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Dokumentenidentifikation DE3738901A1 24.05.1989
Titel Vorrichtung zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit
Anmelder Heinrich Amelung GmbH, 4920 Lemgo, DE
Erfinder Hartert, Hellmut, Prof. Dr.med., 6750 Kaiserslautern, DE;
Amelung, Rolf, Dipl.-Ing.;
Brakemeier, Ernst-Aug.;
Becker, Helmut, 4920 Lemgo, DE
Vertreter Stracke, A., Dipl.-Ing.; Loesenbeck, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 4800 Bielefeld
DE-Anmeldedatum 17.11.1987
DE-Aktenzeichen 3738901
Offenlegungstag 24.05.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.1989
IPC-Hauptklasse G01N 11/16
IPC-Nebenklasse G01N 33/49   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 27 41 060 bekannt.

Dabei wird durch zwei sich gegenüberliegende Elektromagneten ein umlaufendes elektromagnetisches Feld gebildet, durch das der Stab in Schwingung versetzt wird, deren Intensität durch entsprechende Manipulation der Elektromagnete steuerbar ist.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die orbitale Bewegung des Stabes in vielfacher Hinsicht unbefriedigend verläuft, da es weder möglich ist, aufgrund der Anordnung der Elektromagnete eine absolut gleichförmige Orbitalbewegung des Stabes zu erzeugen, so daß die gewonnenen Meßergebnisse hinsichtlich ihrer Genauigkeit in nicht unerheblichem Umfang Wünsche offenlassen, noch bestimmte Messungen grundsätzlicher Art in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen durchzuführen.

Dazu gehört beispielsweise die Messung der sich verändernden Elastizität gerinnenden Blutes, die mit der bekannten Vorrichtung, wenn überhaupt, nur mit immensem Aufwand bei der Einstellung der Orbitalbewegung möglich ist. Durch die in ihrer reologischen Schubkraft relativ ungleichförmige Orbitalbewegung des Stabes wird das sich bei der Gerinnung des Blutes herausbildende Fibrinfasergerüst unkontrollierbar diffamiert, so daß eine sich darauf stützende Elastizitätsmessung praktisch keine systematisch vergleichbaren Meßergebnisse liefert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu gestalten, daß ihr Anwendungsbereich erweitert und die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Wie sich gezeigt hat, wird durch diese Maßnahmen eine absolut gleichförmige Orbitalbewegung des Stabes erreicht, die gleichzusetzen ist mit einer exakt runden Bewegung des Kolbens bzw. des Probengefäßes.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen, die aufgrund des geschilderten Sachverhaltes nur ungenaue Meßergebnisse lieferten, wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen das Fibrinfasergerüst des gerinnenden Blutes nicht mehr völlig inkonstanten Bildungseffekten ausgesetzt, so daß sowohl eine unverfälschte, exakte Messung des Gerinnungsverhaltens des Blutes, als auch die Messung der strukturbedingten Elastizitätsentwicklung möglich ist. Dies außerdem noch in einer kostenmäßig interessanten Weise.

Eine besonders günstige Kosten/Wirkungs-Relation ist dann gegeben, wenn drei Elektromagnete, die dann in einem Winkel von jeweils 120° zueinander angeordnet sind, im Sinne der Erfindung eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Messeinrichtung zur Messung der Orbitalbewegung so zu gestalten, daß ein gegenüber dem Stab fest positionierter sogenannter Hallsensor vorgesehen ist, dem nachgeschaltet ein Permanentmagnet zugeordnet ist und daß im Wirkbereich dieses Permanentmagneten der Stab mit einem Weicheisenring versehen ist, so daß der Hallsensor, der bevorzugt einen integrierten Verstärker aufweist, zwischen dem Permanentmagneten und dem Weicheisenring angeordnet ist.

Das zustandekommende magnetische Feld durchfließt den Hallsensor und kann sowohl als absolute wie auch als relative Größe elektrisch gemessen werden.

