-
Die Erfindung betrifft eine Sohle zur Messung der mechanischen Druckverteilung an der menschlichen Fußsohle. Sie betrifft insbesondere Messsohlen in Form von Einlegesohlen sowie Messsohlen in Form von Schuhsohlen, die fester Teil eines Schuhs sind.
-
Methoden zur Messung der mechanischen Druckverteilung an der menschlichen Fußsohle sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Sie werden u. a. in der medizinischen Forschung zur Ganganalyse verwendet. Als Teil eines Trainingssystems bieten sie die Möglichkeit, dem Träger eine objektive Rückmeldung über seine Bewegungsparameter zu geben. Bisher existierende Druckmesssysteme sind häufig sehr komplex und benötigen beispielsweise das Mitführen von Datenaufzeichnungsrucksäcken und einer externen Energieversorgung. Auch sind die Druckmesssohlen häufig über Kabel an eine sich außerhalb der Sohle befindende Elektronik angeschlossen. Dies hat den Nachteil, dass die Kabel leicht beschädigt werden können und die Bewegung des Trägers des Messsystems beeinträchtigen können.
-
Kabellose Sensorsohlen zur Messung von Drücken, Kräften, Beschleunigungen und/oder der Lage im Raum sind heute noch kein Standardprodukt. Sie erfordern eine integrierte Elektronik und ein integriertes Funkmodul, um Messdaten zu speichern und/oder Messdaten drahtlos an andere Geräte zu übertragen.
-
Aus dem Stand der Technik geht nicht hervor, wie eine Elektronik gestaltet sein muss und wie sie in eine Sohle integriert werden kann, so dass die Elektronik durch die im Schuh auftretenden Belastungen nicht beschädigt wird.
-
Drucksensoren gemäß dem Stand der Technik sind anfällig für die in Sohlen auftretenden Belastungen. Durch Biegewechsellasten kann es zu Sensorbrüchen kommen.
-
Die elektrische Verbindung von in eine Sensorsohle integrierten Sensoren und der Messelektronik ist anfällig für Schäden, was zu Sensorausfällen führen kann.
-
Aus dem Stand der Technik geht nicht hervor, wie eine in eine Sensorsohle integrierte Energieversorgung zuverlässig und kostengünstig an eine in eine Sensorsohle integrierte Elektronik angeschlossen werden kann.
-
Aus dem Stand der Technik geht nicht hervor, wie ein Batteriefach in eine Sensorsohle integriert werden kann. Zudem sind Batteriedeckelkonstruktionen nötig, die einen sicheren Verschluss des Batteriefachs bei gleichzeitig guter Bedienbarkeit ermöglichen.
-
Eine anwenderfreundliche Sensorsohle sollte es bei Verwendung einer austauschbaren Batterie ermöglichen, dass sowohl nicht-aufladbare Primärzellen als auch aufladbare Sekundärzellen verwendet werden können.
-
Eine alltagstaugliche Sensorsohle kann dazu eingesetzt werden, über lange Zeitbereich Messdaten, also die Nutzdaten der Sensorsohle, zu erheben. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit von Vorrichtungen und Verfahren, um eine Sensorsohle automatisiert in einen aktiven bzw. passiven Zustand zu versetzen. Dadurch können während aktiver Zeitbereiche Messdaten erhoben werden, und während passiver Zeitbereiche kann die Sohle in einem energiesparenden Modus arbeiten und das Anfallen von Daten vermeiden, die nicht von Interesse sind.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Sohle zur Messung der mechanischen Druckverteilung an der menschlichen Fußsohle zur Verfügung zu stellen. Diese soll kabellos und derart gestaltet sein, dass die oben aufgeführten Probleme vermieden werden.
-
Die erfindungsgemäße Sohle kann eine Einlegesohle sein, die dauerhaft oder zeitweise in einen Schuh eingelegt wird, oder sie kann ein fester Teil eines Schuhs sein, und damit die Schuhsohle und/oder das Sohlenobermaterial eines Schuhs darstellen bzw. darin integriert sein.
