DE19860881A1

DE19860881A1 - Kontinuumsdrucksensor

Info

Publication number: DE19860881A1
Application number: DE1998160881
Authority: DE
Original assignee: ROEBKE HARTMUT
Current assignee: ROEBKE HARTMUT
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2019-01-01
Also published as: DE19860881C2

Abstract

Bei der hier vorgelegten Vorrichtung namens Kontinuumsdrucksensor handelt es sich um eine Vorrichtung zur Messung von Drücken. Grundsätzlich kann es in zwei Bauweisen hergestellt werden. 1.) In der rohrförmigen Version eignet es sich für den Einsatz sowohl in als auch auf Leitungen der Technik, Medizin und Biologie. 2.) Die quaderförmige Version eignet sich für Druckmessungen auf Flächen von festen, elastischen und plastischen Körpern. DOLLAR A Bei beiden Bauformen können die zu messenden Drücke durch Fluide und granulare Materie hervorgerufen werden, die in Bewegung oder im Ruhezustand sind. Die quaderförmige Version ist ferner noch zusätzlich besonders für Druckmessungen geeignet, die durch stoßartige Kräfte (z. B. Auftreffen eines/einer Stabhochspringers/in auf dem Aufprallkissen) hervorgerufen werden. Andere Anwendungsgebiete dieser Version sind die experimentelle Strömungslehre (z. B. Strömungsdruck auf Hochhausfenster) oder die experimentelle Kfz-Schadensanalyse (z. B. Messung von Seitenaufprallkräften in PKW-Türen). DOLLAR A Zum Aufbau ist bei beiden Bauformen zu sagen, dass sie aus einer elastischen Hülle bestehen, die mit einem Fluid (z. B. Wasser oder Luft) oder granularer Materie (z. B. Mehl oder Sand) aufgeblasen werden können, damit sich ihre Oberfläche spannt und sie in einen einsatzfähigen Zustand kommen. DOLLAR A Die Druckmessungen erfolgen jeweils durch einzelne Druckmesszellen, die auf oder in Flächen positioniert sind, die den auftretenden Kräften (Strömungs-, ...

Description

Anwendungsgebiete: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung namens Kontinuumsdrucksensor entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Anwendungsgebiet: Messen von Drücken in und auf Leitungen der Technik, Medizin, Biologie und auf Oberflächen, von fasten und elastischen Körpern wie z. B.: Fensterflächen von Hochhäusern oder Antennen auf Fernsehtürmen, die von strömenden oder ruhenden Fluiden oder strömender oder ruhender granularer Materie sowie durch Stosskräfte (hervorgerufen z. B. durch einen PKW-Unfall oder der Fall eines Stabhochspringers auf's Aufprallkissen) hervorgerufen werden.

Stand der Technik

Nach meinen Erkenntnissen (Recherchen im PIC in Bielefeld) stellt sich der Stand der Technik durch die folgenden drei Schriften dar:
a) Patentschrift DE 41 31 257 C2.
b) Patentschrift DE 40 13 403 C2.
c) Gebrauchsmuster DE 296 02 065 U1.

Für Druckmessungen in Röhren bzw. geschlossenen Körpern und auf Oberflächen von Körpern und Leitungen gibt es bereits Anmeldungen, die verschiedenste Situationen messtechnisch erfassen.

Die in der Patentschrift DE 41 31 257 C2 beschriebene "Vor richtung zum Messen von auf eine Unterlage einwirkenden Druck" eignet sich laut Patentanspruch zum Messen von auf eine Unter lage einwirkenden Kräfte.

Ich zitiere den ersten Satz aus dem Patentanspruch:
"1. Vorrichtung zum Messen von auf eine Unterlage (1) ein wirkenden Druck mit wenigstens einer mit einem Fluid ge füllten geschlossenen Tasche (2) mit flexiblen Taschenwänden (9, 10), an die ein Kapillarschlauch (4) angeschlossen ist, an dessen freiem Ende eine Druckveränderung detektierende Auswertungseinrichtung angeschlossen ist, dadurch gekenn zeichnet,
dass auf der Unterlage (1) eine Vielzahl von Taschen (2) zu einer flächigen Matrix angeordnet ist, deren Kapillar schläuche (4) zusammengefasst aus dem Messfeld herausge führt und in jeweils eine Einführungsöffnung (22) eines Kupplungsblocks (21) eingeführt sind und dass die Auswertungs einrichtungen an die anderen Enden der Einführungsöffnungen (22) angeschlossen sind".

Grob gesprochen handelt es sich bei der in dieser Patent schrift beschriebenen Vorrichtung um eine Anlage, die einen auf eine Unterlage ausgeübten Druck misst und gleichzeitig ein optisches Signal, das im Zusammenhang mit dieser Druckmessung steht abgibt.

