DE102016109568A1

DE102016109568A1 - Elektrode zur Elektromuskelstimulierung, Bekleidungsstück, Verfahren zur Herstellung eines Bekleidungsstücks sowie Verwendung einer Elektrode

Info

Publication number: DE102016109568A1
Application number: DE102016109568.0A
Authority: DE
Inventors: Philipp G. Schwarz; Kay Rathschlag; Patrick Thumm; Shahid Mehboob
Original assignee: Wearable Life Science GmbH
Current assignee: Beurer GmbH
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: WO2017202930A1; DE102016109568B4

Abstract

Elektrode (8) zur Elektromuskelstimulierung EMS umfasst zumindest eine Körperschicht (10), die als eine elektrisch leitende Kunststoff- und/oder Silikonschicht ausgeführt ist, wobei eine Kontaktoberfläche (11) der Körperschicht (10) eingerichtet ist, in Kontakt mit der Haut einer über die Elektrode (8) zu stimulierenden Person zu stehen, eine elektrisch leitende Zwischenschicht (15), die innerhalb oder an einem Rand der Körperschicht (10) so angeordnet, dass an jeder Stelle ein definierter Mindestabstand (m) zur Kontaktoberfläche besteht und eine elektrisch isolierende Außenschicht (20), die an der der Kontaktoberfläche gegenüberliegenden Seite der Elektrode (8) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode zur Steuerung von Stimulations-Impulsen, ein Bekleidungsstück und die Herstellung eines Bekleidungsstücks.
Aus dem Stand der Technik sind Stimulations-Impulse bekannt, insbesondere eine elektrische Muskelstimulation (EMS) zur Stimulation von verschiedenen biologischen Geweben wie Muskeln und Nerven.
Häufig wird bei der Elektro-Muskelstimulation ein Kleidungsstück verwendet, in welchem die benötigten Elektroden lösbar oder dauerhaft integriert sind. Bei hochwertigen modernen EMS-Systemen wird eine große Anzahl der Elektroden verwendet. Dabei steigt der Aufwand, der an die elektrische bzw. elektronische Steuerung gestellt wird, entsprechend an. Ebenso wird für die Übertragung der Impulse der Elektrostimulierung an die Steuerung eine hohe Anzahl von elektrischen Leitern benötigt. Da auch eine nennenswerte Leistung hierüber übertragen werden muss, wird ein entsprechend großer Leiterquerschnitt benötigt.
Die Elektroden haben die Aufgabe, eine möglichst gute Übertragung der EMS-Impulse auf die Haut der trainierenden Person sicherzustellen. Dies gilt vor allem dann, wenn die Elektroden in die Sportbekleidung dauerhaft integriert sind. Diese Bekleidung hat eine hohe Elastizität von bis zu 100%, was notwendig ist, um ein gutes Anliegen der Bekleidung (mit den Elektroden) an der Haut sicherzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrode bereitzustellen, die gut in die Bekleidung integrierbar ist und eine sichere Stromübertragung sicherstellt.
Diese Aufgabe wird mit der Elektrode des Anspruchs 1 und dem Verfahren des Anspruchs 12 sowie eine Verwendung des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine erfindungsgemäße Elektrode, insbesondere zur Elektromuskelstimulierung (EMS), umfasst zumindest eine Körperschicht, die als eine elektrisch leitende Kunststoff- und/oder Silikonschicht ausgeführt ist, wobei eine Kontaktoberfläche der Körperschicht eingerichtet ist, in Kontakt mit der Haut einer über die Elektrode zu stimulierenden Person zu stehen. Eine elektrisch leitende Zwischenschicht der Elektrode ist innerhalb oder an einem Rand der Körperschicht so angeordnet, dass an jeder Stelle ein definierter Mindestabstand zur Kontaktoberfläche besteht. Und eine elektrisch isolierende Außenschicht ist an der der Kontaktoberfläche gegenüber liegenden Seite der Elektrode angeordnet. Wichtig ist die gute und flächige Stromübertragung von der Elektrode zu der Haut. Lokale Bereiche von einer zu hohen Stromübertragung sind zu vermeiden, da dadurch ein unangenehmes Gefühl beim Anwender erzeugt wird. Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, dass die Körperschicht eine relativ gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die Zwischenschicht ist im Vergleich dazu deutlich besser leitend. Das bedeutet, dass sich der Strom (bzw. die Spannung) innerhalb der Zwischenschicht gleichmäßig verteilen kann. Die Körperschicht hat vorzugsweise eine möglichst konstante Dicke und auf diese Weise kann an jeder Stelle der Elektrode das gleiche elektrische Potential auf die Haut übertragen werden, wodurch Bereiche einer zu großen Stimulierung und Bereiche innerhalb der Elektrode mit einer zu kleinen Stimulierung vermieden werden.
