DE102008002925A1

DE102008002925A1 - Druck- und Dehnungsmessung bei Flächengebilden

Info

Publication number: DE102008002925A1
Application number: DE102008002925A
Authority: DE
Inventors: Gunther Dr. Lengl
Original assignee: W Zimmermann GmbH and Co KG
Current assignee: W Zimmermann GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: DE102008002925B4

Abstract

Beschrieben wird eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Dehnung oder Druckbeaufschlagung eines flächigen Materials. Die Anordnung umfasst eine Flächenstruktur, die in Verbindung mit dem flächigen Material angeordnet ist oder das flächige Material bildet, welche Flächenstruktur zumindest in einer Richtung definierte elastische Eigenschaften aufweist und zumindest ein elektrisch leitfähiges Erregerelement (11) und zumindest ein elektrisch leitfähiges Detektionselement (12) trägt, wobei die elastischen Eigenschaften der Flächenstruktur eine Änderung der relativen Lage von Erregerelement und Detektionselement zueinander bei Druckbeaufschlagung und/oder Dehnung ermöglichen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Dehnung eines Flächengebildes und/oder der Druckeinwirkung auf ein Flächengebilde.
Stand der Technik
Am menschlichen Körper werden Sensoren für unterschiedlichste Zwecke eingesetzt. Dies betrifft den medizinischen Bereich, den Sportbereich und den Automobilbereich. Um eine aufwändige und umständliche Verkabelung zu vermeiden und die Anwendungsfreundlichkeit zu steigern, werden die Sensoren mit den zugehörigen elektrischen Verbindungen zunehmend in Textilien integriert. Typische Sensoren sind Biege- oder Dehnungssensoren zur Überwachung von Bewegungen. Andere Sensoren dienen z. B. zur Pulsmessung, zur Überwachung des Herzschlags und zur Überwachung der Atmung.
In der US 7,145,432 wird ein Drucksensor offenbart, der auf einem Polymer mit eingebetteten leitfähigen Partikeln beruht. Bei lokalem Druck ändert sich der Widerstand der Polymerschicht. Bei dem Aufbau handelt es sich um ein Sandwich aus Elektroden mit dem als Sensor eingesetzten Polymer. Diese Anordnung kann auch in Kleidungsstücken zum Einsatz kommen. Der Aufbau selbst muss allerdings separat in die Kleidungsstücke integriert werden und ist als nicht textiler Fremdkörper in diese eingearbeitet. Dehnungen können mit dieser Anordnung nicht gemessen werden.
Ein textiler Drucksensor mit Fäden, die mit einem partikelbeladenen Polymer beschichtet sind, wird in der DE 10 2005 055 842 A1 offenbart. Diese Drucksensoren können wegen ihres fadenförmigen Aufbaus textiltechnisch leichter verarbeitet werden und werden vor allem in Strümpfen eingesetzt. Dehnungen sind mit diesem Aufbau allerdings nicht messbar.
Eine Dehnungsmessung in einem Textil wird in der DE 10 2004 030 261 A1 beschrieben. Sie beruht ebenfalls auf partikelgefüllten Polymeren, die streifenförmig ausgeführt sind und bei Dehnung ihren Widerstand verändern. Der Dehnungssensor muss wiederum im Textil separat eingebettet werden.
Ein Dehnungssensor mit textiler Haptik, der leitfähige Garne in einem Flächengebilde verwendet, wird in der DE 10 2004 025 237 A1 beschrieben. Es wird ein Flächengebilde hergestellt, wobei unterschiedliche textiltechnische Herstellungsverfahren wie Weben, Wirken oder Stricken eingesetzt werden, um die einzelnen elektrisch leitenden Fäden so anzuordnen, dass das erzeugte textile Flächengebilde ein dehnungsabhängiges Widerstandsverhalten zeigt. Die physikalische Grundlage hierfür besteht darin, dass sich bei Dehnung die Zahl der Berührpunkte des Leiters ändert, was zu einer Änderung des Gesamtwiderstands führt. Um eine definierte Widerstandsänderung zu erhalten, müssen allerdings mehrere leitende Fäden in das Flächengebilde miteinbezogen werden, was zu einer Mittelung der Einzelwiderstände und erst dadurch zu einer stabilen Messgröße führt. Außerdem kann das Messergebnis durch Feuchtigkeit verfälscht werden.
Bei den oben genannten Sensoren handelt es sich also einerseits um nicht-textile Elemente, die separat in Kleidungsstücke eingearbeitet und im Bedarfsfall mit Stoff ummantelt werden, und andererseits um fadenförmige „Bausteine", die einzeln oder als Fläche im textilen Gewebe Sensoreffekte zeigen, wobei ausschließlich der elektrische Widerstand zur Detektion ausgenutzt wird.
Bedarf besteht weiterhin an einem Verfahren zur Bestimmung der Dehnungsänderung von textilen Flächengebilden, das mit Hilfe eines Sensors mit textiler Haptik durchgeführt werden kann und eine hohe Messgenauigkeit aufweist. Der Sensor sollte durch übliche textiltechnische Verfahren direkt in Textilprodukte integriert werden können und die üblichen Anforderungen an Textilien wie z. B. Waschbarkeit, Resistenz gegen Schweiß oder Lebensmittel erfüllen. Da der Sensor auch nahe am menschlichen Körper getragen werden soll, muss er gegenüber Feuchtigkeit bzw. Nässe unempfindlich sein.
Darstellung der Erfindung
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Dehnungsänderung von oder Druckeinwirkung auf Flächengebilde bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Beispielen und den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung von auf ein flächiges Material einwirkendem/r Druck/Dehnung weist eine Flächenstruktur auf, die in Verbindung mit dem flächigen Material angeordnet ist oder das flächige Material bildet. Wesentlich ist, dass die Flächenstruktur in zumindest einer Richtung, z. B. parallel und/oder normal zur Fläche definierte elastische Eigenschaften aufweist. Die Flächenstruktur trägt zumindest ein elektrisch leitfähiges Erregerelement und zumindest ein elektrisch leitfähiges Detektionselement. Die Druckbeaufschlagung oder Dehnung führt aufgrund der elastischen Eigenschaften der Flächenstruktur zu einer Änderung der relativen Lage von Erregerelement und Detektionselement zueinander, die als Maß für die Druckbeaufschlagung oder Dehnung gemessen werden kann.
Das Erregerelement und das Detektionselement bilden eine induktive Messanordnung, wobei die induktive Ankopplung des Detektionselements stark von der relativen Lage der beiden Element abhängt. Eine Änderung der relativen Lage ist somit deutlich als Änderung in der induktiven Ankopplung zu erkennen.
Die elektrische Ansteuerung des Erregerelements enthält vorzugsweise eine Wechselspannungsquelle zur Speisung des Erregerelements. Weiterhin ist der Ausgang des Detektionselements vorzugsweise auf eine Verstärker- und Filteranordnung gelegt, die insbesondere als Lock-In-Verstärker ausgebildet ist. Auf diese Weise erhält man eine effektive Filterung von Störsignalen, wohingegen eine gute Verstärkung des schwachen elektrischen Induktionssignals in dem Detektionselement erzielt wird. Der bevorzugte Lock-In-Verstärker kann kompakt und kostengünstig als digitaler Signalprozessor ausgebildet sein.
Falls die Anordnung in einer Umgebung mit vielen Störfrequenzen genutzt wird, ist eine Scannerschaltung vorteilhaft, die unterschiedliche mögliche Betriebsfrequenzen für die Einspeisung in das Erregerelement abscannt und die Speisespannung für das Erregerelement und entsprechend die Bandpassfrequenz einer Verstärker- und Filteranordnung für das Detektionselement, insbesondere eines Lock-In-Verstärkers auf eine Frequenz einstellt, bei der mittels einer Erfassungsschaltung wenig Störsignale detektiert werden. Die Anordnung stellt sich damit selbsttätig auf einen gering gestörten Frequenzbereich ein, was die Betriebszuverlässigkeit erhöht. In diesem Fall stellt vorzugsweise die Scannerschaltung die Bandpassfrequenz der Verstärker- und Filteranordnung auf die Frequenz der in das Erregerelement eingespeisten Wechselspannung ein, und die Erfassungsschaltung nutzt das Detektionselement und dessen Verstärker- und Filteranordnung zum Abscannen der Störsignale. Die Scannerschaltung lässt sich damit mit den vorhandenen elektronischen Komponenten durchführen.
Eine gute induktive Ankopplung wird erzielt, wenn das Erregerelement und das Detektionselement in der Form von, vorzugsweise mäanderförmig verlaufenden, Induktionsspulen ausgebildet sind, die auf der Flächenstruktur in einem geringen Abstand übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind hierbei das Erregerelement und das Detektionselement im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Der Abstand zwischen Erregerelement und Detektionselement sollte zumindest in Teilbereichen der Elemente aus Gründen der Ankopplung einen maximalen Abstand von 1 cm, vorzugsweise 5 mm, insbesondere 1 mm zueinander nicht überschreiten.