Die Patentschrift DE 40 13 403 C2 stellt eine bzgl. ihrer Anwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkte Vorrichtung vor. Es handelt sich hier laut Patentschrift um eine "Vorrichtung zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen Leitungen".

Ich zitiere den ersten Satz aus dem Patentanspruch:
"1. Vorrichtung (1) zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in flexiblen schlauch- oder kissenförmigen Leitungen oder Containern der Medizin Technik,

- mit zumindest einem Drucksensor (2); und
- mit zumindest einer Übertragungseinrichtung (4) zur wirkungs mässigen Kopplung der Leitung (5) und des Drucksensors (2), wobei die Übertragungseinrichtung (4) eine unbewegliche und eine bewegliche Platte (6 bzw. 7) aufweist, zwischen denen die Leitung (5) unter Vorspannung angeordnet ist, wobei die bewegliche Platte (7) die Kopplung mit dem Drucksensor (2) be wirkt, dadurch gekennzeichnet,
- dass eine Erkennungseinrichtung vorgesehen ist, die den Leitungstyp durch Ermittlung der Rückstellkraft in der Übergangszeit vom elastischen Zustand in den plastischen Zustand bestimmt,
- dass zur Erkennung eine Vergleichereinrichtung zum Vergleich zwischen dem ermittelten Druckverlauf und zuvor in einer Speichereinrichtung eingegebenen experimentell bestimmten Basis druckverläufen (B1 bis B3) unterschiedlicher Leitungstypen vor gesehen ist, und
- dass die Erkennung des jeweiligen Basisdruckverlaufes (B1 bis B3) durch Bestimmung eines Anfangsdruckgradienten (GA) pro Zeit einheit erfolgt".

Bei dieser Vorrichtung geht es vor allem darum, den Leitungstyp durch die Rückstellkraft zu bestimmen, d. h. grob gesprochen charakterisiert die Rückstellkraft den Leitungstyp.

Die Gebrauchsmusterschrift DE 296 02 065 U1 beschreibt eine Vor richtung mit dem Titel "Indirekte Druckmessung".

Ich zitiere den ersten Satz aus dem Patentanspruch:
"1. Vorrichtung zum indirekten Messen des Druckes von Flüssig keiten in einem Schlauchsystem, dadurch gekennzeichnet, dass der die Flüssigkeit führende Schlauch 1 durch den in einem Messrohr 2 mit Ausnehmung 4 liegenden Messschlauch 3 unter brochen wird und ein Stössel 5 durch diese Ausnehmung 4 den Messschlauch leicht nach innen drückt um die auf den Stössel durch den im Schlauch herrschenden Druck ausgeübte Kraft aufzunehmen und an ein Kraftmesssystem weiter zu leiten".

Bei dieser Vorrichtung geht es darum, den Druck in einem Rohr mit Hilfe der auf einen Kolben (Stössel genannt) ausgeübten Kraft zu ermitteln.

Nachteile des Standes der Technik a) DE 41 31 257 C2

1. Hoher apparativer Aufwand,
2. Eignet sich aufgrund von 1 (s. o.) bei medizinisch bio logischen Anwendung der Druckmessung schlecht für einen Einsatz im Körper- bzw. Pflanzeninneren.
Dies gilt insbesondere bei Langzeitmessungen und im Zusammenhang mit (Dosierungs-)Messungen bei Dauerim plantaten.
3. Eignet sich aufgrund der Konstruktion schlecht für den Einsatz in Röhren, Adern und ganz allgemein Transportsystemen der Physiologie.

b) DE 40 13 403 C2

1. Diese Vorrichtung eignet sich nur für den Einsatz in Situationen, bei denen die flexible Leitung von aussen her im zu untersuchenden Bereich soweit zugänglich ist, das die in der Patentschrift in Fig. 1 gezeichnete Vorrichtung montiert und betrieben werden kann.
Es ist davon auszugehen, das spätestens nach erfolgter Installation einer flexiblen Leitung die oben beschrie bene Zugänglichkeit nicht mehr gegeben ist.
2. Druckmessungen an den Oberflächen von um- bzw. ange strömten Körpern (z. B. Fensterflächen von Hochhäusern) sind mit dieser Vorrichtung nicht möglich.
3. Für Druckmessungen im medizinisch-biologischen Bereich ist diese Vorrichtung nicht geeignet.

c) DE 296 02 065 U1

1. Hoher technischer Aufwand bei der Installation der Mess vorrichtung gemäss Fig. 1 Gebrauchsmusterbeschreibung.
2. Rohrunterbrechung (Ausnehmung) erforderlich. Dies dürfte nicht immer zu realisieren sein.
3. Einsatz nur in Rohren möglich, Ausdehnung auf andere Anwendungsgebiete wie z. B. Druckmessungen auf Körper oberflächen oder im medizinisch-biologischen Bereich nicht oder nur schlecht möglich.