Vorteilhaft ist dabei, wenn die Zwischenschicht eine Elastizität von größer als 23% aufweist und die Körperschicht eine Elastizität von größer 27%, aufweist. Beispielsweise kann die Elastizität der Zwischenschicht 27% und die der Körperschicht 30% sein. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Elastizität der Körperschicht mindestens 2% größer ist, als die Elastizität der Zwischenschicht. Wenn die Elektrode mit der Bekleidung verbunden ist, so soll die Elektrode eine möglichst große Elastizität aufweisen, so dass sich die Bekleidung weiterhin gut an den Körper anlegen kann. Der obere Bereich von ca. 30% Elastizität der Zwischenschicht ist technisch bedingt, da es technisch schwierig ist, elektrisch leitende Elektroden mit einer höheren Elastizität zu fertigen. Die Elastizität der Körperschicht ergibt sich daraus, dass sie etwas größer als die der Zwischenschicht sein sollte, um ein Reißen der Körperschicht zu vermeiden.
Insbesondere kann der genannte Mindestabstand größer 0,4 mm und insbesondere mindestens 0,5 mm sein. Einerseits sollte die Körperschicht möglichst dünn sein. Andererseits soll eine gewisse Isolierung von der Zwischenschicht zu der Haut bestehen. Dies wird durch den oben genannten Mindestabstand ausgedrückt und dies bewirkt eine flächig gleichmäßige Stromübertragung.
Auch kann der Abstand zwischen der Kontaktoberfläche und der Zwischenschicht kleiner als 1,2 mm und insbesondere kleiner als 1,0 mm sein. Eine zu dicke Körperschicht würde die Elektrode selbst zu dick machen. Auch müsste der Widerstand der Körperschicht sehr gering eingestellt werden, um dennoch eine gute Übertragung des EMS-Signals auf die Haut sicherzustellen.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Zwischenschicht elektrisch leitende Fasern und elektrisch nicht-leitende Fasern aufweist. Die Zwischenschicht ist bei diesem Konzept die Schicht, die die mechanischen Kräfte bei einem Zerren an der Elektrode aufnimmt. Es ist eine Eigenart von elektrisch leitenden Fasern, dass ihre Elastizität häufig begrenzt ist. Wenn in diesem Sinne ein Fasergemisch in der Zwischenschicht angeordnet ist, so dass die elektrisch leitenden Fasern z.B. in mehr oder weniger weiten Schlaufen geführt werden, können nicht-leitende Fasern vornehmlich die Kräfte aufnehmen. Das bedeutet insbesondere, dass elektrisch leitende Fasern zumindest abschnittsweise in Schlaufen angeordnet sind, so dass bei einer Zugbelastung quer zur Kontaktoberfläche ein Großteil der Zugbelastung durch die elektrisch nicht-leitenden Fasern aufgenommen werden kann. Der Begriff „Faser“ ist weit auszulegen und umfasst synthetische und natürliche Fasern und Fäden und dergleichen. Die Fasern können ggf. elektrisch leitend beschichtet sein oder es kann sich um metallische Drähte handeln.
Insbesondere besteht die Zwischenschicht aus einer Schicht aus ungeordneten Fasern, wobei zumindest ein Teil der Fasern elektrisch leitend ausgestaltet ist. Hierdurch ergeben sich unidirektional gute elastische Eigenschaften. Die Zwischenschicht kann dabei in der Körperschicht eingebettet sein.