In einer kostengünstigen und leicht zu realisierenden Anordnung sind das Erregerelement und Detektionselement auf Folien angeordnet, zwischen denen eine Zwischenschicht aus elastischem Material angeordnet ist. In diesem Fall kann die Elastizität der Folien deutlich geringer sein als die der Zwischenschicht. Das Erreger- und Detektionselement können kostengünstig und effektiv herstellbar durch auf die Folien aufgebrachte, z. B. gedruckte, gedampfte oder abgeschiedene, metallische Leiter gebildet sein.
Die Anordnung lässt sich für vielfältige Zwecke, z. B. in einem Autositz zur Sitzbelegungsdetektierung verwenden. In diesem Fall kann vorzugsweise auch die Sitzheizung in der Anordnung integriert sein, indem das Erregerelement als Widerstandsheizelement zur Beaufschlagung mit einem Gleichstrom hoher Amplitude ausgebildet ist. Dies spart zusätzliche Komponenten. Die Flächenstruktur der Anordnung ist dann vorzugsweise zumindest in etwa parallel zur Sitz- oder Rücklehnenfläche angeordnet ist.
Die Erfindung lässt sich, wie nachfolgend ausgeführt, auch in textilen Flächengebilden anwenden.
Unter einem textilen Flächengebilde wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Textil verstanden, das eine flächige Form aufweist. Die Ausdehnung des Textils ist in zwei Dimensionen deutlich größer als in der dritten Dimension, was aber natürlich nicht bedeutet, dass in der dritten Dimension eine Ausdehnung von Null oder eine infinitesimal geringe Ausdehnung vorliegen würde. Vielmehr weist das Flächengebilde auch in der dritten Dimension eine endliche Ausdehnung auf, die beispielsweise bei einem Abstandsgewirk einen Zentimeter oder mehr betragen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Ausdehnungsänderung eines textilen Flächengebildes umfasst die Schritte Bereitstellen eines textilen Flächengebildes mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Erregerelement und zumindest einem elektrisch leitfähigen Detektionselement, Beaufschlagen eines Wechselstroms definierter Amplitude auf das Erregerelement und Bestimmung der in dem Detektionselement induzierten Wechselspannung.
Der mathematische Ausdruck, der den Zusammenhang zwischen dem auf das Erregerelement beaufschlagten Strom und der in dem Detektionselement induzierten Spannung beschreibt, heißt Koppelinduktivität L₁₂ und kann nach folgender allgemeingültiger Formel für zwei geschlossene beliebig verlaufende Leiterschleifen berechnet werden:
wobei μ₀ für die magnetische Feldkonstante und μ_r für die Permeabilitätszahl des Mediums stehen, in dem die magnetischen Feldlinien verlaufen, dr₁ und dr₂ differentielle Leiterstücke darstellen und r₁₂ für den Abstand der beiden differentiellen Leiterstücke steht.
Es soll bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die Permeabilitätszahl μ_r von Wasser nur unwesentlich von 1 abweicht und daher die induktive Kopplung durch Feuchtigkeit praktisch nicht beeinflusst wird.
Das Erregerelement wird mit einem geregelten periodischen Wechselstrom definierter Amplitude beaufschlagt, wodurch ein definiertes magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Im Detektionselement wird nach dem Induktionsgesetz eine Wechselspannung induziert, die dieselbe Frequenz wie der Strom des Erregerelements besitzt. Es gilt: U2 = L12·I .1 wobei I₁ für die Stromstärke im Erregerelement steht und U₂ für die in dem Detektionselement induzierte Spannung. Da L₁₂ vom Abstand der beiden Leiterabschnitte abhängt, kann durch Auswertung der Amplitude der Spannung des Detektionselements die durch Druck oder Dehnung hervorgerufene geometrische Veränderung der Leitergeometrie und damit des mit den beiden leitfähigen Elementen ausgestatteten textilen Flächengebildes bestimmt werden. Es sei erwähnt, dass die verwendeten Signalformen der Wechselströme nicht auf sinusförmige Signale beschränkt sein müssen, denkbar sind beliebige periodische Signalformen.
Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit in der Anwesenheit von zumindest zwei Leiterelementen, nämlich einem Erregerelement und einem Detektionselement, die auf einem elastischen oder kompressiblen textilen Trägermaterial aufgebracht bzw. in ein solches integriert sind. Die beiden leitfähigen Elemente bilden einen Transformator mit dehnungs- bzw. druckabhängiger Kopplung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen das Erregerelement und das Detektionselement im wesentlichen eine Ausdehnung nur in einer Dimension auf. Die beiden Leiterelemente können im einfachsten Fall also durch einfache Drähte realisiert werden, die blank oder optional durch Lacke oder eine Polymerummantelung geschützt sind. Bevorzugt werden jedoch Leiterelemente mit textiler Haptik eingesetzt. Es kann sich hierbei um Umwindegarne handeln, in die ein Draht eingearbeitet worden ist und deren Oberfläche mit einer Textilabdeckung versehen wurde.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung eines Erregerelements und eines Detektionselements in einem Verfahren zur Bestimmung der Ausdehnungsänderung eines textilen Flächengebildes, wobei zumindest ein Erregerelement und/oder zumindest ein Detektionselement gebildet ist aus einem oder mehreren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: elektrisch leitfähige Kombinationsgarne, metallische Drähte, Drahtverbünde bestehend aus mehreren Drähten, leitfähig beschichtete Synthesefasern, Metall/Textil-Stapelfasern, Fasern aus leitfähig gefüllten Polymeren, leitfähige Polymere.
Bevorzugt umfasst das elektrisch leitfähige Kombinationsgarn zumindest einen elastischen Kernfaden, zumindest einen, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Faden und zumindest einen, um den Kernfaden gewundenen Umwindefaden. Besonders bevorzugt besteht der Kernfaden aus einem Elastomer, Naturgummi, Synthesegummi, Polyester-Elastan, Polyether-Elastan, modifiziertem Polyester, nachvernetztem Thermoplast, Polyester-Polyurethan-Elastomer und/oder Polyether-Polyurethan-Elastomer.
Als elektrisch leitfähiger Faden wird bevorzugt ein monofiler Metalldraht, eine metallisch beschichtete Synthesefaser, monofile silberbeschichtete Fasern und/oder Edelstahlfasern verwendet. Besonders bevorzugt besteht der Metalldraht aus Edelstahl, versilbertem Kupfer oder aus Silber.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das elektrisch leitfähige Kombinationsgarn zumindest einen Kernfaden, zumindest ein, um den Kernfaden gewundenes elektrisch leitfähiges Multifilamentgarn und zumindest einen, um den mit dem elektrisch leitfähigen Multifilamentgarn umwundenen Kernfaden gewundenen äußeren Umwindefaden, wobei das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn aus wenigstens zwei im Wesentlichen parallel laufenden Einzelfilamenten besteht.
Besonders bevorzugt umfasst das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn metallisierte, textile Filamente, metallisch beschichtete Synthesefilamente, silberbeschichtete Filamente, silberbeschichtete Nylonfilamente, Edelstahlfilamente, metallische Filamente, versilberte Kupferfilamente und/oder Silberfilamente.
Insbesondere bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen die Einzelfilamente des elektrisch leitfähigen Multifilamentgarns einen Durchmesser zwischen 0,01 und 0,1 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,06 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 und 0,05 mm aufweisen.
Zur Bestimmung der Ausdehnungsänderung des textilen Flächengebildes sollten das Erregerelement und das Detektionselement so auf oder in dem textilen Trägermaterial angeordnet werden, dass ihre induktive Kopplung möglichst groß ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Leiterelemente beispielsweise in einer Fläche schlaufenförmig in- oder übereinander gelegt werden. Bei Dehnung des Trägermaterials wird die geometrische Anordnung (die eingeschlossene Fläche) der Leiterelemente verändert, so dass sich dadurch ihre induktive Kopplung verändert, wodurch die Ausdehnungsänderung gemessen werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind daher das Erregerelement und das Detektionselement im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. In einer solchen Anordnung ergibt sich eine besonders große induktive Kopplung, was zu sehr genauen Messergebnissen führt.
Wie bereits ausgeführt hängt die Koppelinduktivität L₁₂ vom Abstand der beiden Leiterabschnitte ab, wodurch sich eine besonders große Koppelinduktivität und damit besonders aussagekräftige Messresultate für zunehmend geringere Abstände zwischen den beiden Leiterelementen ergeben. Besonders bevorzugt sind daher das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 5 cm zueinander angeordnet, insbesondere bevorzugt beträgt der Abstand maximal 2 cm.
Besonders gute Resultate ergeben sich, wenn das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 1 cm zueinander angeordnet sind und insbesondere wenn das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 5 mm zueinander angeordnet sind. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 1 mm zueinander angeordnet.
