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Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Modifikation von Normal- und/oder Scherkräften


Kurzfassung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur wirkortfernen Erfassung und Modifikation von Normal- und/oder Scherkräften, wobei zusätzlich die Nachgiebigkeit der Vorrichtung und somit ihre Empfindlichkeit gegenüber einwirkenden Kräften eingestellt werden kann.


Hintergrund

Für bestimmte Anwendungen ist eine direkte Einleitung der Messgröße (hier Kräfte oder Drücke) auf die verwendeten Sensorelemente unerwünscht oder nur mit Aufwand möglich. In diesem Fall muss die Messgröße in eine andere, übertragbare mechanische oder elektrische Größe umgewandelt (transformiert) werden. Dies kann beispielsweise über die Änderung des Druckes eines kompressibles und/oder inkompressibles Mediums (mechanisch) oder durch Schließen eines elektrischen Kontaktes (elektrisch) realisiert werden.

Die Analyse des Standes der Technik hat ergeben, dass keine nachgiebigen Vorrichtungen zur wirkortfernen Erfassung und Modifikation von multidirektional wirkenden Kräften bekannt sind. Jedoch stellen solche Vorrichtungen für die Anwendung an der Mensch-Maschine-Schnittstelle (hier im speziellen bei der Dekubitusprophylaxe) eine Notwendigkeit dar. Die rechtzeitige Erkennung kritischer Kräfte (Normal- und Scherkräfte), die zwischen dem menschlichen Körper und einer Auflage auftreten, und ihre anschließende Minimierung bzw. Eliminierung, kann die Entstehung eines Wundliegegeschwürs vorbeugen und die Kosten für die Gesundheitsversorgung reduzieren.


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Lösung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein nachgiebiges System, bestehend aus einer 1. und einer 2. elastischen Teileinheit (Abb.1).

Die 1. elastische Teileinheit umfasst ein elastisches Mittelsegment mit einer ersten Steifigkeit und ein Deckelelement sowie ein Fußelement mit jeweils einer zweiten Steifigkeit, wobei die Steifigkeiten des Deckel- und des Fußelements um ein Vielfaches größer sind als die Steifigkeit des elastischen Mittelsegments.

Zwischen dem Deckelelement und dem elastischen Mittelsegment sowie auch zwischen dem Fußelement und dem Mittelsegment ist jeweils mindestens ein Abstandsdetektor mit einer dritten Steifigkeit angeordnet, wobei die Steifigkeit des Abstandsdetektors kleiner ist als die Steifigkeit des Mittelsegments und die Abstandsdetektoren mit der Sensoreinheit und der Hohlraum der zweiten Teileinheit mit einer Steuereinheit verbunden sind.

Die Abstandsdetektoren können bspw. als elektrische Taster oder als mit einem Fluid gefüllte Druckkammern (z. B. für Anwendungen, bei denen die Feld- bzw. Metallfreiheit im Kontaktbereich zum Nutzer

gewährleistet sein muss) ausgeführt werden. Bei den Letzteren werde die auftretenden Verformungszustände und somit die einwirkenden Kräfte, die diese Zustände hervorgerufen haben, anhand der Druckänderung in den Abstandsdetektoren erfasst. Befindet sich die 1. elastische Teileinheit im Grundzustand A, sind die Drücke in den Abstandsdetektoren untereinander gleich bzw. nahezu gleich (p11 ≈ p12 ≈ p21 ≈ p22) (Abb. 2a). Im Grundzustand B sind die Drücke in den diagonal gegenüberliegenden Abstandsdetektoren gleich bzw. nahezu gleich (p11 ≈ p22, p12 ≈ p21) (Abb. 2b). Liegt der Grundzustand C vor, so sind die Drücke in den untereinanderliegenden Abstandsdetektoren ähnlich groß (p11 ≈ p21, p12 ≈ p22) (Abb. 2c).


Vorteile

  • Wirkortferne Erfassung von Normal- und Scherkräften
  • Keine elektrisch leitenden Teile im Bereich des Messobjektes
  • Empfindlichkeitseinstellung für unterschiedliche Messachsen
  • Modifikation von auf eine Oberfläche einwirkenden Kräften

Anwendungsbereiche

  • Präventionstechnik bspw. Dekubitusprophylaxe
  • Greifertechnik

 

 


Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • DE 10 2019 123 701.7 anhängig

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr

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