Aufgabe der Erfindung

1. Messung von Drücken, die von einem Fluid oder granularer Materie bei einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Strömung sowie im Ruhezustand erzeugt werden in und auf Leitungen der Technik, sowie die Druckmessung auf der Oberfläche von durch ein Fluid oder granulare Materie an- oder umströmten Körpern wie z. B. Fensterflächen von Hochhäusern (im Sturm bzw. bei einer Untersuchung im Windkanal), Hausdächer, Flugzeugflügel- u. Körper, Antennen auf Fernsehtürmen, sowie auf der Oberfläche von Körpern auf die eine stossartige Kraft einwirkt, wie z. B. beim Aufprall eines (Stab-) Hochpringers/SpringerIn auf die Auffangmatte, bei der Messung von (Seiten-)Aufprallkräften bei Crashtests in der Kfz- Technik (z. B. auf oder in PKW Türen) oder beim Aufprall eines Dummies auf das Lenkrad oder andere Teile eines PKW, LKW oder anderer Fahrzeuge (auch aus dem sportl. Bereich z. B. Rennbob).
2. Messung von Drücken die in der Medizin und der Biologie in und auf dort vorhandenen Leitungen (z. B. Adern, Harnleiter), sowie auf Oberflächen (z. B. Kräfte, die bei Muskelkontraktionen auftreten, Kräfte die auf einen/eine TurmspringerIn einwirken, wenn diese in's Wasser eintauchen); wobei die registrierten Kräfte in einem solchen Fall vergleichbar mit der Black-Box (Flugschreiber in Flugzeugen) während der Messung gespeichert und nach dem Abschluss der (sportlichen) Übung ausgewertet werden.
In diesem Zusammenhang sollte die Möglichkeit der Übertragung derartiger Messwerte per Funksignal während der Übung an die Auswertungselektronik ebenfalls ermöglicht werden.

Die wichtigsten Vorteile in Aufgabenform

Zu Pkt. 1) Die wichtigsten Vorteile der Druckmessung in und auf Leitungen in der Technik sowie in röhrenartigen Transportkanälen in Medizin und Biologie bestehen darin, dass:
1. Der Druck nicht nur an einer bestimmten Position einer der Druckmesszellen gemessen wird, sondern das hier bezogen auf die Ausdehnung des Kontinuumsdrucksensors einer räumliches Druckprofil gemessen wird.
2. Es werden nicht nur dynamische sondern auch statische Drücke gemessen, sofern die Strömung innerhalb des Sensors zur Ruhe kommen sollte.
3. Auch ist die Messung von Drücken in granularer Materie möglich, selbst wenn diese zum Klumpen (sog. Cluster bildung) neigt und deshalb eine lückenhafte Ausfüllung des Kontinuumsdrucksensors vorliegen sollte; denn aufgrund der Anzahl und Anordnung der Druckmesszellen im Kontinuumsdruck sensor ist davon auszugehen, das stets ein für die jeweilige Situation charakteristisches Messergebnis erzielt werden kann.
4. Die Vorteile im medizinisch-biologischen Bereich liegen darin, dass aufgrund der Anordnung der Druckmesszellen eine interessante Auflösung der Druckverteilung nicht nur bzgl. der jeweiligen Querschnitts die mit Druckmesszellen bestückt sind, sondern auch automatisch über die Länge des Kontinuums drucksensors erzielt werden kann.
5. Es ist auch möglich die Druckentwicklung in an schwellenden Leitungen der Technik, Medizin und Biologie zu messen, beispielsweise bei einen anschwellenden Muskel.
Zu Pkt. 2) Das zweite Einsatzgebiet ist die Druckmesstechnik von durch Fluide und granulare Materie an oder umströmten Körper oberflächen sowie die Druckmesstechnik von Einwirkungen auf Oberflächen (z. B. im Bereich des experimentellen Strömungs lehre oder der experimentellen Kfz-Technik oder der von Messungen im Bereich der Sportmedizin).
Zu diesem Zweck werden Druckmesszellen auf oder in der Ober fläche eines von einem Fluid oder granularer Materie (auch Füllstoff genannt) aufgeblasenen quaderförmigen Körpers (Kissen) positioniert.
Der Vorteil besteht hier darin, das über einen u. U. grossen Querschnitt eine Aussage über die ein wirkenden Drücke gemacht werden kann. Sollten Dämpfungseigenschaften verschiedener Füll stoffe u. U. in einer ganz bestimmten Reihenfolge interessieren, können mehr quaderförmige Kissen mit der gewünschten Füllung und Dicke in der entsprechenden Reihenfolge übereinander gelegt werden, um auf diesem Weg die individuellen Dämpfungseigen schaften zu messen.