Die Zwischenschicht kann auch selbst wiederum zwei- oder mehrschichtig sein. Dabei kann eine Schicht elektrisch leitend sein und eine Schicht kann zur Zugaufnahme dienen und optional nicht leitend ausgestaltet sein. Die der Zugaufnahme dienende Schicht kann außen liegen. Die Zwischenschicht kann eine Schicht aufweisen, die der Kontaktierung dient. Diese Kontaktierungsschicht kann ein Verbindungselement enthalten oder mit einem solchen verbunden sein. Zwischen den Schichten können Trennschichten vorgesehen sein, die eine Separation nicht kompatibler Materialien bewirken. Die Zwischenschicht kann in einem zweischichtigen Aufbau bestehen, wobei eine leitende Schicht aus Silikon mit einer textilen Schicht zur Zugaufnahme kombiniert ist. Dabei liegt die Silikonschicht insbesondere innen. Die Silikonschicht kann aus einem Silikonkleber ausgebildet sein und somit auch der Verbindung von Schichten dienen.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn der flächige Widerstand der Körperschicht kleiner als 80 Ohm/sqr, bevorzugt kleiner als 30 Ohm/sqr ist. Er kann insbesondere > 15 Ohm/sqr sein.
Bei einem entsprechenden Bekleidungsstück ist die Elektrode und das Bekleidungsstück in getrennten Arbeitsschritten hergestellt worden. Anschließend wurden diese Teile dauerhaft miteinander verbunden, wie insbesondere in einem Arbeitsschritt des Vernähens, Bondens und/oder Verklebens. In einer alternativen Ausführungsform kann die Elektrode auf einer Textilbahn oder auf dem Kleidungsstück aufgebaut werden.
Alternativ kann das Bekleidungsstück zumindest eine das Bekleidungsstück bildende Textilbahn umfassen. Dabei wurden bei der Herstellung in die Textilbahn elektrisch leitende Bereiche und dazwischen liegende isolierende Bereiche eingearbeitet. Dies kann im Herstellverfahren (Weben, Stricken, ...) geschehen oder nachträglich in einem Verfahren des Bestickens. Zur Bildung der Elektrode(n) wurde die Textilbahn bei den leitenden Bereichen auf einer Seite mit einer die Körperschicht bildenden elektrisch leitenden Kunststoff- und/oder Silikonschicht versehen. Und davon gegenüberliegend ist die elektrisch isolierende Außenschicht aufgebracht wurden. Hierdurch wird die bestmögliche Integration der Elektroden mit dem Kleidungsstück realisiert. Die Dicke der Elektrode kann dadurch minimiert werden und der Übergang von der Elektrode zu dem Material der Textilbahn kann fließend geschehen, um so mechanische Spannungsspitzen am Übergang zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Bekleidungsstücks wird zunächst eine Textilbahn hergestellt und elektrisch leitende Bereiche und elektrisch isolierende Bereiche und/oder Leiterbahnbereiche zur Kontaktierung der elektrisch leitenden Bereiche werden in die Textilbahn eingearbeitet. Insbesondere sind die eingearbeiteten Leiterbahnbereiche in Schlaufen gelegt, so dass sie bei einer Dehnung des Kleidungsstücks nicht auf Zug belastet werden. Es kann auch eine Kontaktierung mit frei geführten Kabeln vorgesehen sein. Die elektrisch leitenden Bereiche werden von einer Seite mit einer elektrisch leitenden Schicht beschichtet und gegenüberliegend davon wird eine elektrisch isolierende Beschichtung als Außenschicht aufgebracht. Die Herstellung der leitenden Bereiche und der Leiterbahnbereiche kann zeitgleich mit der Herstellung der Textilbahn geschehen (z.B. Web- oder Strickverfahren) oder die leitenden Bereiche können nachträglich aufgebracht werden, (z.B. Besticken).
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen und Beispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines tragbaren Systems zur Steuerung von EMS-Impulsen während einer EMS-Anwendung an einem EMS-Nutzer,
2 ein Querschnitt einer Elektrode einer ersten Ausführungsform,
3 ein Querschnitt einer Elektrode einer anderen Ausführungsform und
4 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Zwischenschicht einer Elektrode.