-
Die erfindungsgemäße Sohle kann in Trainingssystemen eingesetzt werden. Die Sohle kann dazu in Skischuhe, Golfschuhe, Laufschuhe, Fußballschuhe oder andere Schuhe eingelegt werden. Außerdem kann die Sohle in medizinischen, rehabilitativen und wissenschaftlichen Anwendungen eingesetzt werden. Zu den medizinischen Anwendungen zählen zum Beispiel Mess- und Feedback-Systeme für Patienten mit diabetischem Fuß, Prothesen, Spastiken oder Gleichgewichtsstörungen, Früherkennung und Reha-Maßnahmen hinsichtlich Erkrankungen mit Störung des Bewegungsablaufs, beispielsweise Parkinson, oder für Patienten mit Knochen- oder Muskelverletzungen oder -Erkrankungen in der Rehabilitation. Des Weiteren kann die Sohle für Steuerungszwecke eingesetzt werden, indem der Nutzer der Sohle durch Druckgesten per Fuß eine Steuerungs- oder Eingabefunktion durchführt.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung löst diese Aufgabe eine Sohle mit Sensoren und einer Elektronik, wobei die Platine der Elektronik als Flexplatine oder Starrflexplatine ausgeführt ist. Die Flexplatine ist dahingehend vorteilhaft, dass sie im Gegensatz zu starrem Platinenmaterial während des Betriebs Biegungen und Biegewechsellasten erlaubt, ohne zu einem Bruch der Platine zu führen. Des Weiteren kann eine Flexplatine in einer gekrümmten Form in der Sohle verbaut sein und ermöglicht dadurch eine ergonomische Sohlenform. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Platine der Sohlenelektronik eine Flexplatine.
-
Vorteilhaft ist, wenn die Platine als Starrflexplatine ausgeführt ist. Dadurch können Bereiche, in denen elektronische Bauteile auf die Platine bestückt sind, als starre Bereiche ausgeführt sein, wodurch die Gefahr von Bauteilablösungen und Lötstellenbrüchen reduziert ist. Bereiche, in denen eine hohe mechanische Flexibilität gewünscht ist, können dagegen als Flexplatine ausgeführt sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Bereich der Platine, der sich im Mittelfußbereich befindet, ein starrer Platinenbereich, und die restliche Platine ist eine Flexplatine.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Bereich der Flexplatine oder Starrflexplatine, der Bauteile trägt, mit einer Vergussmasse vergossen, um die Bauteile vor mechanischer und chemischer Einwirkung sowie vor Feuchtigkeit zu schützen.
-
Im Falle einer Starrflexplatine ist es vorteilhaft, nur den starren Bereich zu vergießen.
-
Der Verguss kann kreisrund ausgeprägt sein, um mechanische Einflüsse auf die durch den Vergoss geschützten Elektronikbereich so gering wie möglich zu halten.
-
Die Elektronik kann vor dem Zusammenbau der Sohle vergossen werden. Vorteilhaft ist, wenn für die vergossene Elektronik eine Kavität in einem Trägerteil, z. B. einem Spritzgussteil, vorgesehen ist, die geometrisch so ausgestaltet ist, dass sie die Elektronik formschlüssig aufnimmt. Eine andere erfindungsgemäße Möglichkeit ist, die Elektronik derart zu umspritzen, dass die Vergussmasse zugleich ein tragendes Bauteil der Sohle ausmacht. Eine dritte Möglichkeit besteht in einer Kavität eines tragenden Sohlenteils, wobei die Elektronik zunächst auf dem tragenden Teil montiert wird und anschließend der Verguss erfolgt, bevorzugt durch eine dafür vorgesehene Öffnung in der Elektronik.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Drucksensoren textile kapazitive Sensoren. Dabei ist zwischen zwei elektrisch leitenden Strukturen, wobei eine oder beide elektrisch leitenden Strukturen textile Strukturen sind, ein Dielektrikum angeordnet. Ein Druck auf einen Sensor führt zu einer Annäherung der beiden leitenden Strukturen. Die damit verbundene Kapazitätserhöhung wird mittels einer Elektronik gemessen. Der Kapazitätswert ist somit ein Maß für den auf den Sensor wirkenden Druck. Die Verwendung von textilen Strukturen als Kondensatorflächen hat den Vorteil, dass diese Biegungen in nahezu beliebiger Weise zulassen und für Drucksensorsohlen deshalb besonders geeignet sind.
-
Vorteilhaft ist, wenn mehrere leitende Kondensatorflächen auf einem gemeinsamen Textil angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine räumliche Auflösung der Druckverteilung erzielen, und es müssen bei der Herstellung der Sohle nicht einzelne Textilstücke positioniert und montiert werden.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die elektrische Kontaktierung textiler Sensorik an eine Elektronik. Diese ist dadurch gelöst, dass eine Kupferfläche der Platine, vorteilhafterweise eine Flexplatine, flächig mit einer leitenden Fläche des Textils, beispielsweise kupferbeschichteten Polyesterfasern, in Kontakt steht.