Lösung der Aufgaben

Lösung der 1ten Aufgabe: Druckmessungen in und auf Leitungen in Technik, Medizin und Biologie. Diese Aufgabe wird durch einbringen eines aufblasbaren rohrförmigen auf oder in seiner Innenfläche mit Druckmesszellen bestückten u. U. mehrschichtigen Kontinuumsdrucksensor in den auszumessenden Bereich der Leitung der Ader oder anderer Leitungssysteme gelöst. Bei Druckmessungen auf flexiblen Leitungen wird der Kontinuumsdrucksensor auf dem Umfang der Leitung deren Druck gemessen werden soll plaziert.
Bei mehrschichtigen Kontinuumsdrucksensoren ist es möglich jede Schicht separat mit dem gewünschten Füllstoff (Fluid oder granulare Materie) aufzublasen, nachdem es in einen bereits vorhandenen Sensorkörper eingefügt wurde. Die Druckmess zellen befinden sich auf oder in der Oberfläche der jeweiligen Schicht.
Lösung der 2ten Aufgabe: Druckmessungen an Oberflächen, die an- oder umströmt werden oder auf die stossartig eine Kraft einwirkt, wird folgendermassen gelöst:
Es werden ein oder mehrere von einem Fluid oder granularer Materie gefüllte den Aufgaben entsprechend geformte meist quaderförmige Kontinuumsdrucksensoren auf oder in ihrer Ober fläche mit Druckmesszellen bestückt.

Vorteile der Erfindung

1. Es liegt ein einfaches Ursache-Wirkungsprinzip vor.
2. Dieser Kontinuumsdrucksensor wird aus wenigen Teilen aufgebaut.
3. Dieser Sensor kann in seinen unterschiedlichen Aus führungen und Anwendungsweisen für Aufgabenstellungen in verschiedenen Grössenordnungen gebaut werden.
Es seien nur einige Beispiele aus den Bereichen Medizin, Biologie und Technik erwähnt:
- a) Urologie: Messtechnische Untersuchung des Harnleiter systems (Langzeitmessungen werden hier durch Dauer implantate möglich).
- b) Experimentelle Strömungslehre: Messung des Winddrucks auf Fensterflächen von Hochhäusern im Sturm oder Windkanalversuch und von PKW Windschutzscheiben im Windkanalversuch.
- c) Dynamische Untersuchungen im Sport: Messung des Druck's beim Eintauchen eines Turmspringers/SpringerIn in's Eintauchbecken, sowie bei der Druckverteilung von Muskelkontraktionen.
4. Der Einsatz von schichtartig aufgebauten Kontinuumsdruck sensoren erlaubt es sowohl in der röhrenförmigen als auch in der quaderförmigen Hauart Dämpfungseigenschaften der Füllmaterialien auf dem Weg über die gemessenen Drücke zu bestimmen.
5. Bei Messungen in Rohren, flexiblen Leitungen und anderen Leitungssystemen kann der Füllstand bzw. die Ausfüllung des gesamten Querschnitts mit der strömenden oder ruhenden Materie festgestellt werden.
6. Ferner kann bei den (in 5) erwähnten Messungen in Leitungen auch der Strömungsdruckverlauf auf einer Strecke die durch den Abstand der am weitesten von einander entfernten Druckmesszellen bestimmt ist ermittelt werden, was wiederum Hinweise auf eine bereits eingetretene oder kurz vor dem Auftreten stehende Turbulenz oder eine Strömungsablösung von der Innenwand geben kann.
7. Die quaderförmigen Kontinuumsdrucksensoren eignen sich auch für die Messungen der Drücke von Einzel kräften und deren Verteilung über Querschnitt und Tiefe des mit Druckmesszellen bestückten Gebietes.

Beispielbeschreibung der Patentanmeldung Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Der hier beschriebene Kontinuumsdrucksensor hat je nach Hauform zwei verschiedene Einsatzbereiche, Aufbau und Funktionsprinzip sind in beiden Einsatzbereichen ähnlich.

Fig. 1, 2 zeigen einen einschichtigen (einwandigen) Kontinuumsdrucksensor in Röhrenform, der für den Einsatz in und auf technischen, medizinischen und biologischen Leitungen geeignet ist.

Fig. 3 zur Aufbau- und Einsatzbeschreibung von Messungen an Körperoberflächen. Es handelt sich hier um einen einschichtigen Aufbau eines quaderförmigen Kontinuumsdrucksensors.