Bei einer Änderung der Orbitalbewegung des Stabes erhält man am Ausgang des Hallsensors eine sich proportional zur Schwingamplitude des Stabes einstellende Signalamplitude, die einem Meßgleichrichter zugeführt wird, bevor sie dann in einem angeschlossenen Rechner weiterverarbeitet wird.

Gegenüber den bekannten Meßeinrichtungen, die beispielsweise im Sinne einer kapazitiven Abtastung funktionieren, zeichnet sich die erfindungsgemäße Meßeinrichtung, die praktisch eine induktive Abtastung darstellt, durch eine geringere Störanfälligkeit aus.

Darüber hinaus ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Meßeinrichtung ein weiterer Vorteil zu verzeichnen. Die induktive Abtastung erlaubt einen gewissen Gegen- oder Mitkopplungseffekt des durch die zu messende Elastizität resonierenden Stabes, wobei dazu lediglich ein Teil der gewonnenen Signalspannung des Hallsensors gleichgerichtet und zu der die Elektromagneten erregenden Spannung addiert oder subtrahiert wird. Auf diese Art und Weise läßt sich der Stab im Resonanzbereich auf jede beliebige Bandbreite einstellen, was die Möglichkeit eröffnet, eine Mehrzahl von Vorrichtungen an einen gemeinsamen Rechner anzuschließen, da die fertigungstechnisch bedingten Toleranzen jedes Stabes ausgeglichen werden können, so daß jeder Stab mit gleicher Frequenz schwingt.

Ferner ermöglicht der beschriebene Gegen- oder Mitkopplungseffekt eine Bandbreitenvergrößerung des schwingenden Stabes, mit der die ablesbare Meßgenauigkeit erheblich verbessert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine Einzelheit der Erfindung in schematischer Darstellung gesehen in Richtung der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Einzelheit gemäß der Linie IlI-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Einzelheit der Vorrichtung,

Fig. 5 ein Meßkurvendiagramm wie es sich unter Einsatz der Erfindung ergeben kann.

Ein in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit insbesondere der Gerinnung von Blut, besteht in ihrem Grundaufbau aus einem auf einer nichtdargestellten Arbeitsfläche abstellbaren Lagerteil 2, einem daran schwenkbar festgelegten Aufnahmekopf 1, in dem ein später ausführlich beschriebener Stab 3 angeordnet ist, der einen aus dem Aufnahmekopf 1 in Richtung des Lagerteiles 2 ragenden Kolben 4 aufweist, sowie einem Küvettentisch 10, der innerhalb des Lagerteiles 2 in vertikaler Richtung bewegbar angeordnet ist und an dem eine ebenfalls noch näher zu beschreibende Auswurfeinrichtung 7 festgelegt ist.

In dem Küvettentisch 10 ist ein Probengefäß 6 untergebracht, das der Aufnahme der Flüssigkeit dient, in die dann der Kolben 4 eintauchbar ist.

Auf seiner dem Lagerteil 2 zugewandten Seite ist der Aufnahmekopf 1 mit einem Deckel 9 verschlossen.

Ein Stoßdämpfer 8, der an dem Lagerteil 2 angeordnet ist und an dem sich in eingeschwenkter Lage der Aufnahmekopf 1 abstützt, dient zur Dämpfung von möglicherweise auftretenden Erschütterungen, so daß Meßergebnisstörungen weitgehend ausgeschlossen werden.

Beim Einschwenken des Aufnahmekopfes 1 in das Lagerteil 2 wird durch einen in dem Aufnahmekopf 1 festgelegten Kontaktstift 11 ein an dem Lagerteil 2 angeordneter Schalter 5 betätigt, mit dem der Meßvorgang eingeleitet wird.