Ganz besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, gemäß denen das Erregerelement und das Detektionselement parallel zueinander verlaufen und derart angeordnet sind, dass sie zumindest einen Teilbereich des textilen Flächengebildes im wesentlichen umschließen. Ein vollständiges Umschließen eines Teilbereichs des textilen Flächengebildes ist nicht möglich, da die beiden leitfähigen Elemente über Zuleitungen zu dem umschlossenen Teilbereich geführt werden müssen und zwischen den Zuleitungen immer ein gewisser Abstand vorhanden ist. Wird ein Teilbereich des textilen Flächengebildes von dem Erregerelement und dem Detektionselement im wesentlichen umschlossen, so ergibt sich ein besonders starker Effekt bei einer Ausdehnungsänderung des textilen Flächengebildes und somit sehr genau Messresultate.
Ähnlich ist das Vorgehen bei der Messung einer Ausdehnungsänderung in der Dimension, in der das textile Flächengebilde die geringste Ausdehnung besitzt, also das Vorgehen bei einer Druckmessung. Hier werden die Leiterelemente übereinander angeordnet, wobei der Trägerstoff kompressibel ist, was bei Druckbelastung zu einer Annäherung der Leiterelemente und damit zu einer Änderung der induktiven Kopplung führt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind daher das Erregerelement und das Detektionselement derart angeordnet, dass das Erregerelement und das Detektionselement jeweils zumindest einen Teilbereich des textilen Flächengebildes im wesentlichen umschließen und die beiden Teilbereiche in Richtung der geringsten Ausdehnung des textilen Flächengebildes übereinander angeordnet sind.
Eine Druckmessung kann aber auch mit Hilfe von in einer Ebene angeordneten Erreger- und Detektionselementen erfolgen. Der Druck auf den Trägerstoff wird in diesem Fall durch eine Kraftumlenkung in eine Zugbelastung gewandelt.
Alle oben beschriebenen Sensorelemente werden aus zwei einzelnen Leiterelementen gebildet und sind, wie bereits beschrieben, zweidimensional in der Fläche angeordnet, um eine ausreichende induktive Kopplung zu erhalten. Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung von Erregerelement und Detektionselement besteht in der Verwendung zweier elektrisch voneinander isolierter Drähte, die um den selben elastischen Kern eines Garns gewunden sind und so eine Doppelspule bilden. Diese Doppelspule ist dehnbar, wodurch sich der Sensoreffekt ergibt, was vor allem dann der Fall ist, wenn vermieden wird, dass diese Doppelspule in einer Schlaufe mit endlicher Fläche geführt wird. Spannt die Doppelspule eine Schlaufe mit endlicher Fläche auf, so ändert sich diese Fläche bei Dehnung ebenfalls und wirkt dem Effekt, der sich rein durch die Spulendehnung ergibt, entgegen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Erregerelement und dem Detektionselement daher jeweils um einen leitfähigen Fäden eines textilen Kombinationsgarns. Bevorzugt umfasst ein solches elektrisch leitfähiges Kombinationsgarn zumindest einen elastischen Kernfaden und zumindest zwei, um den Kernfaden gewundene elektrisch leitfähigen Fäden. Besonders bevorzugt besteht der Kernfaden aus einem Elastomer, Naturgummi, Synthesegummi, Polyester-Elastan, Polyether-Elastan, modifiziertem Polyester, nachvernetztem Thermoplast, Polyester-Polyurethan-Elastomer und/oder Polyether-Polyurethan-Elastomer besteht.
Als elektrisch leitfähige Fäden werden bevorzugt monofile Metalldrähte, metallisch beschichtete Synthesefasern, monofile silberbeschichtete Fasern und/oder Edelstahlfasern verwendet. Besonders bevorzugt bestehen die Metalldrähte aus Edelstahl, versilbertem Kupfer oder aus Silber.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das elektrisch leitfähige Kombinationsgarn zumindest einen Kernfaden, und zumindest ein, um den Kernfaden gewundenes elektrisch leitfähiges Multifilamentgarn, wobei das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn aus wenigstens zwei im Wesentlichen parallel laufenden Einzelfilamenten besteht. Besonders bevorzugt umfasst das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn metallisierte, textile Filamente, metallisch beschichtete Synthesefilamente, silberbeschichtete Filamente, silberbeschichtete Nylonfilamente, Edelstahlfilamente, metallische Filamente, versilberte Kupferfilamente und/oder Silberfilamente.
Insbesondere bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen die Einzelfilamente des elektrisch leitfähigen Multifilamentgarns einen Durchmesser zwischen 0,01 und 0,1 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,06 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 und 0,05 mm aufweisen.
Die genannten eindimensionalen Leiterelemente besitzen die Form einer langen dehnbaren Spule. Die elektrisch gegeneinander isolierten Erreger- bzw. Detektionselemente (z. B. Drähte) sind spulenförmig um einen elastischen Kern gewunden. Die Kopplungsinduktivität einer solchen langen Spule wird durch folgende Formel beschrieben.
wobei μ₀ und μ_r für die magnetische Feldkonstante und die Permeabilitätszahl des Spulenkerns stehen, N₁ die Windungszahl der Primärspule, N₂ die Windungszahl der Sekundärspule darstellt, l für die Länge der Spulen steht und A für die Querschnittsfläche der Spule.
Hieraus ist unmittelbar ersichtlich, dass sich die Kopplungsinduktivität bei Änderung insbesondere der Länge verändert, d. h. dass bei Dehnung die Kopplungsinduktivität der beiden Leiter der Doppelspule abnimmt. Da das Leiterelement möglichst fadenförmig (eindimensional) ausgeführt werden soll, ist die Querschnittsfläche A und damit die induktive Kopplung gering. Dies kann jedoch durch Verwendung einer entsprechenden empfindlichen Messtechnik ausgeglichen werden. Solche Sensorelemente können, wie bereits ausgeführt, insbesondere durch Umwindegarne dargestellt werden, wobei ein elastischer Kern mit zwei Lagen Draht oder sonstigem leitfähigen Material und optional mit einer oder mehreren Unter-, Zwischen- und/oder Decklagen aus Fäden umwunden werden kann.
Wird mit separaten Leiterelementen gearbeitet, so können das Erregerelement und das Detektionselement wahlweise auch so angeordnet werden, dass die induktive Kopplung zwischen den Leiterelementen minimal ist, sodass Unempfindlichkeit gegenüber Druck oder Dehnung besteht, was z. B. im Bereich der Zuleitungen erwünscht ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Erregerelement und das Detektionselement daher derart angeordnet, dass sich Bereiche ergeben, in denen das Erregerelement und das Detektionselement keine Teilbereiche des textilen Flächengebildes umschließen und daneben Bereiche vorhanden sind, in denen im wesentlichen von dem Erregerelement und dem Detektionselement umschlossene Teilbereiche des textilen Flächengebildes vorliegen. Die Zuleitungen sind in den Bereichen lokalisiert, in denen das Erregerelement und das Detektionselement keine Teilbereiche des textilen Flächengebildes umschließen.
Ist eine induktive Kopplung einzelner Leiterelemente nicht erwünscht, wie im Zuleitungsbereich, kann dies durch entsprechende räumliche Trennung bzw. Führung des Erregerelements und des Detektionselements erfolgen. Hier sind vor allem Anordnungen zu vermeiden, bei denen sich die Leiterschleifen des Erregerelements und des Detektionselements überlappen. Erregerelement und Detektionselement sollten räumlich ausreichend voneinander getrennt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung existiert daher zumindest ein Bereich, in dem das Detektionselement in der Ebene des textilen Flächengebildes derart auf beiden Seiten des Erregerelements angeordnet ist, dass Hin- und Rückleitung des Erregerelementes dicht nebeneinander geführt werden, um das Magnetfeld um die beiden Leiter zu minimieren. Hin- und Rückleitung des Detektionselements sind räumlich möglichst weit von den Leitungen des Erregerelements zu trennen und dicht nebeneinander zu führen, um induktive Einkopplungen des Erregerelementes zu minimieren. Zur Kompensation der magnetischen Einkopplungen können die Hin- und Rückleitung des Detektionselements im Zick-Zack übereinanderliegend, ähnlich einem Twisted-Pair-Kabel, geführt werden.
Die Leiterelemente können auf beliebige dehnbare Trägermaterialien, insbesondere jedoch auf textile Trägerstoffe aufgebracht werden. Dies kann durch übliche textiltechnische Verfahren geschehen wie Auflegen, Aufsticken, Wirken, Einweben, aber auch durch nicht textiltypische Verfahren wie beispielsweise Auflegen, Aufkleben oder Einbringen in eine Struktur aus zwei Lagen. Damit insbesondere übliche Textilmaschinen zur Verarbeitung eingesetzt werden können, sind hier bevorzugt Leiterelemente einzusetzen, die über eine entsprechende Haptik verfügen. Das Erregerelement und das Detektionselement können daneben auf einen elastischen Trägerstoff aufgestickt oder durch Einwirken in ein Band eingebracht werden. Die Leiterelemente können dabei im Stoff verborgen werden.
