aufnahme des Hauptwaagebalkens 308.
Der Nebenwaagebalken 312 ist in Abständen von einem kg gekerbt und hat ein Gewicht 320 mit einem Schlitz 322 zur Aufnahme des Nebenwaagebalkens 312.
Jedes der Gewichte 316 und 320 besitzt einen zylindrischen Stift, der in die Einkerbungen auf den Waagebalken einrastet.
Der Nebenwaagebalken 312 ist mittels Lager 324 und 326 am Hauptwaagebalken 308 befestigt und zwar parallel dazu.
Das Lager 324 verläuft über den Nebenwaagebalken 312 hinaus und trägt eine Wiege 328 mit einer Öffnung 336 für das Mikrometer (Feineinstellungsteil) 314 paralleler zu den Waagebalken 308 und 312. Das Feineinstellungsteil 314 ist ein Mikrometer mit einem kalibrierten Gewicht 315 auf der Spindel, das in Grammeinheiten von Null bis 1000 Gramm misst. Durch Drehung des Knopfes wird die Position des Gewichtes eingestellt.
Am rechten Ende 342 des Hauptwaagebalkens 308 ist jenseits des Lagers 326 eine Tarakontrolle 344 angebracht, die aus einem Gewindebolzen 346 und einer passenden Mutter 348 besteht. Zu einer ungefähren Ausbalancierung des Bettes können verschiedene Gewichte 349 daran aufgesetzt werden. Am linken Ende 350 des Hauptwaagebalkens 308 befindet sich ein Gewichtsbolzen 352 mit einem passenden Feinbalancier-Tarakontrollgewicht 354. Dieses Feinbalancier-Tarakontrollgewicht ermöglicht die Taraeinstellung über einem Bereich von ungefähr 10 Pfund.
Zur Herstellung einer Gleichgewichtsposition kann ein Anzeiger (nicht dargestellt) am rechten Ende 342 des Hauptwaagebalkens 308 mit einer Libelle oder einer ähnlichen Vorrichtung angebracht werden. Vom Hauptwaagebalken 308 verläuft ein Arm 360 nach unten, dessen Stift 361 innerhalb eines Schlitzes 362 im Teil 363, das am Bezugsrahmen 364 der Waage befestigt ist, ruht. Der Stift 361 hat etwas Spiel innerhalb des Schlitzes 362 und begrenzt die Bewegung des Hauptwaagebalkens 308.
Die gesamte Kraft der Belastungszellen kann auf eine der ersten Ausführungsform ähnliche Weise wirken. Die Drücke können aber auch gegebenenfalls von den Belastungszellen auf den in Fig. 8 und 9 dargestellten Totalisator übertragen werden.
Anstelle, dass die Totalisatorzellen 500, 502, 504, 506 senkrecht aufeinander gestapelt sind, werden sie waagerecht angeordnet. Dadurch, dass segmentartige Abschnitte der Gehäuse ausgespart werden, wird eine kompaktere Konstruktion erreicht.
Andererseits ist die Konstruktion der Totalisatorzellen identisch mit der Konstruktion der bereits beschriebenen Belastungszellen 22. Der Schaftabschnitt 61 aller Kolben 60 ist starr an der Totalisatorplatte 508 mittels Schraubenbolzen und Gewindebohrungen befestigt.
Die Totalisatorplatte 508 besitzt zwei Öffnungen 512 und 514, die die Schaftabschnitte 516 und 518 der identischen Gestänge 520 und 522 aufnehmen. Die Gestänge enden in den Waageschneiden 524 und 526, die in entsprechenden Lagern gelagert sind.
Vom Bezugsrahmen 364 (Fig. 8) verlaufen Stützplatten 530 und 532 nach oben, die eine Quertraverse 534 mit einer Platte 536 tragen. Die Platte 536 weist zwei Bohrungen 538 und 540 (Fig. 9) zur Aufnahme der Schaftabschnitte 542 und 544 zweier identischer Gestänge 546 und 548 auf. Die Gestänge enden in Waageschneiden 550 und 552, die vom Lager 554 (Fig. 8) aufgenommen werden.
Diese Konstruktion eliminiert zwei Zellen 158 und 186 der vorhergehenden Konstruktion und vereinfacht die Herstellung, da die gesamten Zellen der Waage nun in ihren Abmessungen ausser der Materialentfernung für die Totalisatorzellen identisch ausgeführt werden können.