-
Für die Kontaktierung einer Vielzahl von textilen Kondensatorflächen ist es vorteilhaft, wenn die zu den Kondensatorflächen führenden Anschlussleitungen des Textils an einer Kontaktstelle kreisförmig zusammengeführt sind. Dadurch können mehrere Kontakte in einem kleinen räumlichen Bereich bereitgestellt sein. Dies erleichtert mechanische Maßnahmen zur Sicherstellung eines elektrischen Kontakts zwischen Textil und Elektronik.
-
Dabei kann gemäß der Erfindung elektrisch leitender Klebstoff z. B. in Form von leitendem Flüssigkleber oder leitendem Klebeband, verwendet werden, um eine übermäßige Widerstandserhöhung oder sogar Kontaktverlust an der Kontaktstelle zu vermeiden.
-
Zum Schutz der Kontaktstelle kann die Sensorsohle einen Niet aufweisen, beispielsweise einen Textilniet. Da eine hohe Nietkraft zu einem Bruch von Kupferstrukturen auf der Platine führen kann, können stabilisierende Zwischenschichten zwischen Niet und Platine bzw. zwischen Niet und Textil verwendet werden.
-
Vorteilhaft ist, wenn in einem Bauteil der Sohle eine Vertiefung zur Aufnahme des Niets vorhanden ist. Dadurch können mechanische Kräfte auf die Kontaktstelle reduziert werden, wodurch die Gefahr einer Kontaktverlusts sinkt.
-
Vorteilhaft ist, wenn der Bereich, an dem eine Kontaktfläche auf der Platine in eine Zuleitung zu elektronischen Bauelemente übergeht, als ein geometrisch weicher Übergang gestaltet ist. Dies bedeutet, dass die Zuleitung zur Kontaktfläche hin stetig breiter wird. Dies reduziert mechanische Spannungen und vermeidet, dass das Kupfer der Platine im Übergangsbereich von Leitung und Kontaktfläche bricht.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Anbindung der Elektronik an eine Stromversorgung. Gemäß der Erfindung ist im Mittelfußbereich eine Batterie (Primärzelle oder aufladbare Sekundärzelle) angeordnet. Es ist vorteilhaft, die Batterie über leitendes Textil mit der Elektronik zu verbinden. Dazu weist das leitende Textil an beiden Enden eine kontaktierbare Fläche auf. Batterieseitig ist das Textil flächig mit einem Pol der Batterie in Kontakt. Am anderen Ende weist es eine Fläche auf, die mit einer Kupferfläche der Elektronik-Platine (vorteilhafterweise Flexplatine) in Kontakt ist.
-
Dabei kann gemäß der Erfindung elektrisch leitender Klebstoff, z. B. in Form von leitendem Flüssigkleber oder leitendem Klebeband, verwendet werden, um einen übermäßige Widerstandserhöhung oder sogar Kontaktverlust an der Kontaktstelle zwischen Textil und Platine zu vermeiden. Falls die Batterie nicht nur den Nutzer entfernt werden kann ist es vorteilhaft, leitenden Klebstoff auch zwischen Textil und Batterie bzw. den Kontaktfahnen der Batterie zu verwenden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Sohle ein Batteriefach auf, das an der Unterseite über einen Deckel zugänglich ist. Der Deckel ist vorteilhafterweise eine Topf-Konstruktion, die mittels Nut in ein Kunststoffteil der Sohle einrastet.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Sohle eine Elektronik zur Messung der Batteriespannung auf. Anhand des Spannungsverlaufs wird ermittelt, ob es sich bei der durch den Nutzer eingelegten Batterie um eine aufladbare oder nicht-aufladbare Batterie handelt. Ansprechend auf diese Bestimmung aktiviert oder deaktiviert die Elektronik einen Tiefentladeschutz für aufladbare Batterien.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des Energieverbrauchs der Sohle und zur Vermeidung der Messung von Sensordaten während nicht relevanter Zeiträume.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
-
Hierin zeigen
-
1 eine Starrflexplatine eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,
-
2 einen erfindungsgemäßen textilen Sensor,
-
3 eine erfindungsgemäße Anordnung von Kontaktflächen,
-
4 eine Nietverbindung von Sensorschicht und Elektronikplatine,
-
5 eine Sensoranschlusstorte einer Platine,
-
6 ein Batteriefach eines Inlays,
-
7 eine Schnittansicht eines Batteriefachs,
-
8 Zuleitungen für eine Stromversorgung,
-
9 eine Sensorsohle im Längsschnitt.