Die Fig. 2 zeigt sehr deutlich die Ausbildung und Anordnung des Stabes 3, der an seinem dem Kolben 4 abgewandten Ende in einer Spannzange 17 festgelegt ist, die aus einer Hülse 19 und dreien darin angeordneten Spannbacken 18 besteht, die mittels einer an der dem Stab gegenüberliegenden Stirnfläche der Hülse 19 angeordneten Mutter 20 im Zusammenwirken mit einem Konus 35 zentrisch einspannbar ist. Die Spannzange 17 ist in der Höhe verstellbar, wobei sie in der jeweiligen Stellung durch einen Klemmring 21 gehalten wird, so daß der Stab 3 und mit ihm der Kolben 4 je nach Erfordernis in seiner vertikalen Position veränderbar ist.

Durch die Anordnung von drei Spannbacken 18 innerhalb der Hülse 19 wird erreicht, daß die bei der Orbitalbewegung des Stabes 3 auftretenden Kräfte in jedem Winkel des Kreisbogens gleich sind. Dadurch wird zusätzlich die exakte Einhaltung der Kreisbahn der Orbitalbewegung des Stabes 3 unterstützt.

Im Bereich des freien Endes des Stabes 3 ist die Vorrichtung mit drei in gleicher Ebene angeordneten Elektromagneten 12 versehen, die zueinander im gleichen Winkel, also im vorliegenden Fall im Winkel von 120° stehen und gegenüber dem eine Orbitalbewegung ausführenden Stab 3 ortsfest angeordnet sind.

Im Wirkbereich der Elektromagneten 12, deren Lage zueinander besonders deutlich aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist in dem Stab 3 ein Permanentmagnet 13 angeordnet, mit dem die Elektromagneten 12 in Wechselwirkung stehen.

Die Elektromagneten 12 sind in stetiger gleichgerichteter Folge nacheinander ein- und ausschaltbar, wobei sie so geschaltet sind, daß kurzzeitig zwei benachbarte gleichzeitig magnetisch sind, so daß sich für diese kurze Zeitspanne die Kraftwirkungen zwei Elektromagneten 12 überlagern.

Eine besondere Vereinfachung hinsichtlich eines Wechsels des Kolbens 4 bietet eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die ebenfalls aus der Fig. 2 ersichtlich ist.

Dabei ist der Kolben 4 an einem Aufnahmeflansch 23 festgelegt, in den eine Kugel 22 etwa zur Hälfte eingelassen ist.

Der Stab 3 weist an seiner freien Stirnseite eine zylindrische Offnung 24 auf, die den Permanentmagneten 13 beherbergt. Gleichzeitig ist aber zur Öffnungsseite hin soviel Platz, daß die Öffnung 24 die freie Kugelkalotte aufnehmen kann, wobei über die Magnetwirkung des Permanentmagneten 13 die Kugel 22 und mit ihr der Aufnahmeflansch 23 festgehalten wird. Die zugeordnete Stirnfläche des Aufnahmeflansches 23 stützt sich an der Stirnfläche des Stabes 3 ab.

In idealer Weise wird dadurch der Kolben 4 zwangsweise in eine vorbestimmte Position gebracht und arretiert. Gegenüber den bekannten Befestigungsmöglichkeiten des Kolbens 4 bietet dieses Vorrichtungsmerkmal eine erhebliche Arbeitserleichterung.

Zur Messung der Orbitalbewegung ist etwa im Mittenbereich des Stabes 3 eine Meßeinrichtung vorgesehen, die aus einem auf den Stab angeordneten Weicheisenring 16 einem demgegenüber ortsfest angeordneten Permanentmagneten 15 und einem ebenfalls ortsfest festgelegten und zwischen dem Weicheisenring 16 und dem Permanentmagneten 15 angeordneten Hallsensor 14 besteht.

Die Funktionsweise dieser Meßeinrichtung wurde zuvor schon beschrieben.