Fig. 4 ist der mehrschichtige Aufbau eines quaderförmigen Kontinuumsdrucksensors dargestellt. Hier mit drei Schichten.

Fig. 5, 6 ist am Beispiel eines zweischichtigen Modells der Aufbau eines mehrschichtigen röhrenförmigen Kontinuumsdrucksensors dargestellt.

Fig. 7 zeigt schliesslich in einem Halbschnitt den möglichen Einbau einer Druckmesszelle in der Schicht eines röhrenförmigen Kontinuumsdrucksensors.
Diese Art der Anordnung einer Druckmesszelle in einer Schicht ist so auch bei quaderförmigen Kontinuumsdrucksensoren möglich.

Der Kontinuumsdrucksensor für den Einsatz in und auf Leitungen besteht aus einem rohrförmigen Körper (Fig. 1), der in (Fig. 2) im Schnitt dargestellt ist und an oder in dessen Oberfläche (22) die einzelnen Druckmesszellen (2) positioniert sind.

Anzahl und Anordnung sowie die Distanz zwischen erster und letzter Druckmesszelle (bzw. den am weitesten auseinanderliegen den Druckmesszellen) müssen individuell für die jeweilige Auf gabe festgelegt werden.

Die gemessenen Drücke werden entweder durch ein Kabel (5) zur Auswertungselektronik übertragen, sofern dies die Funktion des zu untersuchenden Systems und die Messung selbst nicht stört, und das Kabel durch die Strömung oder andere Einflüsse nicht beschädigt werden kann.

Sollte dies allerdings der Fall sein, werden die aufgenommenen Druckmesswerte an eine im Sensorkörper (4) plazierte Black-Box (12) weitergeleitet, dort gespeichert und nach dem Ende der Messungen ausgewertet.

Sollte es erforderlich werden, so können die Druckmesswerte auch per Funk zur Auswertungselektronik übertragen werden.

Der Innenraum des Sensorkörpers (4) kann erst dann mit einem strömenden Medium (7) wie einem Fluid (z. B. Wasser, Öl, Luft) oder granularer Materie (z. B. Kaffeebohnen, Kaffeemehl, Salz, Zucker, Erbsen, Pillen oder Zäpfchen) durchströmt werden, wenn die äussere Oberfläche (3) des Kontinuumsdrucksensors dicht und fest genug an der Innenseite der Leitungsoberfläche (Fig. 7, Position 18), z. B. der Innenseite eines Rohres dessen Druck im durchströmten Zustand gemessen werden soll anliegt, so dass ein weg oder verrutschen auszuschliessen ist.

Dasselbe gilt für Druckmessungen auf Leitungen, allerdings muss in einem solchen Fall die auf der Leitung liegende Ober fläche (11) einen festen Sitz haben.

Um diese Fixierung zu erreichen, kann die äussere Oberfläche (3) beispielsweise mit einem Profil, vergleichbar dem Profil eines Fahrradschlauchs versehen werden.

Ferner besteht die Möglichkeit, diese Oberfläche (3) so zu Beschichten, das Adhäsionskräfte für einen genügend starken Halt des Sensorkörpers in der Leitung sorgen.

Entsprechendes gilt für die Fläche (11), wenn beispielsweise der Druck in einer flexiblen Leitung gemessen werden soll.

Um Strömungsturbulenzen im Ein- und Auslaufbereich des Kontinuumsdrucksensors zu vermeiden oder zu verringern wird der Sensorkörper mit einer Phase (Schräge) (6) ver sehen. Sie ist Bestandteil des Sensorkörpers, (Fig. 2, Position 6), und wird mit diesem zusammen am Einsatzort der Messung aufgeblasen, um so ihre Form und Funktionstüchtig keit zu erreichen.

Um es noch einmal zu sagen Phase (6) und Sensorkörper (4) bilden einen gemeinsam aufzublasenden Gegenstand.

Für den messtechnischen Einsatz auf Leitungen ist diese Phase nicht erforderlich.

Das Aufblasen mit einem Füllstoff geschieht entweder mit einem Fluid (z. B. Wasser, Luft) oder mit granularer Materie (z. B. Mehl, Schaumstoff, Styropor) je nach dem, was für den betreffenden Zweck am besten geeignet ist.

Dabei wird der Füllstoff durch die Öffnung an der Stirnseite (1) eingepumpt (1), um dem Sensorkörper seine Form und seine Funktionstüchtigkeit zu geben.

Nach dem Ende der Messungen wird der Füllstoff durch die Öffnung (1) wieder abgesaugt. Der Sensorkörper erschlafft und wird dann aus der Leitung dessen Strömungsdruck gemessen werden sollte zusammen mit dem Übertragungskabel (5) herausgenommen, sofern diese und nicht eine Black-Box (12) benutzt wurden.