-
1 zeigt eine Starrflexplatine 101 eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Sie weist einen starren Platinenbereich 102 auf, der wie herkömmliche Platinen aus einem rigiden oder nahezu rigiden Leiterplattenmaterial besteht, beispielsweise FR4. Die restlichen Bereiche der Platine sind aus flexiblem Leiterplattenmaterial (Flexmaterial), beispielsweise aus Polyimidfolie.
-
Im Bereich 102 ist die Platine mit Bauteilen bestückt. Die Bauteile sind gemäß dem Ausführungsbeispiel in diesem Bereich kreisrund mit einer Vergussmasse (schraffiert dargestellt) vergossen. Weitere funktionale Aspekte der Platine sind Positionierlöcher 103, eine Antennenzuleitung 104, eine Antenne 105, Batterieanschlusskontaktflächen 106, Sensoranschlussfortsätze 107, und Nietlöcher 108.
-
Die Positionierlöcher 103 dienen der exakten Ausrichtung der Platine relativ zu anderen Schichten der erfindungsgemäßen Sensorsohle, wobei die Schichten zur Montage und/oder dauerhaft auf einen Positionierstift aufgefädelt werden.
-
Die Antennenzuleitung 104 weist Entlastungsbögen auf, um Längenänderungen im Abrollvorgang der Sohle zu ermöglichen, ohne dabei Schaden zu nehmen.
-
Die Antenne 105 ist bevorzugt eine gedruckte Antenne (sog. Printed Circuit Antenna), und zur Verbesserung der Abstrahlungscharakteristik im äußeren Bereich des Fußes angeordnet, bevorzugt im lateralen Bereich des Fußes, bevorzugt im Bereich des kleinen Zehs.
-
Sensoranschlussfortsätze 107 dienen der Kontaktierung der Platine mit einem textilen Sensor 201. Die Sensoranschlussfortsätze 107 sind bevorzugt in einem flexiblen Bereich der Platine 101, können jedoch auch in einem starren Bereich sein. Sie befinden sich im bevorzugten Ausführungsbeispiel im Mittelfußbereich der Sohle, in dem beim menschlichen Gang geringere Lasten und Biegungen auftreten als in anderen Bereichen.
-
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Platine 101 Nietlöcher 108 auf, durch die der Stift 401 eines Niets gesteckt wird, um die Haltbarkeit der elektrischen Verbindung zwischen einem Textil 201 und der Platine 101 zu erhöhen und ihren Durchgangswiderstand zu reduzieren.
-
2 zeigt eine textile Sensorschicht 201 gemäß der vorliegenden Erfindung. Sie besteht aus einem zusammenhängenden Textil, das elektrisch leitende Strukturen aufweist. Die leitenden Strukturen sind Sensorflächen 202, Sensorzuleitungen 203 und Sensoranschlusstorten 204.
-
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel bilden 13 Sensorflächen 202 die eine Kondensatorfläche von 13 kapazitiven Sensoren. Es können auch mehr oder weniger als 13 Sensorflächen 202 auf dem Textil 201 vorhanden sein. Eine auf der anderen Seite eines mechanisch komprimierbaren Dielektrikums befindliche elektrisch leitende Schicht, im Folgenden Ground-Schicht genannt, bildet die andere Kondensatorfläche der Sensoren. Die Ground-Schicht kann ebenfalls aus leitendem Textil bestehen, oder einem anderen leitendem Material.
-
Durch Anschluss der Sensorflächen 202 sowie der Ground-Schicht an eine Messelektronik kann der mechanische Druck auf die Sensoren durch Messung der zwischen den Sensorflächen und der Ground-Schicht vorliegenden Kapazität gemessen werden.
-
Die Sensoranschlusstorten 204 dienen dem Anschluss des Textils bzw. der Sensorflächen 202 an die Elektronikplatine 101. 3 ist eine Detaildarstellung der in 2 dargestellten Sensoranschlusstorten 204. Die kreis- bzw. tortenförmige Anordnung der Kontaktflächen 301 ermöglicht große Kontaktflächen auf geringem Raum bei gleichzeitig guter räumlicher Trennung der einzelnen Kontaktflächen. Die Sensorzuleitungen 203 können außen an den Kontaktflächen 301 geführt sein, oder innen. 2 zeigt außen geführte Sensorzuleitungen 203. Bei innen geführten Sensorzuleitungen ist ein Zuleitungsbereich 302 vorteilhaft, durch den die Sensorzuleitungen 203 laufen.