Bevorzugt handelt es sich daher bei dem textilen Flächengebilde um ein Gestrick, ein Gewebe, ein Gewirk, ein Gelege, ein Abstandsgewirk oder um ein Band. Besonders bevorzugt ist zumindest ein Erregerelement oder zumindest ein Detektionselement auf einer Oberfläche des textilen Flächengebildes angeordnet. Ebenfalls bevorzugt werden Ausführungsformen, gemäß denen zumindest ein Erregerelement oder zumindest ein Detektionselement zumindest teilweise in dem textilen Flächengebilde angeordnet ist.
Zur Spannungsmessung wird bevorzugt ein Lock-In-Verstärker eingesetzt, da damit Wechselströme des Erregerelements zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (EMV) bzw. Wärmeerzeugung relativ klein gehalten werden können und Störeinflüsse in dem Detektionselement optimal unterdrückt werden. Die im Lock-In-Verstärker eingesetzten Vorverstärker können hierbei selektiv auf die entsprechende Erregerfrequenz des Erregerelements abgestimmt sein. Der Einsatz zusätzlicher elektronischer Filter ist ebenso möglich. Anwendungsabhängig kann bei Verwendung entsprechend großer Ströme, entsprechend hoher Frequenzen bzw. entsprechender Leiteranordnungen eventuell auf die Lock-In-Technik verzichtet werden.
Zur weiteren Auswertung bzw. Weiterverarbeitung der gelieferten Signale kann eine beliebige Auswerteeinheit nachgeschaltet sein, wie z. B. ein Komparator, ein Anzeigeelement, eine Steuerung, eine Regelung oder ein Mikrocontroller.
Da die Elektronik generell zu jeglicher Art von Signalauswertung in der Lage ist, ist es möglich, dem Erregerelement und/oder dem Detektionselement weitere Funktionen zu übertragen. Die Nutzung unterschiedlicher Frequenzbereiche ist allgemein bekannt wie z. B. in der Telekommunikation oder beim Funk. So kann das Erregerelement beispielsweise zusätzlich zur Datenübertragung eingesetzt werden. Weitere Verwendungsmöglichkeiten wären z. B. der Einsatz als Heizelement oder als Sendeantenne. Das Detektionselement ist beispielsweise zusätzlich als Empfangsantenne nutzbar. Bei Verwendung eines Detektionselements, dessen Widerstand temperaturabhängig ist, kann dieser zusätzlich als Temperatursensor eingesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Erregerelement daher zusätzlich zu dem Wechselstrom definierter Amplitude mit einem Gleichstrom hoher Amplitude zur Widerstandsheizung beaufschlagt. Vorteil der Mehrfachnutzung ist die Einsparung zusätzlicher Materialienkomponenten.
Bevorzugt werden auch Ausführungsformen, gemäß denen mehrere Detektionselemente pro Erregerelement vorhanden sind. Die Anwesenheit von mehreren Detektionselementen ermöglicht ortsaufgelöste Messungen der Ausdehnungsänderung des textilen Flächengebildes.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zur Bestimmung der Sitzbelegung eines Autositzes. In diesem Verfahren erfolgt das Bereitstellen eines textilen Flächengebildes mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Erregerelement und zumindest einem elektrisch leitfähigen Detektionselement durch das Bereitstellen eines Autositzes mit einem textilen Flächengebilde, wobei das textile Flächengebilde zumindest ein Erregerelement und zumindest ein Detektionselement aufweist. In diesem Verfahren sind sämtliche oben beschriebenen Varianten und bevorzugten Ausführungsformen einsetzbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt sein soll. Es zeigen
1a ein Beispiel für eine Anordnung des Erregerelements und des Detektionselements;
1b ein weiteres Beispiel für eine Anordnung des Erregerelements und des Detektionselements;
1c ein weiteres Beispiel für eine Anordnung des Erregerelements und des Detektionselements mit mehreren von den leitfähigen Elementen umschlossenen Teilbereichen;
1d ein Beispiel für eine Anordnung des Erregerelements und des Detektionselements, die besonders gut für eine Druckmessung geeignet ist;
1e ein Beispiel für eine Anordnung mit einem Erregerelement und zwei Detektionselementen mit mehreren von den leitfähigen Elementen umschlossenen Teilbereichen;
1f ein Beispiel für zwei übereinander angeordnete Kombinationen von jeweils einem Erregerelement und einem Detektionselement;
2 ein Beispiel für die Führung der Hin- und Rückleitung des Detektionselements im Bereich der Zuleitungen (Twisted Pair);
3 Schemazeichnung einer Elektronik zur Messung der Ausdehnungsänderung;
4 Messkurve der Ausdehnungsänderung eines textilen Flächengebildes unter Verwendung eines quasi eindimensionalen Filaments als Erreger- und Detektionselement;
5 Messkurve der Ausdehnungsänderung eines textilen Flächengebildes unter Verwendung einer Lamellenstruktur gemäß 1c;
6 Messkurve der Ausdehnungsänderung eines textilen Flächengebildes unter Verwendung einer Lamellenstruktur gemäß 1c, wobei die Lamellenstruktur um einen Vliesstoff geklappt wurde,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Betriebselektronik der erfindungsgemäßen Anordnung,
8a die beiden C-förmigen Erreger- und Detektionselemente für einen Sitzbelegungssensor, die nebeneinander und noch miteinander verbunden auf einer Folie oder Textilfläche hergestellt werden,
8b einen Sitzbelegungssensor, hergestellt durch Trennen und Anordnen des C-förmigen Erreger- und Detektionselements aus 8a auf beiden abgewandten Seiten eines elastischen Materials,
9 ein Ausgangssignal des Sensors aus 8b bei alternierender Belastung mit einer Testperson,
10 ein Ausgangssignal des Sensors aus 8b bei alternierender Belastung mit zwei unterschiedlich schweren Testpersonen,
11 ein Ausgangssignal des Sensors aus 8b bei Gewichtsverlagerung einer Testperson,
12 ein Ausgangssignal des Sensors aus 13 bei Gewichtsverlagerung einer Testperson,
13 Signalverläufe der beiden Sensoren S1, S2 aus 8b bei unterschiedlicher Verlagerung einer Testperson,
14 eine weitere Ausführungsform eines Sitzbelegungssensors umfassend E-förmige Erreger- und Detektionselemente, die auf beiden Seiten eines elastischen Materials aufgebracht sind,
15 eine weitere Ausführungsform eines Sitzbelegungssensors umfassend mäanderförmige Erreger- und Detektionselemente, die auf beiden Seiten eines elastischen Materials aufgebracht sind,
16 eine Ausführungsform eines Verschiebungssensors umfassend mäanderförmige Erreger- und Detektionselemente, die auf beiden Seiten eines elastischen Materials aufgebracht sind, und
17 eine graphische Darstellung der Wirkungsweise des Verschiebungssensors aus 16.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1a zeigt eine ziehharmonikaartige Anordnung von Erregerelement 11 und Detektionselement 12 zur Messung der Ausdehnungsänderung eines textilen Flächengebildes. Die leitfähigen Elemente bestehen aus einfachen Drähten. Die Pfeile deuten die bevorzugte Richtung der Ausdehnungsänderung an.
1b zeigt eine weitere Anordnung von Erregerelement 21 und Detektionselement 22, die in Form einer Lamelle einen Teilbereich 23 des textilen Flächengebildes im wesentlichen umschließen. Bei einer Dehnung des textilen Flächengebildes vergrößert sich die Fläche der Lamelle und damit die Kopplungsinduktivität. Die Pfeile deuten die bevorzugte Richtung der Ausdehnungsänderung an.
1c zeigt eine Anordnung wie in 1b, wobei mehrere Lamellen hintereinander gestaffelt sind. Dadurch kann ein längerer Abschnitt dehnungsempfindlich gestaltet werden. Die gegebene Lamellenstruktur verkleinert hierbei die von den Leiterelementen eingeschlossene Fläche und damit den Offset des Messsignals im ungedehnten Fall. Der außen geführte Leiter ist das Erregerelement 31, der innen geführte Leiter das Detektionselement 32. Die Pfeile deuten die bevorzugte Richtung der Ausdehnungsänderung an. Es können auch mehrere der in 1c dargestellten Lamellenstrukturen hintereinandergeschaltet werden. Dadurch wird die Sensitivität im Bereich der Lamellen gesteigert.
Die in 1c abgebildete Leitergeometrie kann auch als Atmungssensor eingesetzt werden, wenn ein dehnbares Band von etwa der Länge eines Brustumfangs hergestellt wird, in das die gezeigte Lamellenstruktur durchgängig ein- oder aufgebracht ist.
Da bei einem Atmungssensor ein absoluter Wert für die Dehnung des Bandes nicht interessiert, sondern nur Änderungen gemessen werden sollen, kann hier in der Signalverarbeitungskette ein zusätzlicher Hochpass mit sehr geringer Grenzfrequenz eingebracht werden, so dass eine Detektion dauerhafter Änderungen im Frequenzbereich wie sie beim Atmen auftreten, möglich ist, langsamere Driften jedoch ausgefiltert werden. Hier kann das in 3 gezeichnete Modul 6 entsprechend modifiziert werden, wobei der Offset-Abgleich entsprechend entfällt.