Die in der Beschreibung zur Fig. 1 bereits erwähnte Auswurfeinrichtung 7 ist detaillierter in der Fig. 4 dargestellt. Mit dieser Auswurfeinrichtung 7 besteht die Möglichkeit, nach erfolgter Messung der in dem Probengefäß 6 befindlichen Flüssigkeit diese zusammen mit dem Kolben 4 so zu entfernen, daß eine mögliche infizierende Berührung mit dem Kolben 4 ausgeschlossen ist.

Nach Beendigung des Meßvorgangs der Flüssigkeit wird der Aufnahmekopf 1 der Vorrichtung aus seiner Arbeitsstellung herausgeschwenkt,wobei gleich zu Beginn dieses Ausschwenkvorganges durch einen automatisch betätigten Microschalter ein in einem Hohlraum 32 des Lagerteiles 2 einliegender Elektromagnet 26 geschaltet wird.

An einem sich je nach Schaltung hin- oder herbewegenden Stößel 23 des Elektromagneten 26 ist eine Wippe 27 angelenkt, deren Drehachse 34 mit dem Lagerteil 2 verbunden ist und deren anderes Ende schwenkbar an einem Schieber 28 der Auswurfeinrichtung befestigt ist.

Dadurch wird gegenläufig zur Bewegungsrichtung des Stößels 33 der Schieber 28 betätigt.

Durch einen Führungsbolzen 29, der in dem Lagerteil 2 festgelegt ist und in einem Langloch 30 des Schiebers 28 geführt ist, wird die Auswurfeinrichtung längsverschiebbar arretiert.

Wie erwähnt, wird durch das Ausschwenken des Aufnahmekopfes 1 der Elektromagnet 26 betätigt, wobei der Stößel 33 angezogen wird. Durch die Wippe 27 wird der Schieber 28 in Richtung des Probengefäßes 6 bzw. des Kolbens 4 gedrückt, wobei sich ein gabelförmiger Niederhalter 31 des Schiebers 28 über den Aufnahmeflansch 23 schiebt und diesen mitsamt dem Kolben 4 in der Ausgangsposition hält.

Durch weiteres Ausschwenken des Aufnahmekopfes 1 wird gegen die Wirkung der Magnetkraft des Permanentmagneten 13 des Stabes 3 die Kugel 22 aus ihrer Verankerung gelöst, so daß die Öffnung 24 nun frei ist, um einen neuen Kolben zu plazieren. Das Probengefäß 6 zusammen mit dem einliegenden Kolben 4 kann nun entnommen und entsorgt werden, ohne daß eine Bedienungsperson mit der möglicherweise infektiösen Flüssigkeit in Berührung kommt.

Zusammen mit einer Startschaltung für die durchzuführende Messung wird der Elektromagnet 26 ausgeschaltet, so daß der Stößel 33 durch Federkraft aus seiner Position gedrückt und über die Wippe 27 der Schieber 28 derart verschoben wird, daß der neu in den Stab 3 eingesetzte Kolben 4 ungehindert in das Probengefäß 6 eintauchen kann.

Eine Verbesserung der Meßkurvendarstellung durch den Einsatz der neugestalteten Meßeinrichtung ist in der Fig. 5 dargestellt.

Die Ordinate A gibt dabei den Amplitudenausschlag wieder, während an der Abzisse f die Frequenz abzulesen ist, mit der der Stab 3 schwingt, wobei bei f0 die Bandbreitenmitte mit dem höchsten Amplitudenausschlag zu sehen ist. Die als Vollinie gezeichnete Kurve a bildet sich dann aus, wenn durch den Hallsensor 11 ein starker Gegenkopplungseffekt erzielt wird.

Dabei ist der Meßwert genauer an den Koordinaten ablesbar als bei der gestrichelt dargestellten Kurve b. Diese Kurve stellt sich dann ein,wenn durch den Hallsensor 14 ein Mitkopplungseffekt erzeugt wird.