-
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei Sensoranschlusstorten 204 mit jeweils 7 Kontaktflächen 301 verwendet, um Kontaktflächen für 13 Sensorflächen 202 bereitzustellen. Es können jedoch auch nur eine oder mehr als zwei Sensoranschlusstorten 204 vorhanden sein. Die Sensoranschlusstorten 204 können mehr oder weniger als 7 Kontaktflächen 301 aufweisen.
-
Die elektrisch leitenden Sensoranschlussflächen 301 sind in geometrisch gleicher oder ähnlicher Weise auch auf der in 4 ausschnittsweise im Querschnitt gezeigten Platine 101 vorhanden. Durch flächige Berührung der Sensoranschlussflächen 301 des Textils 201 und der Sensoranschlussflächen 501 der Platine 101 ist eine elektrische Kontaktierung hergestellt. Der Teil der Platine 101 im Bereich des Niets entspricht dem in 1 dargestellten Sensoranschlussfortsatz 107.
-
Wie in 4 gezeigt können die Sensoranschlussflächen 301 des Textils 201 und die Sensoranschlussflächen 501 der Platine 101 durch eine leitende Klebeschicht 404 verbunden sein. Dadurch kann die elektrische Kontaktierung gegen mechanische Beanspruchung geschützt und der elektrische Widerstand der Kontakte reduziert werden. Der leitende Klebstoff 404 ist beispielsweise ein leitender Flüssigkleber oder ein leitendes Klebeband.
-
Zusätzlicher mechanischer Schutz der Kontaktstelle von Textil 201 und Platine 101 kann gemäß der Erfindung durch einen Niet gewährleistet sein. Der Niet ist bevorzugt ein runder Textilniet bestehend aus einem Niet-Stiftteil 401 und einem Niet-Kopfteil 402, kann jedoch auch ein anderer Niet sein. Die Fläche des Niets entspricht bevorzugt der Fläche der durch den Niet verpressten Sensoranschlusstorte 204, kann jedoch auch größer oder klein sein. Zum Schutz der beiden Sensoranschlusstorten 204 von 2 und 3 werden gemäß der Erfindung jeweils ein Niet verwendet. Das Textil 201 weist bevorzugt Nietlöcher zum durchfädeln des Niet-Stiftteils 401 auf, ähnlich den Nietlöchern 108 der Platine 101.
-
Der Niet kann wie in 4 gezeigt verbaut sein, der Niet-Stiftteil 401 und der Niet-Kopfteil 402 können jedoch auch vertauscht sein. Die in 4 gezeigte Anordnung hat den Vorteil, dass der Niet-Kopfteil 402, der räumlich mehr aufträgt als der Niet-Stiftteil 401, nicht Richtung Fuß gerichtet ist, sondern Richtung Boden. Dies vermeidet ein unangenehmes Druckgefühl am Fuß und erlaubt das Versenken der Niet-Kopfteils 401 in einem unter dem Niet befindlichen Teil der Sohle.
-
Da der Niet-Stiftteil 401 bzw. der Niet-Kopfteil 402 das Textil 201 und die Platine 101 mechanisch beschädigen können, werden gemäß der Erfindung Zwischenschichten 403 verwendet, um einen mechanischen Schutz zu gewährleisten. Als Material für die Zwischenschichten 403 eignen sich verschiedenste Materialien, beispielsweise Kunststofffolie, Gummi, Schaumstoff, FR4, Papier oder Textil.
-
5 zeigt eine Sensoranschlusstorte der Platine 101. Kontaktflächen 501 dienen wie oben beschrieben dem flächigen Kontakt mit den Kontaktflächen 301 des Textils. Sie sind bevorzugt Kupferflächen ohne Stopplack. Zuleitungen 502 dienen dem Anschluss der Kontaktflächen 501 an elektronische Bauelemente, die auf der Platine 101 bestückt sind. Gemäß der Erfindung weist die Platine 101 zwischen den Kontaktflächen 501 und den Zuleitungen 502 wie in 5 gezeigte Übergangsbereiche 503 auf, die mechanische Spannungen reduzieren und dadurch Risse im Kupfer der Platine 101 verhindern. Die Ausprägung der Übergangsbereiche 503 ist in 5 nur beispielhaft dargestellt, die exakte geometrische Form kann auch anders sein, ohne von der erfinderischen Idee der Reduktion mechanischer Spannungen abzuweichen.