Zur Genauigkeitserhöhung bei der Herstellung der Gleichgewichtsposition können elektrische Vorrichtungen zur Anzeige des Gleichgewichts als auch zur Waagebalkenabweichung aus dem Gleichgewicht verwendet werden, so dass der Bediener weiss, in welcher Richtung er zur G dem Kontrollicht-Stromkreis 384 verbunden, der die Zuleitungen 380, 382 und die Primärwicklung 370 unter Strom setzt.
Wenn sich der Hauptwaagebalken 308 m seiner Neutralposition befindet, steht der Kern 368 so, dass die in die Sekundärwicklungen 372 und 374 induzierten Signale gleich sind. Wenn das rechte Ende 342 (Fig. 8) des Hauptwaagebalkens 308 über die Neutralstellung angehoben wird, geht der Kern mit und in der Sekundärwicklung 374 wird eine grössere Spannung induziert.
Wenn der Waagebalken unterhalb seiner Neutralstellung abfällt, wird in der Sekundärwicklung 374 eine grössere Spannung und in der Wicklung 372 eine geringere Spannung induziert. Diese Spannungen werden dem Kontrollicht-Stromkreis 384 zugeführt. Der Kontrolllicht-Stromkreis 384 enthält eine Paar Relais 386 und 388. Das Relais 386 besitzt die Kontakte 390, 392 sowie 394 und das Relais 388 hat die Kontakte 400, 402 und 404.
Ein Ableseplatte 304, die an der Konsole 300 in der Öffnung 302 befestigt ist, besitzt drei Lichter; das rote Licht 410 mit Kontakt 412; das gelbe Licht 416 mit Kontakten 418 und 420; das blaue Licht 422 mit Kontakten 424 und 426.
Ebenfalls ist in der Ableseplatte 304 der Ein-Aus Schalter 428 eingelassen, der durch den Knopf 430 betätigt wird. Der Schalter besitzt die Kontakte 432 und 434.
In der Ableseplatte sitzt auch noch ein Potentiometer 436. Dieses ist in Gramm kalibriert und über den Knopf 442 kann eine Empfindlichkeit von zwischen ein und fünf Gramm eingestellt werden. Nächst dem Kontrollicht Stromkreis 384 liegt der Abwärtstransformator 444.
Durch den Stecker 446 wird das System mit einer 115 Volt, 60 Perioden Quelle verbunden, dessen einer Zuleitungsdraht 448 mit den Kontakten 432 des Schalters 428 verbunden ist und dessen anderer Zuleitungsdraht 450 mit den Kontakten 452 der Primärwicklung 454 des Abwärtstransformators 444 verbunden ist.
Ein Draht 456 verbindet den Kontakt 452 mit dem Kontrollicht-Stromkreis 384. Der andere Kontakt 434 des Schalters 428 ist dem Kontakt 458 der Primärwicklung 454 zugeschaltet.
Zur Erzeugung der notwendigen Betriebsspannung sind die Kontakte 452 und 458 ebenfalls dem Kontrolllicht-Stromkreis 384 zugeschaltet. Eine Seite der Sekun därwicklung 460 ist über die Zuleitung 462 mit dem Kontakt 392 des Relais 386 verbunden.
Die andere Seite der Sekundärwicklung 460 ist über den Draht 464 mit den Kontakten der Lichter 410, 416 und 422 verbunden. Der Kontakt 390 ist über den Draht 466 mit dem Kontakt 412 verbunden. Der Kontakt 394 steht über den Draht 458 mit Kontakt 402 in Verbindung.
Der Kontakt 400 ist über die Zuleitung 469 mit dem Kontakt 418 und der Kontakt 404 über den Draht 470 mit dem Kontakt 424 verbunden.
Die Kontakte 392, 394 sowie 402 und 404 sind für gewöhnlich geschlossen, die Kontakte 390 und 392 sowie 400 und 402 gewöhnlich geöffnet. Das Potentiometer 436 ist über Drähte 472 und 474 in den Kontrollicht Stromkreis 384 eingeschaltet.
Wenn der Stromkreis durch Schliessen des Schalters 428 erregt wird, und die Waage im Gleichgewicht steht, sind die Spannungen von der Wicklung 372 und 374 gleich und der Stromverlauf ist von der Sekundärwicklung 460 über die Zuleitung 462, Kontakt 392, Kontakt 394, Draht 468, Kontakt 402, Kontakt 404, Draht 470 zum gelben Licht 416 und dann zurück zur Sekundärwicklung 460.
Wenn sich die Spannung von der Sekundärwicklung 372 erhöht, verursacht der Kontrollicht-Stromkreis 384 eine Schaltung des Relais 386. Dann fliesst der Strom vom Kontakt 392 über den Kontakt 390.