Diese Art der Druckmessung lässt sich aber noch dahingehend erweitern, dass der Kontinuumsdrucksensor mehrere Wandungen erhält, wie dies z. B. in den Fig. 5, 6 für rohrförmige Sensorkörper dargestellt ist.

Hinweis auf den Zusammenbau: Bei einem mehrschichtigen rohr förmigen Sensorkörper wie er in den Fig. 5, 6 dargestellt ist, werden die einzelnen mit Druckmesszellen bestückten Sensorkörper im schlaffen Zustand in den Bereich der Leitung gebracht, in dem die Messung stattfinden soll, und dann mit dem jeweiligen Füllstoff aufgeblasen. Ist der direkt an der Leitung anliegende Sensorkörper aufgeblasen (Fig. 6, Position 4) wird im schlaffen Zustand der in ihm liegende Sensorkörper (Fig. 6, Position 16) plaziert und dann mit dem ausgewählten Füllgut aufgeblasen.

Bei der Positionierung von Sensoren auf Leitungen wird zuerst die auf der Leitung liegende Schicht, (Fig. 6, Position 16), über die Leitung geschoben und dann mit Füllgut aufgepumpt, bis ein fester Sitz des Sensors vorliegt, der für die Druckmessung nötig ist. Sofern erforderlich können weitere Schichten auf diese Weise plaziert werden.

Es besteht jetzt die Möglichkeit die einzelnen mit Füll stoffen aufgeblasenen Schichten nicht nur mit jeweils ver schiedenen Füllstoffen aufzublasen, um so deren Dämpfungs eigenschaften zu messen; sondern darüberhinaus die Schicht dicke dem jeweiligen Problem angepasst zu wählen.

Bei der Auswertung derartiger Messergebnisse von mehrschich tigen Kontinuumsdrucksensoren sowie von Einschichtigen kontinuumsdrucksensoren die Druckmessungen auf Leitungen durchführen ist allerdings zu Berücksichtigen, das aufgrund der Einspannung zwischen zwei oder mehr Schichten eines Sensors oder zwischen Sensor und Rohr die Druckmesszellen schon mit Überdruck beaufschlagt sind, bevor aufgrund einer Strömung oder einer Ausdehnung einer flexiblen Leitung ein Druck gemessen werden konnte.

Selbstverständlich ist die Auswertung in solchen Fällen so zu gestalten, das dieser Überdruck, bei der Auswertung der Messer gebnisse entsprechend zu berücksichtigen ist.

Die Übertragung der gemessenen Drücke an die Auswertungs elektronik erfolgt auch hier entweder über Kabel (5) (ein Kabel pro Schicht) oder mit Hilfe der Boxen (12) (jeweils eine Box zur Speicherung der Drücke einer Schicht).

Hinweis zur Befestigung: Die Druckmesszellen können je nach Festigkeitsanforderung auf der Innenseite (11) der rohrförmigen Sensorkörper z. B. aufgeklebt, auf Saugnäpfen befestigt und dann angedrückt, festgebunden oder sich in speziellen Aussparungen befinden, wie dies in (Fig. 7, Position 2) dargestellt ist, um so der auszumessenden Strömung einen geringeren Widerstand entgegenzusetzen. Diese Möglichkeiten der Befestigung von Druck messzellen werden auch für den Einsatz quaderförmiger Rontinu umsdrucksensoren vorgeschlagen. Diese Befestigungsmöglichkeiten gelten auch für den Einsatz von Sensoren bei Druckmessungen auf flexiblen Leitungen.

Die elektrischen Leitungen der einzelnen Druckmesszellen befinden sich in der Sensorwand (Fig. 7, Position 4).

Der Aufbau von quaderförmigen Kontinuumsdrucksensoren, (Fig. 3 und 4), die für Druckmessungen auf an- und umströmten Ober flächen benutzt werden können ist prinzipiell derselbe wie der bei den rohrförmigen Kontinuumsdrucksensoren, die für Druck messungen in und um- bzw. auf Leitungen der Technik, Medizin und Biologie geeignet sind.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, das grobgesprochen der rohrförmige Körper, (Fig. 1), aufgeschnitten und zu einer quaderförmigen Gestalt, (Fig. 3), auseinandergeklappt wird.

Dies gilt nicht nur für den einschichtigen Aufbau, (Fig. 3), sondern auch für den mehrschichtigen Aufbau, (Fig. 4).

Der mehrschichtige Aufbau erfüllt auch hier denselben Zweck, wie bei der rohrförmigen Version. Es geht auch hier um die Messung von Dämpfungseigenschaften verschiedenster Füllstoffe, die mit Hilfe von Druckmessungen durch in verschiedenen Schichten positionierten Druckmesszellen, (Fig. 4, Positionen 8, 9, 10) realisiert werden.