-
5 zeigt außen geführte Zuleitungen 502. Ähnlich wie in Zusammenhang mit dem Textil 201 beschrieben können die Zuleitungen 502 der Platine 101 auch innen geführt sein, und die Sensoranschlusstorte über einen Zuleitungsbereich gemäß dem Zuleitungsbereich 302 verlassen.
-
Die in 1 gezeigten Batterieanschlusskontaktflächen 106 dienen dem Anschluss der Elektronikplatine an die Energieversorgung. Sie befinden sich bevorzugt in einem flexiblen Bereich der Starrflexplatine 101, können sich jedoch auch in einem starren Bereich befinden. Beide Batterieanschlusskontaktflächen 106 weisen jeweils eine Kupferfläche ohne Stopplack auf, deren Fläche eine Größenordnung von beispielsweise 3 mm mal 5 mm einnimmt.
-
Die Platine weist eine Batterieanschlusskontaktfläche für den Pluspol auf, deren Kupferfläche flächig mit einer textilen Zuleitung 704 in Berührung steht, sowie eine Batterieanschlusskontaktfläche für den Minuspol, deren Kupferfläche flächig mit einer textilen Zuleitung 705 in Berührung steht. Die Zuleitungen 704 und 705 bestehen aus leitendem Textil und stellen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Batterieanschlusskontaktflächen 106 und dem Plus- bzw. Minuspol der Batterie her.
-
8 zeigt die Geometrie der Zuleitungen in Form einer Abwicklung bzw. in der Form vor der Montage in der Sensorsohle. Die Minuspol-Zuleitung 705 ist in einem Bereich 801 elektrisch kontaktierbar, um sie an die Platine 101 anzuschließen. Die Minuspol-Zuleitung 705 ist in einem Bereich 803 elektrisch kontaktierbar, um sie an die Batterie 701 anzuschließen. In diesem Bereich weist die Minuspol-Zuleitung 705 einen Auflagering für den Minuspol der Batterie auf. In einem Bereich 802 ist die Minuspol-Zuleitung 705 zur Vermeidung von Kurzschlüssen nicht kontaktierbar. Die Pluspol-Zuleitung 704 ist in einem Bereich 804 elektrisch kontaktierbar, um sie an die Platine 101 anzuschließen. Die Pluspol-Zuleitung 704 ist in einem Bereich 806 elektrisch kontaktierbar, um sie an die Batterie 701 anzuschließen. Im vorderen Bereich weist die Pluspol-Zuleitung 704 eine gerade Kante auf, um einen besseren Zugriff per Hand und ein leichteres Einlegen der Batterie zu ermöglichen. In einem Bereich 805 ist die Pluspol-Zuleitung 704 zur Vermeidung von Kurzschlüssen nicht kontaktierbar.
-
Die Kontaktflächen der Batterieanschlusskontaktflächen 106 und der Zuleitungen 704 bzw. 705 sind mittels leitenden Klebstoffs, beispielsweise leitendem Flüssigkleber oder leitendem Klebeband, verklebt, um die mechanische Haltbarkeit zu erhöhen und den Übergangswiderstand an der Kontaktfläche zu reduzieren.
-
Die Sensorflächen 202 sind an den Stellen 205 freigestellt, an denen sich auf der Elektronik die Batterieanschlusskontaktflächen 106 befinden. Dadurch wird eine räumliche Überdeckung zwischen Sensorflächen 202 und Batterieanschlusskontaktflächen 106 vermieden, da diese zu Störeinflüssen auf die Sensorik führen kann.
-
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Sensorsohle ein tragendes Bauteil an der Unterseite auf, beispielsweise ein Spritzgussteil, das ein wie in 6 und 7 gezeigtes Batteriefach zur Aufnahme einer Batterie 701, beispielsweise einer Knopfzellenbatterie, aufweist. Das Spritzgussteil wird nachfolgend als Inlay bezeichnet. Das Batteriefach befindet sich bevorzugt im medialen Mittelfußbereich, also im Bereich des Fußgewölbes, da hier aus anatomischer Sicht am meisten Platz verfügbar ist und die Sensorsohle in der Abrollbewegung des Fußes am wenigsten gebogen wird. Das Batteriefach weist einen Batteriefachboden 601, eine Topfkulisse 602, eine Einrastnut 603, einen Absatz 604, eine Eingriffmulde 605, einen ersten Durchlass 606, einen zweiten Durchlass 607 und eine Tasche 608 auf.