In 1 ist ein Bekleidungsstück 30 gezeigt, welches als ein Shirt ausgeführt ist. Alternativ kann das Bekleidungsstück eine Hose, eine Jacke, Weste, Socke, Strumpf, Strumpfhose oder dergleichen sein. An dem Bekleidungsstück 30 sind Elektroden 8 befestigt und über einen elektrischen Leiter 9 mit einer Impulseinheit 5 verbunden, die eine Datenverarbeitungseinheit 4 beinhaltet. Die Datenverarbeitungseinheit 4 ist mit einer Benutzerschnittstelle 6 verbunden, die eine Visualisierungseinheit 61 und Eingabeeinheit 62 umfasset. Die Benutzerschnittstelle 6 kann ein handelsübliches Smartphone, Tablet oder dergleichen sein. Da für die Impulseinheit eine Batterieversorgung 7 vorgesehen ist, ist das sich so ergebende System 1 der Elektromuskelsimulierung (EMS) mobil verwendbar. Man kann es also bspw. im Freien bei diversen Sportarten oder (Bewegungs-)Spielen einsetzen.
Die Elektroden 8 können abhängig von den gewünschten Bedingungen als Einzelelektroden ausgeführt sein. In diesem Fall kann der Stromfluss so gestaltet sein, dass er von einer der gezeigten Elektrode zu der anderen gezeigten Elektrode fließt. Alternativ kann auch eine oder mehrere zentrale Rückführelektroden (nicht dargestellt) vorgesehen sein, über die der Stromkreis geschlossen wird. Alternativ kann jede der Elektroden 8 zwei (oder mehr) Teilelektroden umfassen und sich so über die Teilelektroden ein geschlossener Stromkreis ergeben.
Die Elektroden 8 sind mehrschichtig aufgebaut. Eine innere Schicht, die auch als Körperschicht 10 bezeichnet wird, ist so an dem Textil 30 befestigt, dass sie zum Körper der mit dem System trainierenden Person zeigt. Die Oberfläche, die dabei an dem Körper anliegt, wird nachfolgend als Kontaktoberfläche 11 bezeichnet. Eine nicht leitende Außenschicht 20 ist auf der vom Körper abgewandten Seite angebracht. Diese Schicht ist nicht leitend, damit eine Person nicht bspw. mit den Armen die elektrisch leitenden Bereiche berühren und einen unangenehmen elektrischen Schlag bekommen kann. Zwischen diesen Schichten 10 und 20 ist eine Zwischenschicht 15 angeordnet. Die Zwischenschicht 15 ist elektrisch gut leitend ausgestaltet und mit den Leitern 9 verbunden.
Die Zwischenschicht 15 kann erfindungsgemäß bevorzugt so ausgestaltet sein, dass ein Verbindungselement vorgesehen ist, welches wenigstens eine elektrisch leitende Faser der Zwischenschicht 15 – z.B. über einen Leiter 9 – mit einer Stromquelle, insbesondere der Batterieversorgung 7 verbindet. Das Verbindungselement kann insbesondere als Steckverbindung oder Druckknopf ausgestaltet sein. Die Steckverbindung stellt insbesondere einen elektrischen Kontakt zwischen einem Leiter 9 und wenigstens einer elektrisch leitenden Faser der Zwischenschicht 15 her. Ein Druckknopf ist vorzugsweise in der Zwischenschicht verankert, so dass ein elektrischer Kontakt hergestellt werden kann. Der Leiter 9 wird dann über den Druckknopf mit der Zwischenschicht 15 verbunden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Druckknopf in der Zwischenschicht 15 zu verankern, da ein Verankern in dem Kunststoff oder Silikon der Körperschicht 10 die Stabilität der Körperschicht 10 beeinträchtigt und ein metallener Druckknopf die Aushärtung des Kunststoffs bzw. Silikons bei der Herstellung behindern kann. Natürlich sind dem Fachmann auch andere Verbindungselemente bekannt, die grundsätzlich zur Kontaktierung geeignet sind. Auch solche Alternativen sind erfindungsgemäß umfasst.