Dies gilt nicht nur für die Druckmessungen bei Um- und Anström vorgängen durch Fluide und granulare Materie, sondern auch für die Druckmessungen die durch Einwirkung von Stosskräften (z. B. wenn ein/e StabhochspringerIn auf das Auffangkissen prallt).

Legende zu den Fig. 1 bis 7 Titel der Figuren

Fig.

1 Einschichtiger (bzw. einwandiger) rohrförmiger Konti nuumsdrucksensor.

Fig.

2 Längsschnitt A-B durch einen einschichtigen rohr förmigen Kontinuumsdrucksensor.

Fig.

3 Einschichtiger quaderförmiger Kontinuumsdrucksensor.

Fig.

4 Dreischichtiger quaderförmiger Kontinuumsdrucksensor.

Fig.

5 Zweischichtiger rohrförmiger Kontinuumsdrucksensor im Querschnitt senkrecht zur Längsachse.

Fig.

6 Zweischichtiger rohrförmiger Kontinuumsdrucksensor im Längsschnitt.

Fig.

7 Halbschnitt eines einschichtigen rohrförmigen Kontinu umsdrucksensors, der in einer Leitung plaziert ist, mit in seiner Wand angebrachter Druckmesszelle.

Hinweis:
In der nachfolgenden Liste der Bezeichnungen wird der Einfach heit halber statt Kontinuumsdrucksensor nur Sensor geschrieben.

Die Bezeichnungen im einzelnen

1

Öffnung zum einblasen und absaugen des Füllstoffs.

2

Position einer Druckmesszelle.

3

Äussere Oberfläche eines rohrförmigen Sensors. Bei Messungen in Leitungen stellt diese Fläche auf der Innen seite der Leitung. Bei Messungen mit quaderförmigen (

Fig.

3

,

4

) Sensoren auf Körpern liegt diese Fläche auf der Körperoberfläche auf.

4

Wandschicht eines Sensors bei rohrförmigen und quader förmigen (einschichtigen) Sensoren. Bei mehrschichtigen rohr förmigen Sensoren ist dies stets die äusserste Schicht.

5

Kabel, das die gemessenen Drucksignale zur Auswertungselek tronik leitet.

6

Phase (Schräge).

7

Strömendes oder ruhendes Fluid oder granulare Materie. Bei Druckmessungen mit rohrförmigen Sensoren auf flexiblen Leitungen liegt in diesem Bereich die zu untersuchende Leitung.

8

,

9

,

10

Druckmesszellen, die in oder auf der ersten, zweiten und dritten Schicht - von oben gezählt - eines drei schichtigen quaderförmigen Sensors plaziert sind.

11

Innere Oberfläche eines rohrförmigen Sensors. Bei Druckmessungen in Leitungen tritt das strömende oder ruhende Fluid oder die strömende oder ruhende granulare Materie mit dieser Fläche in Kontakt. Bei Druckmessungen auf Leitungen liegt diese Fläche auf der zu untersuchenden Leitung.

12

Black-Box. Einrichtung zur Speicherung von Druckmesswerten.

13

Grenzschicht. Äussere und innere Sensorschicht treffen hier aufeinander.

14

Druckmesszelle auf der Innenseite der äussersten Wand schicht eines rohrförmigen zweischichtigen Sensors.

15

Druckmesszelle auf der Innenseite der innersten Wand schicht eines rohrförmigen zweischichtigen Sensors.

16

Innerste Wandschicht bei einem rohrförmigen zweischichti gen Sensor.

17

Mittelachse der Leitung in die ein einschichtiger rohr förmiger Sensor eingebaut ist.

18

Halbschnitt durch die Wandung einer Rohrleitung, an deren Innenseite ein einschichtiger rohrförmiger Sensor plaziert ist.