Die Zuleitung 466 zum roten Licht 410 und über den Draht 464 zurück zur Sekundärwicklung 460. Dieses deutet dann an, dass sich der Waagebalken nach unten gedreht hat.
Wenn die Spannung von der Sekundärwicklung 374 erhöht wird, verursacht der Kontrollicht-Stromkreis 384 eine Schaltung des Relais 388. Dann fliesst der Strom vom Kontakt 392 über den Kontakt 394, den Draht 468, den Kontakt 402, den Kontakt 400, die Zuleitung 469 über das blaue Licht 422 und zurück über den Draht 464 zur Sekundärwicklung 460. Dies bedeutet, dass der Waagebalken sich nach oben bewegt hat.
Anstelle der drei elektrischen Lampen kann auch eine Amperemeter im Stromkreis und dem Differentialtransformator verwendet werden. Der Anzeiger auf der Vorderseite des Amperemeters kann eine Stellung des Waagebalkens entweder oberhalb oder unterhalb einer waagerechten Bezugsposition andeuten und es könnte zugleich die tatsächliche Bewegung des Waagebalkens veranschaulichen. Die Kenntnis der Bewegung des Balkens würde das Balancieren beschleunigen.
In der Praxis wird ein Taragewicht wie zum Beispiel ein Bett auf die Plattform gelegt und durch Anbringen von Gewichten auf der Tarakontrolle 344 ausbalanciert.
Die Feineinstellung wird durch das Feinbalancier-Tara kontrollgewicht 354 vorgenommen.
Die elektrischen Balance-Anzeigevorrichtungen legen die Position der Balance fest. Wenn ein Patient auf das Bett gelegt wird, kommt das System aus dem Gleichgewicht. Genau wie in der ersten Ausführungsform werden die Belastungszellen leicht verschoben und verursachen dadurch eine Verschiebung des Totalisators, der einerseits den Waagebalancekolben verschiebt. Die Gewichte 316 und 320 werden in dieser Reihenfolge nacheinander auf dem Waagebalken zur Wiederherstellung des Gleichgewichts bewegt, das durch die elektrische Anzeigevorrichtung bestimmt wird. Wie in der ersten Ausführungsform bringt die Gleichgewichtsposition alle Kolben in ihre anfänglichen Bezugsebenen zurück.
Auf diese Weise ist die Gleichgewichtsposition des Systems mit einer angelegten Ladung genau dieselbe wie vor Anlegung der Last. Das Gewicht des Patienten kann nun mit einer Genauigkeit bis auf 1 g abgelesen werden.
In einem hydraulischem System, das druckanzeigende Vorrichtungen verwendet, kann Überlastung ein Problem werden. Die zur Zeit hergestellten hydraulischen Zellen besitzen eine berechnete Überbelastungskapazität und natürlich gilt dies auch für Anzeigevorrichtungen wie zum Beispiel für den Bourdon-Druckmesser 234.
In ähnlicher Weise, wenn die Überbelastungskapazität einer Beanspruchungsmessvorrichtung überschritten wird, wird diese für immer beschädigt.
In den Ausführungsbeispielen werden verschiedene Arten zur Lösung des Problems der Überbelastungsbeschädigung angewandt. Eine Konstruktion umfasst die Verwendung eines Anschlages zur Begrenzung der axialen Verschiebung der Belastungszellenkolben. Da eine angelegte Belastung eine Volumenveränderung des Fühlelementes bewirkt, wird der Anschlag so angebracht, dass der Kolben auf dem Anschlag aufsitzt, wenn ersterer sich um einen Abstand bewegt hat, welcher der Überlastungskapazität der Druck anzeigenden Vorrichtung entspricht.
Eine weitere Konstruktion besitzt eine dehnbare Ausnehmung mit einem gefederten Teil, das die Ausnehmung auf einem speziellen Volumen hält.
Wenn der Druck des Systems die Überbelastungskapazität des Druckanzeigers und/oder der Ladezellen übersteigt, wird die Dehnungsgrenze des abgefederten Teiles erreicht und die Ausnehmung dehnt sich aus, bis die Kolben der Zellen ihre Sockelplatten oder Anschläge berühren.
Eine dritte Konstruktionsart sieht die Abfederung des Teiles 363 des Waagebalkens vor, so dass sich der Waagebalken bei Erreichung der Überbelastungskapazität nach oben drehen kann, wodurch sich die Belastungszellenkolben auf ihre Sockelplatten oder Anschläge absenken können.