2 und 3 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Zwischenschicht 15. In 3 ist die Zwischenschicht 15 identisch mit der Trennfläche der Schichten 10 und 20 ausgeführt. In 2 ist die Zwischenschicht 15 in die Körperschicht 10 an dem Randbereich integriert, der der Außenschicht 20 benachbart ist. Dabei ist die Zwischenschicht 15 so ausgeführt, dass ein Abstand m zu der Kontaktoberfläche 11 der Körperschicht 15 besteht, die bei der Verwendung der Elektrode am Körper der zu trainierenden Person anliegt. Die Körperschicht ist in einer bevorzugten Ausführungsform 0,5 mm dick. Sie kann eine leitende Silikon- oder Kunststoffschicht sein. Sie hat bevorzugt einen Widerstand von < 80 Ohm/square und bevorzugt < 30 Ohm/square. Die Einheit Ohm/square gibt einen spezifischen Widerstand an, der in Abhängigkeit von der Messfläche ist und wird insbesondere von der Zwischenschicht 15 bis zu der Kontaktoberfläche 11 gemessen. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Zwischenschicht 15 in die Körperschicht 10 eingebettet.
Die Zwischenschicht 15 kann ein Gewebe oder Gewirk aus einem elastischen Fasermaterial umfassen. Dabei können entweder sämtliche Fasern elektrisch leitend ausgestaltet sein oder nur ein gewisser Anteil. In besonderen Ausführungsformen kann die Zwischenschicht aus einem einzigen leitenden Faden bestehen. Die elektrischen Fasern können metallische Leiter (Kabel) sein. Alternativ kann hierfür ein synthetischer Faden bzw. Fasern aus einem leitenden Material ausgeführt sein. Auch kann ein nicht leitender synthetischer oder ein organischer Faden mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehen sein. Dies kann insbesondere eine Metall-, wie etwa eine Silber- oder Titanbeschichtung sein.
Die Zwischenschicht hat bevorzugt eine Elastizität von 27%. Im Allgemeinen ist ein Bereich der Elastizität von 27 +/– 5% vorteilhaft. Die Elastizität ist der prozentuale Wert, wie sehr die Zwischenschicht (bzw. die betrachtete Schicht) in einem reversiblen Bereich gedehnt werden kann. Reversibel bedeutet, dass die betrachtete Schicht nach der Entlastung in die Ursprungsform zurückgeht. Die Grenze der Elastizität kann eine Bruchdehnung sein, bei deren Erreichen das Material reißt. Manche Gewebe sind so aufgebaut, dass sie bis zu einer definierten Grenze mit einem weitgehend proportionalen Zugkraftanstieg elastisch dehnbar sind und einen Maximalwert erreichen, ab dem bei weiterer Kraftaufbringung keine weitere Dehnung auftritt. Dieser Wert wird in diesem Fall als die maximale Dehnung bezeichnet. Die Elastizität der Körperschicht ist bevorzugt 30%. Im Allgemeinen ist eine Elastizität 30% +/– 5% vorteilhaft. Es ist ferner vorteilhaft, wenn bei einer Betrachtung der Differenz die Elastizität der Körperschicht 10 mindestens 2% größer ist als die Elastizität der Zwischenschicht 15. Auch kann bei einer Betrachtung des Verhältnisses die Elastizität der Körperschicht um 10% größer als die Elastizität der Zwischenschicht 15 sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Körperschicht 10 beim Einsatz der Elektrode nicht an ihre Streckgrenze (Bruchdehnung) kommt und es wird so verhindert, dass sich in der Körperschicht 10 Risse bilden. Die Leitfähigkeit der Körperschicht kann durch Zugabe von Grafit oder Ruß oder einem Anteil – insbesondere kurzer Stücke – leitfähiger Fasern erreicht werden. Bevorzugt hat die Körperschicht 10 aber kein eingebettetes Gewebe oder Gewirk. So ist sie wenig geeignet, hohe Zugbelastungen aufzunehmen. Stattdessen wird diese Aufgabe vorzugsweise von der Zwischenschicht 15 und/oder dem Textil des Bekleidungsstückes und/oder der Außenschicht 20 übernommen. Da die Zwischenschicht 15 insbesondere einen Faseranteil hat, ist hier die Aufnahme der Zugkraft besser möglich, ohne dass eine Schädigung des Materials einsetzt. Die Außenschicht ist bevorzugt eine sehr dünne und elastische Schicht mit einem hohen elektrischen Widerstand, da ihre wesentliche Aufgabe darin besteht, die Elektrode nach außen, also vom Körper weg, zu isolieren.