19

,

20

,

21

Oberste mittlere und untere Schicht - in dieser Reihenfolge - von oben nach unten eines quader förmigen dreischichtigen Sensors.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen von Drücken in und auf Leitungen der Technik Medizin und Biologie insbesondere in Rohren, Schläuchen und flexiblen Leitungen, deren Querschnitt wenigstens teilweise von einem Fluid oder granularer Materie kontinuierlich oder diskontinuierlich durchströmt wird oder deren Querschnitt wenigstens teilweise von einem Fluid oder granularer Materie ausgefüllt wird, wenn diese sich im statischen Zustand befinden;
sowie zum Messen von Drücken die auf der Oberfläche von flex iblen Leitungen und Schläuchen insbesondere wenn eine Ausdeh nung des Querschnitts auftritt;
sowie zur Messung von Drücken auf der Oberfläche von durch ein Fluid oder granulare Materie kontinuierlich oder diskontinuier lich an- oder umströmten Körpern;
aber auch zur Messung von Drücken die durch stossartig wirkende Kräfte auf der Oberfläche von festen, elastischen und plastischen Körpern wirken,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesszellen auf, (Fig. 1, Position 2), oder in, (Fig. 7, Position 2) der Oberfläche, (Fig. 1, Position 11), eines elastischen durch Fluide oder granulare Materie auszufüllenden Hohlkörpers der Röhren oder Quaderform, (Fig. 3, Position 2) haben kann, angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Sensorkörper, (Fig. 1 und 2, Position 4) durch ein je nach Aufgabenstellung am besten geeigneten Füllstoff (z. B. ein Fluid wie Wasser oder Luft; granulare Materie wie z. B. Sand, Mehl, Schaumstoff oder Styroporkörper) soweit ausgefüllt wird, dass der Sensorkörper, (Fig. 1 und 2, Po sition 4) einen festen Sitz für die Messung hat und die ange strömte Fläche, (Fig. 1 und 2, Position 11) bei rohrförmigen Sensorkörpern oder bei quaderförmigen Sensorkörpern, (Fig. 3, Position 11) straff gespannt ist und somit Turbulenzen, Wirbelbildungen und Strömungsablösungen vermieden oder gering gehalten werden, um so die Strömung durch die Druckmessung so wenig wie möglich zu beeinflussen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichet, dass das Füllmaterial, das die Rohrwandung, (Fig. 1 und 2, Position 4) oder den quaderförmigen Sensorkörper, (Fig. 3, Position 4) ausfüllt durch eine Öffnung (1) in die jeweiligen Sensorkörper gepumpt und durch diese auch abgesaugt werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Anzahl und Anordnung der Druckmesszellen, (Fig. 1, 2 und 3, Position 2) dem jeweiligen Problem entsprechend individuell gewählt werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesswerte entweder über Kabel (5) zur Auswertungs elektronik befördert werden, oder aber, wenn dies nicht prakti kabel sein sollte, in einer Black-Box (12) genannten elektro nischen Einrichtung gespeichert werden und dann nach Abschluss der Messungen ausgewertet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Black-Box (12) genannte Einrichtung die gespeicherten Druckmesswerte während oder nach der Messung drahtlos an eine Einrichtung zur Speicherung und Auswertung ausserhalb des Systems Sensor und Strömung weitergeben kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die rohrförmigen Sensoren, (Fig. 5, 6) als auch die quaderförmigen Sensoren, (Fig. 4) aus mehreren Schichten, (Fig. 6, Position 4 und 16) sowie, (Fig. 4, Position 19, 20, 21) aufgebaut sein können, von denen jede einzelne durch eine Öffnung (1) mit Füllstoff aufgepumpt werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das die einzelnen Schichten eines Sensors eine dem Verwendungs zweck angepasste unterschiedliche Dicke aufweisen können und auch durch unterschiedliche Füllstoffe aufgepumpt werden können.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die rohrförmigen Sensoren als auch die quaderför migen Sensoren mit Phasen (Schrägen), (Fig. 2 und 6, Position 6) und (Fig. 3 und 4, Position 6), versehen sind, die die Turbulenz entstehung Wirbelbildung und Strömungsablösungen verhindern oder vermeiden sollen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht, die mit der Leitung oder dem Körper an dem Druckmessungen durchgeführt werden sollen in Kontakt tritt entweder über ein Profil verfügt, vergleichbar dem eines Fahrradreifens und oder mit einer Beschichtung versehen ist, die aufgrund der Ausnutzung von Adhäsionskräften für eine Haftung des Sensors in der Leitung, auf der Leitung oder der Oberfläche des jeweiligen Körpers sorgen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie in dem Fall, in dem ein Halten während der Messung durch die unter Punkt 10 beschriebenen Eigenschaften in Zusammenhang mit einem Anpressdruck an die Oberfläche, die mit dem Sensor in Kontakt tritt, der z. B. durch das Auf blasen des Sensors hervorgerufen werden könnte, nicht für den nötigen Halt während der Messung sorgt, in einem Rahmen, einem Netz oder einem Sack während der Messung gehalten wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wände der Sensoren sowohl beim röhren- als auch beim quaderförmigen Sensor aus elastischem Material bestehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesszellen mit denen die Sensoren bestückt sind auf den sie tragenden Schichten aufgeklebt, durch Wirkung von Saugnäpfen festgedrückt, festgebunden oder wie in, (Fig. 7, Position 2) in einer Aussparung, positioniert werden, die sich in der Schicht, (Fig. 7, Position 4) befindet.