1d zeigt eine Anordnung von zwei Erregerelementen 41 und einem Detektionselement 42 zur Druckmessung. Druck auf das Material in der Mitte wird in eine Dehnung der Seitenstreifen umgewandelt.
1e zeigt eine Anordnung von Erregerelement 51 und Detektionselement 52 zur ortsaufgelösten Dehnungsmessung. Das Erregerelement 51 überdeckt den gesamten zu überwachenden Bereich. Es sind zwei Detektionselemente 52 vorgesehen, die nebeneinander angeordnet sind. Es können aber auch mehr als zwei Detektionselemente 52 aufgebracht werden.
1f zeigt eine Anordnung zur Messung von Druck oder Scherung. Das Erregerelement 61 liegt vertikal über dem Detektionselement 62. Erregerelement 61 und Detektionselement 62 sind durch ein kompressibles oder scherbares Zwischenmaterial voneinander getrennt. Bei dem Zwischenmaterial kann es sich um ein Schaumstoffstück oder auch um ein entsprechendes Abstandsgewirk handeln, in dessen Ober- und Unterseite die Leiterelemente eingewirkt sein können. Zur übersichtlicheren Darstellung sind beide Schichten in größerem Abstand voneinander gezeichnet. In diesem Beispiel verringert sich die induktive Kopplung bei Scherung während sie sich bei Druck vergrößert.
2 zeigt eine Anordnung von Erregerelement 71 und Detektionselement 72 im Bereich der Zuleitungen. Im Bereich der Zuleitungen soll die im Detektionselement induzierte Spannung möglichst gering gehalten werden, da es ansonsten zu einer Verfälschung der Messergebnisse kommen kann. Neben der räumlichen Trennung von Erregerelement und Detektionselement und der damit verbundenen geringen induktiven Kopplung existiert eine weitere Möglichkeit der Leitungsführung im Bereich der Zuleitungen. Dargestellt sind die Hin- und die Rückleitung des Detektionselements, wobei die Hinleitung 71 gerade und die Rückleitung 72 im Zick-Zack-Verlauf geführt ist. Wie bei Twisted-Pair-Kabeln werden hier ungewollte magnetische Einkopplungen unterdrückt.
3 zeigt einen möglichen Aufbau einer Elektronik, die eine induktive Dehnungs- oder Druckmessung ermöglicht. Sie besteht aus den Komponenten Sinusgenerator 1, spannungsgesteuerte Stromquelle 2, Erregerelement 3a, Detektionselement 3b, frequenzoptimierter Vorverstärker 4, Phasenschieber 5, Lock-In-Stufe 6, Tiefpass, Verstärker und Offset-Abgleich 7, Anzeigegerät oder Gerät zur weiteren Verarbeitung der Signale 8.
Der Sinusgenerator 1 steuert die Stromquelle 2, um einen definierten Wechselstrom in das Erregerelement 3a zu einzuspeisen. Die Spannung des Detektionselements 3b wird über einen Verstärker mit hochohmigem Eingang abgegriffen und verstärkt. Zur Minimierung von Störeinflüssen ist der Verstärker als Bandpass ausgeführt, dessen Durchlassbereich auf die Frequenz des Sinusgenerators abgestimmt ist. Das so vorverstärkte Signal wird einer Lock-In-Stufe zugeführt, deren Verstärkung (invertierend oder nichtinvertierend) ebenfalls über den Sinusgenerator gesteuert wird. Zur Anpassung von Phasenverschiebungen, die über die Vorverstärkerstufe 4 oder die Detektoranordnung selbst verursacht werden, ist zwischen dem Generator 1 und der Lock-In-Stufe 6 ein abstimmbarer Phasenschieber (Allpass) geschaltet, der für die vom Sinusgenerator 1 festgelegte Frequenz eine Phasenverschiebung von 90° bewirkt.
Die letzte Stufe der Messanordnung bildet einen Verstärker mit Tiefpass zur Signalmittelung mit zusätzlichem Offset-Abgleich. Letzterer ist notwendig, da die Sensoranordnung aufgrund einer Kopplung größer Null immer ein von Null verschiedenes Signal liefert, jedoch nur Abweichungen davon erfasst werden sollen.
Beispiel 1
Verwendet wurde ein Umwindegarn mit folgendem Aufbau:
Kern: Lycra 1800 dtex; 1. Umwindung: Feindraht Kupfer, versilbert mit einem Durchmesser von 71 μm mit 3000 Umwindungen pro Meter; 2. Umwindung: Polyestergarn 110 dtex mit 34 Filamenten, vollabdeckend; 3. Umwindung: Feindraht Kupfer, versilbert mit einem Durchmesser von 71 μm mit 3000 Umwindungen pro Meter. Der außen liegende Leiter (3. Umwindung) entspricht dem Erregerelement, der innenliegende Leiter entspricht dem Detektionselement.
Das Erregerelement wird mit Strom einer Frequenz von 10 kHz und einer Amplitude von 10 mA beschickt und am Detektionselement die Spannungsamplitude mithilfe eines Lock-In-Verstärkers gemessen. Hierbei betrug die Vorverstärkung 10000, wobei sie durch einen Bandpass 2. Ordnung mit der Erregerfrequenz als Mittenfrequenz begrenzt war. Die eigentliche Lock-In-Stufe wurde mithilfe des AD630 von Analog Devices mit einer Verstärkung von 1 realisiert. Das Signal nach der Lock-In-Stufe wurde um einen Faktor 20 verstärkt, und mit einem Tiefpassfilter 2. Ordnung der Zeitkonstanten 0,1 s geglättet. Zusätzlich wurde eine Offsetkompensation verwendet. Das Garn war insgesamt ca. 30 cm lang und wurde durch Umklappen wegen der Rückführung auf eine Länge von 15 cm gebracht. Wenn beide Fäden eng aneinander liegen, können Dehnungen im Zentimeterbereich problemlos aufgelöst werden. Die Messergebnisse sind in 4 dargestellt.
Beispiel 2
Hier wurde die in 1c gezeigte Geometrie verwendet. Als Erreger- und Detektionselement wurde jeweils ein Umwindegarn mit folgendem Aufbau verwendet:
Kern: Lycra 1800 dtex; 1. Umwindung Feindraht Kupfer, versilbert mit einem Durchmesser von 71 μm mit 2500 Umwindungen pro Meter.
Das Erregerelement der in 1c dargestellten Leiteranordnung wurde mit Strom einer Frequenz von 10 kHz und einer Amplitude von 10 mA beschickt und am Detektionselement wurde die Spannungsamplitude mithilfe eines Lock-In-Verstärkers gemessen. Hierbei betrug die Vorverstärkung 10000, wobei sie durch einen Bandpass 2. Ordnung mit der Erregerfrequenz als Mittenfrequenz begrenzt war. Die eigentliche Lock-In-Stufe wurde mithilfe des AD630 von Analog Devices mit einer Verstärkung von 1 realisiert. Das Signal nach der Lock-In-Stufe wurde um einen Faktor 20 verstärkt, und mit einem Tiefpassfilter 2. Ordnung der Zeitkonstanten 0,1 s geglättet. Zusätzlich wurde eine Offsetkompensation verwendet. Die Anordnung bestand aus insgesamt 20 Lamellen. Die Gesamtlänge der Leiteranordnung war 13 cm, die Breite 2,5 cm. Auch hier können Dehnungen im Zentimeterbereich aufgelöst werden. Die Messergebnisse sind in 5 dargestellt.
Beispiel 3
Beim Übereinanderklappen der Anordnung aus 1c und zusätzlichem Einfügen eines Vliesstoffes der Dicke von ca. 2 cm, der auf eine Dicke von 2 mm komprimiert werden kann, erhält man eine Anordnung ähnlich der aus 1f. Die Drucksensitivität wird mithilfe der vorgenannten Parameter nachgewiesen. Die Messergebnisse sind in 6 dargestellt.
7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Steuer- und Auswerteelektronik für das Erregerelement und das Detektionselement dar: Mit 1 ist ein Rechteckgenerator mit 1 bezeichnet, der über einen Integrator 2 eine spannungsgesteuerte Stromquelle 3 ansteuert. Die Stromquelle 3 speist in das Erregerelement 4a ein. Die dabei in dem Detektionselement 4b induzierte Spannung wird in einem Vorverstärker 5, einer Lock-In-Stufe 6, und einem Tiefpass mit Verstärker und Offsetabgleich 7, verarbeitet. Das Messsignal kann einem Anzeigegerät oder einem Gerät 8 zur weiteren Verarbeitung der Signale zugeleitet werden. Der Lock-In-Verstärker kann auch die Komponenten 5 bi 7 umfassen. Diese Elektronik ist sehr unempfindlich gegen äußere Störsignale lässt sich einfach und kompakt bauen und ist sehr zuverlässig.
8a zeigt die Herstellung des Erreger- und Detektionselements für einen Sitzbelegungssensor, wie er in 8b gezeigt ist. Die Sensorgeometrie weicht von der vorab gezeigten lamellenartigen Leiterführung ab. Hierbei handelt es sich nicht um einen Dehnungs-, sondern um einen Drucksensor.