In den Fig. 11 bis 15 wird die Waage einer weiteren, erfindungsgemässen Ausführungsform dargestellt. Die Ausführungsform besteht aus einer Belastungszelle 650, einer auf Druck ansprechenden Vorrichtung 652, einer Volumenänderung kompensierenden Einheit 654 und einer Ablesevorrichtung 656.
Die Konstruktion dieser Belastungszelle 650 ist ähnlich der bereits vorerwähnten Zellen. Ein wichtiges Merkmal besteht darin, dass Vorrichtungen zur Fixierung der Ausgangsbezugsebene der oberen Oberfläche 64 des Kolbens 60 vorhanden sein müssen, so dass diese Position nach Verschiebung aufgrund der Einwirkung einer Last wiederhergestellt werden kann.
Diese Vorrichtungen können aus einer Skalenlehre (nicht dargestellt) oder den bereits erwähnten elektronischen Anzeigevorrichtungen bestehen. Die Zelle 650 kann entweder direkt unter Druck gesetzt werden, wobei diese Ausführungsform als vollständiges Waagesystem verwendet wird oder sie kann auch den Totalisatorzylinder 158 der zweiten Ausführungsform ersetzen. Das Anzeigesystem dieser Ausführungsform würde dann den Waagebalkenbalancemechanismus ersetzen.
Soll diese Ausführungsform als vollständiges Waage system verwendet werden, muss eine Vorrichtung wie zum Beispiel eine Lagerplatte zur Abstützung des Kol bens 60 verwendet werden.
Die auf Druck ansprechende Vorrichtung 652 ist über die Leitung 658 mit der Belastungszelle 650 verbunden.
Die Vorrichtung soll hydraulisch sein, wobei deren
Kapazität sich bei Veränderungen des inneren Drucks in einstellbarer Weise ändert.
Die Vorrichtung kann in Form eines Metalibalkens (nicht dargestellt) oder eines Bourdon-Druckmessers aus gebildet sein. Die in dieser weiteren Ausführungsform verwendete Vorrichtung verwendet einen Bourdon
Druckmesser 660 von eliptischen Querschnitt mit einer äusseren, gekrümmten Oberfläche 662 und einer ge krümmten inneren Oberfläche 664, die einen Innenraum begrenzen.
Die Einheit 654 ist über die Leitung 666 mit dem
System verbunden und enthält eine Membrane 667 und einen an einem Gestänge 669 befestigten Kolben 668, der durch ein Lager 670 fixiert wird. Das Ende 672 des
Gestänges 669 ist abgerundet und dient als Nockenstös sel.
Die Ablesevorrichtung 656 wird von dem von der
Einheit 654 betätigten Nocken geschaltet. Die Nocken konstruktion wird nocht später beschrieben werden.
Der Nocken ist mit einem Gebriebe 676 und einem rückstellbaren Ablesezähler 677 verbunden. Die Ablesevorrichtung 656 wird durch einen Knopf 678 oder durch einen elektrischen Motor (nicht dargestellt) bedient.
Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform beruht auf der Tatsache, dass bei Anlegung einer Belastung auf einen Bourdon-Druckmesser oder ein anderes Tastelement diese ihr Volumen verändern. Diese Veränderung ist auf die Veränderung des Querschnitts des Rohres von einer eliptischen in eine kreisrunde Form zurückzuführen, da sich das Rohr unter Druck ausrichtet.
Fig. 14 zeigt die graphische Darstellung einer nicht linearen Ausbildung. Der Nocken wirkt als Kompensator für eine Nichtlinearität. Wenn der Kolben 60 belastet wird, erhöht sich der Druck im System, was wiederum eine Volumenzunahme des druckempfindlichen Elements zur Folge hat, wodurch ein erhöhtes Volumen zustande kommt. Hierbei fliesst die Flüssigkeit aus anderen Teilen des Systems in dieses ab und der Kolben bewegt sichabwärts. Durch Einstellen der Einheit 654 wird Flüssigkeit von dieser auf das druckempfindliche Element übertragen und der Kolben kehrt in seine anfängliche Bezugsebene zurück.
Wenn der Kolben in seine ursprüngliche Bezugsebene zurückkehrt, wird die Ablesung des Zählers vorgenommen. Dieser kann direkt auf Gewichte gemäss der jeweiligen Volumenveränderung kalibriert sein.
Das System kann mit einer ursprünglichen Belastung, wie einem Bett, balanciert werden und der Zähler wird auf Null eingestellt, um diese anfängliche Belastung auszutarieren.