-
Die Topfkulisse 602 dient der Aufnahme eines bevorzugt kreisrunden Batteriefachdeckels 702. Durch die topfartige Konstruktion ist der Batteriefachdeckel 702 beim Einlegen in das Inlay von der Pluspol-Zuleitung 704 und der Minuspol-Zuleitung 705 getrennt, wodurch diese nicht beschädigt werden können. Eine Einrastnut 603 im Inlay sowie ein Einrastwulst 703 am Batteriefachdeckel 702 stabilisieren den eingelegten Batteriefachdeckel 702 gegen Herausfallen im Betrieb. Durch den Absatz 604 kann der Batteriefachdeckel 702 bündig mit dem Inlay abschließen und trotzdem über die Topfkulisse 602 überstehen, wobei durch diese Überlappung eine Dichtwirkung erzielt wird sowie die Entnahme des Batteriefachdeckels 702 erleichtert wird. Die Entnahme wird insbesondere auch durch eine Eingriffmulde 605 erleichtert, die etwas tiefer als der Absatz 604 ist, sodass der Nutzer zur Entnahme mit dem Finger unter den Deckelrand greifen kann. Sie durchbricht jedoch bevorzugt nicht die Topfkonstruktion des Inlays, um die Dichtwirkung nicht zu beeinträchtigen.
-
Die Batterie 701 wird bevorzugt mit dem Pluspol Richtung Batteriefachdeckel 702 eingelegt. Eine Tasche 608 im Bereich des ersten Durchlasses 606 für die Zuleitung 704 dient der Führung der Zuleitung 704, da diese um die Stirnseite der Batterie 701 herum geführt ist. Die Zuleitung 705 ist durch den zweiten Durchlass 607 geführt. Die Pluspol-Zuleitung 704 steht mit dem Pluspol der Batterie flächig in Berührung, wodurch ein elektrischer Kontakt hergestellt ist. Die Zuleitung 704 wird durch den Batteriefachdeckel 702 an die Batterie 701 gedrückt. Zusätzlicher Druck entsteht durch einen Schaumstoff, der sich zwischen dem Batteriefachboden 601 und der Zuleitung 705 bzw. der Batterie 701 befindet. Die Minuspol-Zuleitung 705 steht mit dem Minuspol der Batterie flächig in Berührung, wodurch ein elektrischer Kontakt hergestellt ist.
-
9 zeigt verschiedene Teile der erfindungsgemäßen Sensorsohle im Längsschnitt. Das Inlay 901 weist ein Batteriefach 902 mit oben beschriebenen Durchlässen 606 und 607, zwei Vertiefungen 903 für die Aufnahme zweier Niet-Kopfteile 402 und eine Vertiefung 904 zur Aufnahme vergossener Elektronikbauteile 102 auf. Die Elektronikplatine 101 ist elektrisch leitend mit einem textilen Sensor 201 verbunden, wobei die Verbindung in 9 nicht im Detail dargestellt ist, sondern in 4. Der Sensor 201 stellt eine Kondensatorplattenseite kapazitiver Sensoren dar. Die zweite Kondensatorplattenseite stellt eine elektrisch leitende Ground-Schicht 906 dar. Die zwei Kondensatorplattenseiten sind durch ein verformbares Dielektrikum 905 mit hoher Rückstellkraft getrennt, wodurch eine kapazitive Druckmessung möglich ist. Eine Deckschicht 907 schließt die Sohle Richtung Fuß ab.
-
In einem Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Sensorsohle eine Elektronik zur Messung der Batteriespannung auf, sowie zur Messung der Zeit seit dem letzten Neustart der Elektronik. Diese Zeit entspricht der Zeit, die seit dem letzten Einlegen einer Batterie vergangen ist. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit T, beispielsweise T = 30 min, misst die Elektronik die Batteriespannung. Falls diese oberhalb einer Spannungsschwelle U liegt, so entscheidet eine Logikschaltung oder Software der Elektronik darauf, dass es sich um eine aufladbare Batterie handelt. Ansprechend auf diese Entscheidung aktiviert die Elektronik einen Tiefentladeschutz, um ein schadhaftes Tiefentladen der aufladbaren Batterie zu vermeiden. Zusätzlich kann die Elektronik anderen Geräten per Funk oder über eine kabelgebundene Übertragung mitteilen, dass sie auf eine aufladbare Batterie entschieden hat. Dies kann dazu verwendet werden, dem Nutzer einen entsprechenden Hinweis zu geben, oder die Berechnung der Restlaufzeit der Batterie an den aufladbaren Batterietyp anzupassen. Wird nach Ablauf von T eine Spannung kleiner als U gemessen, so entscheidet eine Logikschaltung oder Software der Elektronik darauf, dass es sich um eine nicht aufladbare Batterie handelt. Ansprechend auf diese Entscheidung deaktiviert die Elektronik den Tiefentladeschutz. Zusätzlich kann die Elektronik anderen Geräten per Funk oder über eine kabelgebundene Übertragung mitteilen, dass sie auf eine nicht aufladbare Batterie entschieden hat. Dies kann dazu verwendet werden, dem Nutzer einen entsprechenden Hinweis zu geben, oder die Berechnung der Restlaufzeit der Batterie an den nicht-aufladbaren Batterietyp anzupassen.