Wie schon oben erwähnt, bildet in der Ausführungsform gemäß 3 die Zwischenschicht 15 die Grenze zwischen der Körperschicht 10 und der Außenschicht 20. Hergestellt wird dieser Aufbau indem die Zwischenschicht 15 mit z.B. einem Rakel mit dem zähflüssigen Material der Körperschicht beschichtet wird und dabei das Material gleichmäßig verteilt wird. Es ergibt sich somit ein dreischichtiger Aufbau. Dabei ist bevorzugt der Bereich der Zwischenschicht 15 zwischen den einzelnen Fasern komplett mit dem Material der Körperschicht ausgefüllt, um so einen guten elektrischen Stromübergang zu erhalten. Es kann dieser Aufbau auch in einem formgebenden Werkzeug erzeugt werden, das in einen geschlossenen Zustand bringbar ist, in dem ein Hohlraum von der Elektrode gefüllt wird. So wird dadurch der körperseitigen Kontaktfläche 11 der Elektrode 8 ihre Kontur bzw. Oberflächenstruktur gegeben.
Die Kontaktfläche 11 der Elektrode ist bevorzugt rau. Dabei kann die Rauheit Ra bspw. größer 2 µm sein. Eine hohe Rauheit erhöht die Kontaktoberfläche zur Haut und somit den Übergangswiderstand. Bei der Verwendung der Elektrode kann sich besser ein Feuchtigkeits-(Schweiß-)Film bilden, der es erleichtert, das Kleidungsstück 30 auszuziehen.
Es kann, wie in 2 gezeigt, die Zwischenschicht 15 auch in der Körperschicht 10 eingebettet sein. Dies kann in einem Herstellverfahren durchgeführt werden, bei dem z.B. mit einem Rakel oder durch Guss- oder Spritzgussbedingungen dafür gesorgt wird, dass die Zwischenschicht 15 so gut mit dem Material der Körperschicht 10 durchsetzt ist, dass sich das Erscheinungsbild ergibt, dass die Zwischenschicht 15 innerhalb der Körperschicht liegt. In jedem Fall ist ein definierter Mindestabstand von der Zwischenschicht 15 zu der Kontaktoberfläche vorhanden. Die Zwischenschicht ist bevorzugt ca. 0,1–0,4 mm dick. Die Zwischenschicht kann grundsätzlich auf beliebige Weise hergestellt werden. Vorzugsweise ist sie gewebt, gewirkt, gestrickt oder als Vlies mit ungeordneten Fasern ausgeführt; sie kann auf einer Gurt-/Bandwebmaschine hergestellt sein. Die Zwischenschicht 15 übernimmt die Funktion der Verteilung der beaufschlagten Energie innerhalb der Fläche der Elektrode. Zudem ermöglicht sie die Kontaktierung mit der Energiequelle.