Bezugszeichenliste:

1 Aufnahmekopf

2 Lagerteil

3 Stab

4 Kolben

5 Schalter

6 Probengefäß

7 Auswurfeinrichtung

8 Stoßdämpfer

9 Deckel

10 Küvettentisch

11 Kontaktstift

12 Elektromagnet

13 Permanentmagnet

14 Hallsensor

15 Permanentmagnet

16 Weicheisenring

17 Spannzange

18 Spannbacke

19 Hülse

20 Mutter

21 Klemmring

22 Kugel

23 Aufnahmeflansch

24 Öffnung

25 Gefäßaufnahme

26 Elektromagnet

27 Wippe

28 Schieber

29 Führungsbolzen

30 Langloch

31 Niederhalter

32 Hohlraum

33 Stößel

34 Drehachse

35 Konus


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit, insbesondere der Gerinnung von Blut, mit einem die Flüssigkeit aufnehmenden Probengefäß und einem in die Flüssigkeit eintauchenden Kolben, wobei das Probengefäß oder der Kolben am freien Ende eines einseitig eingespannten, vertikal verlaufenden Stabes angeordnet ist, der mittels im Abstand zu ihm festgelegter Elektromagnete in Schwingung versetzt wird, so daß das angeschlossene Probengefäß bzw. der Kolben eine Orbitalbewegung vollführen, die durch eine Meßeinrichtung meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei, in gleichem Winkel zueinander stehende Elektromagnete (12) vorgesehen sind, die in stetiger, gleichgerichteter Folge nacheinander ein- und ausschaltbar sind und jeweils in Wechselwirkung zu einem in dem Stab (3) angeordneten Permanentmagneten (13) stehen, wobei die Elektromagnete (12) so geschaltet sind, daß kurzzeitig zwei benachbarte gleichzeitig magnetisch sind und die sich durch die Zustandsänderung der Flüssigkeit verändernde Orbitalbewegung des Stabes (3) durch die mit einem Rechner gekoppelte Meßeinrichtung gemessen wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung aus einem zum Stab (3) ortsfest angeordneten Permanentmagneten (15), einem im Wirkungsbereich des Permanentmagneten (15) an dem Stab (3) festgelegten Weicheisenring (16) und einem zwischen dem Weicheisenring (16) und dem Permanentmagneten (15) ebenfalls ortsfest zum Stab (3) angeordneten und mit einem Verstärker versehenen Hallsensor (14) besteht.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) an einem Aufnahmeflansch (23) festgelegt ist, in dessen dem Kolben (4) abgewandter Seite eine Kugel (22) etwa zu ihrer Hälfte eingefügt ist, die in eine in der freien Stirnseite des Stabes (3) vorgesehene Öffnung (24) hineinragt, an deren Grund der Permanentmagnet (13) angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (3) mit seiner dem Kolben (4) abgewandten Seite in eine Spannzange (17) eingespannt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (17) drei, unter gleichem Winkel zueinanderstehende Spannbacken (18) aufweist, die in einer Hülse (19) angeordnet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (17) in Längsrichtung des Stabes (3) verschiebbar ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Stab (3) und die Meßeinrichtung in einem Aufnahmekopf (1) angeordnet sind und bei der der Aufnahmekopf (1) schwenkbar an einem Lagerteil (2) festgelegt ist, in dem das Probengefäß einliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (2) mit einem Schieber (28) versehen ist, der auf seiner dem Probengefäß (6) zugewandten Seite einen gabelförmigen Niederhalter (31) aufweist, der sich zu Beginn eines Ausschwenkvorganges des Aufnahmekopfes (1) teilweise über den Aufnahmeflansch (23) erstreckt.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schieber (28) mit einer Endseite eine Wippe (27) angelenkt ist, die mit ihrer Drehachse (34) am Lagerteil (2) festgelegt ist und mit ihrem anderen Ende drehbar an einem Stößel (33) eines Elektromagneten (26) befestigt ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lagerteil (2) ein Führungsbolzen (29) festgelegt ist, der ein Langloch (30) des Schiebers (28) durchtritt und diesen in Längsrichtung verschiebbar arretiert.






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