-
In einem Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Sensorsohle eine Elektronik zur fortlaufenden Messung eines Bewegungsparameters auf. Bei dem Bewegungsparameter kann es sich um einen anhand der plantaren Druckverteilung, der Beschleunigungen bzw. Lage der Sensorsohle oder einer Kombination von Druckverteilung und Beschleunigungen bzw. der Lage berechneten Wert handeln. Im Ausführungsbeispiel handelt es sieh um den Differenzvektor aufeinanderfolgender Beschleunigungsvektoren, die durch einen ein- oder mehrachsigen Beschleunigungssensor der Elektronik gemessen werden. Der Bewegungsparameter wird beispielsweise mit einer Abtastfrequenz von 1 Hz gemessen. Falls der Betrag des Differenzvektors innerhalb einer Zeitspanne T_a, beispielsweise T_a = 10 Sekunden, einen vorbestimmten Wert A nicht überschreitet, so entscheidet eine Logikschaltung oder Software der Elektronik auf Inaktivität. Ansprechend auf die Entscheidung leitet die Elektronik Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauchs ein. Falls sich die Sensorsohle in einem Zustand befindet, in dem Messdaten gemessen werden, so leitet die Elektronik ansprechend auf die Entscheidung Maßnahmen zur Unterbrechung der Erhebung der Messdaten auf. Sobald die Elektronik nach der Entscheidung auf Inaktivität einen Differenzvektor bestimmt, dessen Betrag größer als A ist, so entscheidet die Elektronik auf Aktivität. Ansprechend auf diese Entscheidung versetzt die Elektronik die Sensorsohle wieder in den regulären Messzustand.
-
Falls die Messdaten nicht per Funk übertragen werden, sondern in einem Datenspeicher der Sensorsohle gespeichert werden, so speichert die Elektronik der Sensorsohle Informationen in einem Datenspeicher, anhand derer die Zeitdauer bestimmt werden kann, für die sich die Sensorsohle in einem inaktiven Zustand befunden hat. Dadurch können nach dem Auslesen der Messdaten aus dem Datenspeicher zeitliche Lücken erkannt und quantitativ bestimmt werden. Dadurch ist es möglich, die Messdaten zweier Sensorsohlen zeitlich auch in dem Fall zu synchronisieren, in dem die beiden Sensorsohlen unabhängig voneinander auf Aktivität bzw. Inaktivität entscheiden. Die Informationen, die die Zeitdauer von Inaktivität bestimmen, können beispielsweise Zeitstempel der Zeiten sein, zu denen auf Aktivität bzw. Inaktivität bestimmt wurde, oder es kann die Anzahl an Messdaten-Samples sein, die aufgrund einer Entscheidung auf Inaktivität nicht erhoben bzw. nicht im Datenspeicher gespeichert wurde.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Bauteile tragende Bereich 102 vergossen, besteht jedoch wie die restliche Platine aus Flexmaterial.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist sowohl die Schicht 201 als auch die Ground-Schicht in leitende Flächen 202 strukturiert, die streifenweise und zueinander um ca. 90 Grad gedreht geformt sind. Die dadurch entstehende Matrix-Struktur erlaubt eine hohe räumliche Auflösung der kapazitiven Druckmessung gemäß dem Stand der Technik.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Batterie fest im Inlay der Sensorsohle verbaut, ohne vom Nutzer gewechselt werden zu können. In diesem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, dass auch batterieseitig leitender Klebstoff, beispielsweise leitendes Klebeband, die Zuleitungen 704 bzw. 705 mit dem Plus- bzw. Minuspol der Batterie leitend verbindet, bzw. mit Anschlussfahnen der Batterie.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele begrenzt. Dem Fachmann ist bekannt, dass verschiedene Ausführungen unterschiedlicher Details einer Sensorsohle möglich sind, ohne den Rahmen der hier offenbarten erfinderischen Ideen zu verlassen.