8a zeigt ein Flächengebilde wie eine Folie oder textile Fläche 80, die eine Leiteranordnung 82 trägt. Die Leiteranordnung 82 besteht z. B. aus elektrisch leitfähigem Material, was auf die Folie 80 aufgedampft, aufgedruckt, aufgesputtert oder in irgendeiner anderen Weise abgeschieden wurde. Die Leiteranordnung 82 umfasst nebeneinanderliegend und einander zugewandt zwei c-förmige Leiterstrukturen 84, 86, die über eine Symmetrieachse m gespiegelt noch einmal in Form der Leiterstrukturen 88, 90 vorgesehen sind. Die miteinander verbundenen C-Strukturen 84, 88 und 86, 90 bilden jeweils einen Sensor S1, S2 und sind über gerade Kontaktstrecken 92, 94 miteinander verbunden, die beim fertigen Sensor zur Kontaktierung dienen. Jede der c-förmigen Leiterstrukturen 84, 86, 88, 90 umfasst jeweils einen äußeren Leiter 84a, 86a, 88a und 90a und einen inneren Leiter 84b, 86b, 88b, 90b, die beide in einem sehr geringen Abstand (in der Zeichnung gerade noch zu erkennen) verlaufen.
Ein Sensor wird gemäß 8b dadurch hergestellt, dass das Flächengebilde 80 um eine elastische Zwischenschicht, z. B. aus einem kompressiblen Material mit definierter Stauchhärte, entlang der Symmetrielinie m geklappt wird. Die Stärke der Zwischenschicht kann z. B. zwischen 1 mm und 20 mm, vorzugsweise um die 5 mm betragen. Als Material eignen sich z. B. Schaumstoffe (insbesondere solche mit gutem Rückstellvermögen), Abstandsgewirke, elastische Polymere, Gummi etc.
Pro Sensorelement 84, 86, 88, 90 laufen je zwei Leiterelemente 84a, b, 86a, b, 88a, b und 90a, b parallel. Das jeweils außen liegende Leiterelement 84a, 86a, 88a und 90a entspricht dem Erreger- oder Primärelement, das jeweils innen liegende 84b, 86b, 88b, 90b dem Detektions- bzw. Sekundärelement. Der Abstand von Primär- und Sekundärelement beträgt in realiter etwa um die 5 mm. An den mit einem Kreis markierten Stellen 92, 94 sind die Leiterelemente zu kontaktieren. Wichtig ist, dass die Leiterelemente symmetrisch zueinander geführt werden (man beachte die gestrichelt gezeichnete Symmetrieachse). Durch Umklappen an der Symmetrieachse kommen die Leiter 84, 88 und 86, 90 übereinander zur Deckung. Die Bezugszeichen 92a und 92b bezeichnen die elektrischen Kontaktierungspunkte für das Erregerelement 84a, 88a, und das Detektionselement 84b, 88b des ersten Sensors S1. Entsprechend bezeichnen die Kontaktierungspunkte 94a und b die beiden Anschlüsse für Erregerelement 86a, 90a und Detektionselement 86b, 90b des anderen Sensors S2.
Die beiden nebeneinander liegenden c-förmigen Sensoren S1 und S2 dienen zur Detektion von Gewichtsverlagerungen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass eine Dehnung der Leiter bzw. des Trägers 80 für den Dehnungseffekt hier keine Rolle spielen wie bei Anordnungen zur Dehnungsmessung, weshalb auch starre Träger, z. B. Folien oder Textilflächen mit geringer Elastizität für die Leitungen verwendet werden können, wie z. B. Kunststofffolien, die so geklappt bzw. um die Zwischenschicht übereinander gelegt werden, dass die Leitungen wie beschrieben übereinander zu liegen kommen.
Durch die beiden c-förmigen Sensoren 84, 86 und 88, 90 können insbesondere Gewichtsverlagerungen von links nach rechts detektiert werden. Zu beachten ist, dass der Sensor dort auf Kompression empfindlich reagiert, wo die Leiterelemente (symmetriebedingt) übereinander liegen, da sich die Magnetfelder der Primärelemente bei Annäherung aufheben (Die Kopplung der Leiterelemente lässt sich natürlich allgemein auch hier mit der zu Beginn angegebenen Formel für L₁₂ beschreiben). Durch die in diesem Beispiel insbesondere außen geführten Leitungen reagiert der Sensor gerade im äußeren Bereich auf Gewichtsverlagerungen empfindlich.
Anhand der 9 wird der Signalverlauf eines einzigen so realisierten c-förmigen Sensorelementes aus 8b gezeigt. Es wurde hier die Frequenz von 10 kHz bei Strömen von ca. 100 mA verwendet. Die Vorverstärkung betrug 2500, die Nachverstärkung 20 mit einem TP 2. Ordnung und der Grenzfrequenz 80 Hz. Als Zwischenmaterial wurde ein Polyätherschaumstoff mit einer Stauchhärte von ca. 5 kPa eingesetzt. Das Gewicht der männlichen Testperson betrug 117 kg. Eine Offsetkorrektur wurde nicht eingesetzt. Das Signal zeigt mehrfaches Hinsetzen und wieder Aufstehen. Bei unbelastetem Belegungssensor ist das Sensorsignal ca. bei 4,5 V, bei sitzender Testperson ist das Sensorsignal bei ca. 0,5 V.
Die 10 zeigt das Ausgangssignal des Sensorelements (mit Elektronik) bei abwechselnder Belastung einer schweren Testperson (117 kg) und einer leichteren Testperson (50 kg). Hier wurden etwas andere Betriebsparameter gewählt, und ein zusätzlicher Tiefpass zur Signalglättung und eine Offsetkorrektur eingesetzt, um ein glatteres Signal und eine maximale Auslenkung zu erhalten.
11 zeigt das Verhalten des c-förmigen Sensorelementes S1 oder S2, wenn sich eine leichte Frau (50 kg) auf das Sensorelement setzt sich von links nach rechts neigt und dazwischen mittig sitzen bleibt. Bei Gewichtsverlagerung auf das Sensorelement ergibt sich eine weitere Abnahme des Ausgangssignals, bei Gewichtsverlagerung in entgegen gesetzte Richtung erhöht sich das Ausgangssignal leicht. Bei mittiger Position kehrt das Sensorsignal wieder in die Ausgangslage zurück. Bei einem schweren Mann als Testperson fehlt der Ausschlag nach unten, da die verwendete Schaumstoffzwischenlage hier bereits vollständig komprimiert ist (Dies ist nicht dargestellt).
12 zeigt das Verhalten des c-förmigen Sensors, wenn sich die leichte Frau nach vorne und hinten neigt. Auch dies wird durch den Sensor entsprechend abgebildet, da beim Neigen die hinteren Drähte des Sensors entlastet werden.
Verwendet man nun zwei der c-förmigen Sensoren S1 und S2 aus 8b nebeneinander, so kann man aus beiden Signalen ermitteln, wie schwer die Testperson ist und ob die Testperson sich nach links, rechts oder vorne neigt. Die 13 zeigt beispielhaft die Auslenkung der Sensorsignale bei Belegung (a) Verlagerung des Gewichts auf S2 (nach links) (b), Verlagerung des Gewichts auf S1 (nach rechts) (c) und bei Verlagerung des Gewichts nach vorne (d).
Statt der c-förmigen Geometrie aus 8 können auch weitere Geometrien zur Sitzbelegungserkennung verwendet werden, wie in 14 gezeigt ist. Durch die E-förmige Geometrie wird die aus den Sensoren S1 und S2 gebildete Sensoranordnung im Mittenbereich des Sitzes sensitiver, wobei die Möglichkeit zur Verlagerung der Gewichtsdetektion nach links, rechts oder vorne nicht verloren geht. Diese Sensorgeometrie ist wie in 8 zweidimensional dargestellt. Die Funktion des Elementes entsteht durch Klappen um die senkrechte eingezeichnete Linie m und durch Einfügen eines kompressiblen Materials zwischen die geklappten Hälften, wie oben bereits in Verbindung mit 8b beschrieben.
In 15 sieht man eine mögliche Leitergeometrie 100 für eine einfachere Sitzerkennung ohne Erkennung der Neigung nach links, rechts oder nach vorne. Der Belegungssensor ist entsprechend breiter ausgeführt, um beide Körperhälften gleichzeitig zu erfassen. Die Funktion des Elementes entsteht durch Klappen um die senkrechte eingezeichnete Symmetrielinie m und durch Einfügen eines kompressiblen Materials zwischen die geklappten Hälften, wie oben bereits beschrieben (siehe 8b).
Auch eine geklappte lamellenförmige Geometrie 102 ist denkbar, wie es in 16) gezeigt ist. Um die gestrichelte Linie m werden die lamellenförmigen Elemente so geklappt, dass die Lamellen übereinander zu liegen kommen. Der Anschluss 110 für den Sensor 102 liegt in der Zeichnung rechts, d. h. auf einer Seite des Flächengebildes.
Ein lamellenförmiger Sensor 102, wie in 17 dargestellt, kann dazu benutzt werden, um relative Verschiebungen zweier Teilelemente zu messen, wenn die Leiterelemente 106, 108 wie beim Dehnungssensor (16) übereinander geklappt, jedoch nicht lateral übereinander fixiert werden. Es können natürlich auch noch mehr Lamellen als die gezeichnet Lamellen 1, 2, 3, 4 und a, b, c, d verwendet werden. Rechts befinden sich die Anschlussenden 110 für das Primär- bzw. Erregerelement 112 und das Sekundär- bzw. Detektionselement 114. Die gestrichelte Linie m beschreibt die Symmetrielinie, an der beide Elemente geklappt werden, so dass die Lamellen übereinander zu liegen kommen. Liegen die Ober- und Unterseite der beiden Hälften eng übereinander, so dass Lamelle 1 auf Lamelle a zu liegen kommt, Lamelle 2 auf Lamelle b, usw., dann heben sich die erzeugen Magnetfelder nahezu auf man erhält kein oder nur ein geringes Spannungssignal. Verschiebt man die Lamellen 1, 2, 3 und 4 gegenüber den Lamellen a, b, c und d in Pfeilrichtung so, dass die Lamellen nicht mehr übereinander, sondern zwischen einander zu liegen kommen, heben sich die Magnetfelder der Primärelemente nicht mehr gegenseitig auf, so dass ein großes Spannungssignal am Sekundärelement abgegriffen werden kann. Den maximalen Ausschlag erhält man also dann, wenn die eine Lage der periodischen Lamellenstruktur um eine halbe Periodenlänge gegenüber der anderen Lage verschoben wird.
Die oben beschriebenen Beispiele können insofern variiert werden, als unterschiedliche elektronische Komponenten beliebig separat oder integriert ausgebildet sein können. So stellt ein Lock-In-Verstärker üblicherweise einen Bandpass dar, welcher einen Eingangsverstärker und einen Phasenverschieber aufweist.
Das Erregerelement und das Detektionselement können einfach oder mehrfach, vorgesehen sein. Es ist auch möglich, ein Erregerelement auf einer Seite der Flächenstruktur und eine Detektionselement auf der gleichen Seite der Flächenstruktur neben dem Erregerelement und ein Detektionselement auf der dem Erregerelement gegenüberliegenden Seite der Flächenstruktur vorzusehen. Auf diese Weise lassen sich effektiv Druck- als auch Dehnungsbeanspruchung messen.
Das Umklappen von Sensorflächen zur Bildung eines Sensors, wie in den 8 und 14 bis 17 beschrieben, muss nicht zwangsläufig entlang einer Symmetrieachse erfolgen, obwohl dies vorteilhaft ist.
Als Wechselstrom im Sinne der Erfindung wird jede Art von sich änderndem, z. B. periodischem oder gepulstem, zeitlichem Stromverlauf verstanden, der in der Lage ist, in der Detektionsspule eine Spannung zu induzieren.
Weitere Verfahrens- und Verwendungsaspekte der Erfindung sind in folgenden Punkten beschreiben:

1. Verfahren zur Bestimmung der Dehnungs- und Druckmessung eines textilen Flächengebildes umfassend die Schritte – Bereitstellen eines textilen Flächengebildes mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Erregerelement (11) und zumindest einem elektrisch leitfähigen Detektionselement (12), – Beaufschlagen eines Wechselstroms definierter Amplitude auf das Erregerelement (11) und – Bestimmung der in dem Detektionselement (12) induzierten Wechselspannung.
2. Verfahren nach 1., wobei das Erregerelement und das Detektionselement im wesentlichen eine Ausdehnung nur in einer Dimension aufweisen.
3. Verfahren nach 1. oder 2., wobei das Erregerelement und das Detektionselement im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
4. Verfahren nach einem der Punkte 1. bis 3., wobei das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 5 cm zueinander angeordnet sind.
5. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 4, wobei das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 2 cm zueinander angeordnet sind.
6. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 5, wobei das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 1 cm zueinander angeordnet sind.
7. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 6, wobei das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 5 mm zueinander angeordnet sind.
8. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 7, wobei das Erregerelement und das Detektionselement in einem Abstand von maximal 1 mm zueinander angeordnet sind.
9. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 8, wobei das Erregerelement und das Detektionselement derart angeordnet sind, dass sie zumindest einen Teilbereich (23) des textilen Flächengebildes im wesentlichen umschließen.
10. Verfahren nach Punkt 9, wobei das Erregerelement und das Detektionselement derart angeordnet sind, dass sich Bereiche ergeben, in denen das Erregerelement und das Detektionselement keine Teilbereiche des textilen Flächengebildes umschließen und daneben Bereiche vorhanden sind, in denen im wesentlichen von dem Erregerelement und dem Detektionselement umschlossene Teilbereiche des textilen Flächengebildes vorliegen.
11. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 10, wobei Erregerelement und Detektionselement derart angeordnet sind, dass jeweils ein Erregerelement und ein Detektionselement jeweils zumindest einen Teilbereich des textilen Flächengebildes im wesentlichen umschließen und zumindest zwei Teilbereiche in Richtung der geringsten Ausdehnung des textilen Flächengebildes übereinander angeordnet sind.
12. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 11, wobei es sich bei dem Erregerelement und dem Detektionselement jeweils um einen leitfähigen Faden eines textilen Garns handelt.
13. Verfahren nach Punkt 12, wobei es sich bei dem textilen Garn um ein elektrisch leitfähiges Kombinationsgarn mit zumindest einem elastischen Kernfaden und zumindest zwei, um den Kernfaden gewundene elektrisch leitfähige Fäden handelt.
14. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 12 und 13, wobei der Kernfaden aus einem Elastomer, Naturgummi, Synthesegummi, Polyester-Elastan, Polyether-Elastan, modifiziertem Polyester, nachvernetztem Thermoplast, Polyester-Polyurethan-Elastomer und/oder Polyether-Polyurethan-Elastomer besteht.
15. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 12 bis 14, wobei als elektrisch leitfähiger Faden ein monofiler Metalldraht, eine metallisch beschichtete Synthesefaser, monofile silberbeschichtete Fasern und/oder Edelstahlfasern verwendet werden.
16. Verfahren nach Punkt 15, wobei der Metalldraht aus Edelstahl, versilbertem Kupfer oder aus Silber besteht.
17. Verfahren nach Punkt 12, wobei es sich bei dem textilen Garn um ein elektrisch leitfähiges Kombinationsgarn mit zumindest einem Kernfaden und zumindest einem, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Multifilamentgarn handelt, wobei das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn aus wenigstens zwei im wesentlichen parallel laufenden Einzelfilamenten besteht.
18. Verfahren nach Punkt 17, wobei das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn metallisierte, textile Filamente, metallisch beschichtete Synthesefilamente, silberbeschichtete Filamente, silberbeschichtete Nylonfilamente, Edelstahlfilamente, metallische Filamente, versilberte Kupferfilamente und/oder Silberfilamente umfasst.
19. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 17 und 18, wobei die Einzelfilamente des elektrisch leitfähigen Multifilamentgarns einen Durchmesser zwischen 0,01 und 0,1 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,06 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 und 0,05 mm aufweisen.
20. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 19, wobei es sich bei dem textilen Flächengebilde um ein Gestrick, ein Gewebe, ein Gewirk, ein Gelege, ein Abstandsgewirk oder um ein Band handelt.
21. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 20, wobei zumindest ein Erregerelement oder zumindest ein Detektionselement auf einer Oberfläche des textilen Flächengebildes angeordnet ist.
22. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 21, wobei zumindest ein Erregerelement oder zumindest ein Detektionselement zumindest teilweise in dem textilen Flächengebilde angeordnet ist.
23. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 22, wobei zusätzlich zumindest ein Bereich existiert, in dem das Detektionselement in der Ebene des textilen Flächengebildes derart auf beiden Seiten des Erregerelements angeordnet ist, dass auf beiden Seiten des Erregerelements im wesentlichen gleiche Teilbereiche des textilen Flächengebildes von dem Detektionselement und dem Erregerelement umschlossen werden.
24. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 23, wobei mehrere Detektionselemente vorhanden sind.
25. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 24, wobei das Erregerelement zusätzlich zu dem Wechselstrom definierter Amplitude mit einem Gleichstrom hoher Amplitude zur Widerstandsheizung beaufschlagt wird.
26. Verfahren nach zumindest einem der Punkte 1 bis 25, wobei es sich um ein Verfahren zur Bestimmung der Sitzbelegung eines Autositzes handelt, und wobei der Schritt – Bereitstellen eines textilen Flächengebildes mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Erregerelement und zumindest einem elektrisch leitfähigen Detektionselement in dem Schritt – Bereitstellen eines Autositzes mit einem textilen Flächengebilde, wobei das textile Flächengebilde zumindest ein Erregerelement und zumindest ein Detektionselement aufweist, besteht.
27. Verwendung eines Erregerelements und eines Detektionselements in einem Verfahren zur Bestimmung der Ausdehnungsänderung eines textilen Flächengebildes, wobei zumindest ein Erregerelement und/oder zumindest ein Detektionselement gebildet ist aus einem oder mehreren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: elektrisch leitfähige Kombinationsgarne, metallische Drähte, Drahtverbünde bestehend aus mehreren Drähten, leitfähig beschichtete Synthesefasern, Metall/Textil-Stapelfasern, Fasern aus leitfähig gefüllten Polymeren, leitfähige Polymere.
28. Verwendung nach Punkt 27, wobei das elektrisch leitfähige Kombinationsgarn zumindest einen elastischen Kernfaden, zumindest einen, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Faden und zumindest einen, um den Kernfaden gewundenen Umwindefaden umfasst.
29. Verwendung nach Punkt 28, wobei der Kernfaden aus einem Elastomer, Naturgummi, Synthesegummi, Polyester-Elastan, Polyether-Elastan, modifiziertem Polyester, nachvernetztem Thermoplast, Polyester-Polyurethan-Elastomer und/oder Polyether-Polyurethan-Elastomer besteht.
30. Verwendung nach Punkt 28, wobei als elektrisch leitfähiger Faden ein monofiler Metalldraht, eine metallisch beschichtete Synthesefaser, monofile silberbeschichtete Fasern und/oder Edelstahlfasern verwendet werden.
31. Verwendung nach Punkt 30, wobei der Metalldraht aus Edelstahl, versilbertem Kupfer oder aus Silber besteht.
32. Verwendung nach Punkt 27, wobei das elektrisch leitfähige Kombinationsgarn zumindest einen Kernfaden und zumindest ein, um den Kernfaden gewundenes elektrisch leitfähiges Multifilamentgarn umfasst, wobei das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn aus wenigstens zwei im Wesentlichen parallel laufenden Einzelfilamenten besteht.
33. Verwendung nach Punkt 32, wobei das elektrisch leitfähige Kombinationsgarn zusätzlich zumindest einen, um den mit dem elektrisch leitfähigen Multifilamentgarn umwundenen Kernfaden gewundenen äußeren Umwindefaden umfasst.
34. Verwendung nach zumindest einem der Punkte 32 und 33, wobei das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn metallisierte, textile Filamente, metallisch beschichtete Synthesefilamente, silberbeschichtete Filamente, silberbeschichtete Nylonfilamente, Edelstahlfilamente, metallische Filamente, versilberte Kupferfilamente und/oder Silberfilamente umfasst.
35. Verwendung nach zumindest einem der Punkte 32 bis 34, wobei die Einzelfilamente des elektrisch leitfähigen Multifilamentgarns einen Durchmesser zwischen 0,01 und 0,1 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,06 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 und 0,05 mm aufweisen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7145432 [0003]
- DE 102005055842 A1 [0004]
- DE 102004030261 A1 [0005]
- DE 102004025237 A1 [0006]

Claims

Anordnung zur Bestimmung von auf ein flächiges Material einwirkendem/r Druck/Dehnung, welche Anordnung eine Flächenstruktur aufweist, die in Verbindung mit dem flächigen Material angeordnet ist oder das flächige Material bildet, welche Flächenstruktur zumindest in einer Richtung definierte elastische Eigenschaften aufweist und zumindest ein elektrisch leitfähiges Erregerelement (11) und zumindest ein elektrisch leitfähiges Detektionselement (12) trägt, wobei die elastischen Eigenschaften der Flächenstruktur eine Änderung der relativen Lage von Erregerelement und Detektionselement zueinander bei Druckbeaufschlagung und/oder Dehnung ermöglichen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Wechselspannungsquelle zur Speisung des Erregerelements aufweist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Detektionselements auf eine Verstärker- und Filteranordnung gelegt ist, die insbesondere als Lock-In-Verstärker ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Scannerschaltung, die unterschiedliche mögliche Betriebsfrequenzen für die Einspeisung in das Erregerelement abscannt und die Speisespannung für das Erregerelement und entsprechend die Bandpassfrequenz einer Verstärker- und Filteranordnung für das Detektionselement, insbesondere eines Lock-In-Verstärkers auf eine Frequenz einstellt, bei der mittels einer Erfassungsschaltung wenig Störsignale detektiert werden.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scannerschaltung die Bandpassfrequenz der Verstärker- und Filteranordnung auf die Frequenz der in das Erregerelement eingespeisten Wechselspannung einstellt, und dass die Erfassungsschaltung das Detektionselement und dessen Verstärker- und Filteranordnung zur Erfassung der Störsignale verwendet.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Erregerelement und das Detektionselement in der Form von, vorzugsweise mäanderförmig verlaufenden, Induktionsspulen ausgebildet sind, die auf der Flächenstruktur in einem geringen Abstand übereinander und/oder nebeneinander ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Erregerelement und das Detektionselement im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Erregerelement und das Detektionselement in einem maximalen Abstand von 1 cm, vorzugsweise 5 mm, insbesondere 1 mm zueinander angeordnet werden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Erregerelement und das Detektionselement derart angeordnet sind, dass sie zumindest einen Teilbereich (23) des Flächengebildes im wesentlichen umschließen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Erregerelement und das Detektionselement derart angeordnet sind, dass sich Bereiche ergeben, in denen das Erregerelement und das Detektionselement keine Teilbereiche des textilen Flächengebildes umschließen und daneben Bereiche vorhanden sind, in denen im wesentlichen von dem Erregerelement und dem Detektionselement umschlossene Teilbereiche des textilen Flächengebildes vorliegen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Erregerelement und Detektionselement auf Folien angeordnet sind, zwischen denen eine Zwischenschicht aus elastischem Material angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 11, bei der die Elastizität der Folien deutlich geringer ist als die der Zwischenschicht ist.
Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, bei der das Erreger- und Detektionselement durch auf die Folien aufgebrachte, z. B. aufgedruckte oder abgeschiedene metallische Leiter gebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei es sich bei dem Erregerelement und dem Detektionselement jeweils um einen leitfähigen Faden eines textilen Garns handelt.
Anordnung nach Anspruch 14, bei der das textile Garn durch ein elektrisch leitfähiges Kombinationsgarn mit zumindest einem elastischen Kernfaden und zumindest einem, vorzugsweise zwei, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Fäden gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 15, bei der der Kernfaden aus einem Elastomer, Silikon, Naturgummi, Synthesegummi, Polyester-Elastan, Polyether-Elastan, modifiziertem Polyester, nachvernetztem Thermoplast, Polyester-Polyurethan-Elastomer und/oder Polyether-Polyurethan-Elastomer besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei der der elektrisch leitfähige Faden aus einem, gegebenenfalls lackierten, monofilen Metalldraht, einer metallisch beschichteten Synthesefaser, monofilen silberbeschichteten Fasern und/oder Edelstahlfasern oder Kombinationen daraus gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 17, in welcher der Metalldraht aus Edelstahl, versilbertem Kupfer oder Messing oder aus Silber besteht.
Anordnung nach Anspruch 14, in der das textile Garn durch ein elektrisch leitfähiges Kombinationsgarn mit zumindest einem Kernfaden und zumindest einem, um den Kernfaden gewundenen elektrisch leitfähigen Multifilamentgarn gebildet ist, wobei das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn aus wenigstens zwei im wesentlichen parallel laufenden Einzelfilamenten besteht.
Anordnung nach Anspruch 19, bei der das elektrisch leitfähige Multifilamentgarn metallisierte, textile Filamente, metallisch beschichtete Synthesefilamente, silberbeschichtete Filamente, silberbeschichtete Nylonfilamente, Edelstahlfilamente, metallische Filamente, versilberte Kupferfilamente und/oder Silberfilamente umfasst.
Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, bei der die Einzelfilamente des elektrisch leitfähigen Multifilamentgarns einen Durchmesser zwischen 0,01 und 0,1 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,06 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 und 0,05 mm aufweisen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Flächengebilde durch ein textiles Flächengebilde, z. B. durch ein Gestrick, ein Gewebe, ein Gewirk, ein Gelege, ein Gestick, ein Abstandsgewirk oder durch ein Band gebildet ist.
Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Flächenstruktur in einem Autositz zur Sitzbelegungsdetektierung angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 23, bei der das Erregerelement als Widerstandsheizelement zur Beaufschlagung mit einem Strom, insbesondere Gleichstrom, hoher Amplitude ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 23 oder 24, bei der die Flächenstruktur zumindest in etwa parallel zur Sitz- oder Rücklehnenfläche angeordnet ist.
Verfahren zur Bestimmung der Dehnung oder der Druckbeaufschlagung eines Flächengebildes unter Verwendung der Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erregerelement (11) mit einem Wechselstroms definierter Amplitude beaufschlagt wird, und der Druck bzw. die Dehnung über eine Änderung der in dem Detektionselement induzierten Wechselspannung gemessen wird.
Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25 in einem Autositz als Sitzbelegungserkennungssystem.
Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25 in Verbindung mit einem textilen Kleidungsstück als Atmungs- und/oder Pulsfrequenzsensor.