In einer Ausführungsform umfasst die Erfindung ein Verfahren, wobei eine Textilbahn oder ein Bekleidungsstück, die bzw. das zumindest in Teilbereichen mit einer nicht leitenden Außenschicht 20 beaufschlagt wird. Auf die nicht leitende Außenschicht 20 kann eine elektrisch leitende Kunststoff und/oder Silikonschicht aufgebracht werden. Auf die ausgehärtete, ungehärtete oder teilweise gehärtete Kunststoff und/oder Silikonschicht wird die Zwischenschicht 15 aufgebracht (z.B. aufgelegt). Die Zwischenschicht 15 kann im Extremfall aus einem einzelnen leitenden Faden bestehen. Auf die Zwischenschicht 15 wird dann eine weitere elektrisch leitende Kunststoff und/oder Silikonschicht aufgebracht. Die beiden elektrisch leitenden Kunststoff und/oder Silikonschichten bilden zusammen die Körperschicht 10, in die die Zwischenschicht 15 eingebettet ist. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die Zwischenschicht 15 stabiler eingebettet werden kann als beim Eingießen. Insbesondere wird der Mindestabstand zu der Kontaktoberfläche sichergestellt. Ein versehentlicher Durchtritt eines elektrisch leitenden Fadens der Zwischenschicht durch die Körperschicht ist auf diese Weise nicht zu befürchten. In besonderen Ausführungsformen wird auf die Außenschicht 20 verzichtet und der gerade skizzierte Aufbau aus elektrisch leitenden Kunststoff und/oder Silikonschichten und Zwischenschicht wird direkt auf das Textil aufgebracht, so dass das Textil gleichsam die Rolle der – in dieser Ausführungsform nicht notwendigerweise vorhandenen – nicht-leitenden Fasern der Zwischenschicht übernimmt (Zugaufnahme). Die elektrisch leitenden Kunststoff und/oder Silikonschichten können in Form von Platten oder Folien verwendet werden, was die Verarbeitung erleichtert. Erfindungsgemäß ist auch eine auf diese Weise hergestellte Elektrode bzw. ein auf diese Weise hergestelltes Bekleidungsstück. Die Zwischenschicht kann einen Anteil von 100% der leitenden Fasern aufweisen. Eine Herstellung kann auf einer Rolle erfolgen, jeweils mit Leiter, entweder einzeln in Form oder als Fläche zum späteren Beschneiden. Die Rolle könnte den einfachen Einsatz in Pick- und Place-Verfahren übernehmen. Alternativ kann die Elektrode auch erst auf der Textilie aufgebaut werden.
Die Elektroden können so hergestellt werden, dass zunächst ein Grundkörper erzeugt wird, der die einzelnen Schichten beinhaltet und dessen Größe ein Vielfaches der einzelnen Elektroden beträgt. Dieser Grundkörper kann dann auf die Größe der einzelnen Elektroden geschnitten werden. Hierdurch ist eine automatisierte Herstellung der EMS-Bekleidung über das Pick- und Place-Verfahren möglich.
Alternativ ist es vorteilhaft, wenn die Elektrode auf dem Material der EMS-Bekleidung aufgebaut wird. Dieses Material weist eine hohe Elastizität auf. Sie kann größer 50% und insbesondere größer als 80% sein. In vielen Fällen beträgt sie 100%. In dieses Material können die elektrisch leitenden Bereiche mit eingearbeitet (z.B. eingewebt oder eingestrickt) sein. So sind die Zonen, die später als Elektroden dienen sollen, mit einer gleichmäßigen Verteilung elektrisch leitender Fasern ausgeführt. Die elektrischen Leiter der Energieversorgung können ebenfalls in das Textil eingearbeitet sein. Dadurch werden keine oder zumindest weniger elektrische Kabel benötigt, die, wie in 1 gezeigt, frei und von der Textilie entfernt geführt werden. Die so vorbereiteten Textilien werden zu beiden Seiten beschichtet, nämlich auf der einen Seite mit der Körperschicht 10 und der anderen Seite mit der Außenschicht 20. Das Material der EMS-Bekleidung dient auf diese Weise als Zwischenschicht 15.
In 4 ist ein Webverfahren gezeigt zur Herstellung der Zwischenschicht 15, das ein Gewebe aus nicht-leitenden Fasern 16 aufweist. Die Fasern 16 sind als Kett- und Schussfäden verbunden. In diesem Geflecht sind die leitenden Fasern integriert. So ist eine leitende Faser 17 gezeigt, die geflottet ist. Das heißt, dass sie abschnittsweise nicht in die Webstruktur integriert ist. Stattdessen ist sie in einem weiten Bogen geführt. Dadurch, dass sie sich auch bei der Einbindung in die Kunststoffmatrix etwas bewegen, werden mechanische Zugbelastungen, die auf die Elektrode aufgebracht werden, nicht oder nur weniger von der leitenden Faser aufgenommen. Das gleiche Prinzip ist bei einer Maschenverbindung der Zwischenschicht möglich, wie z.B. bei einem Stricken.
Die Verwendung der Elektroden dieser Erfindung ist nicht auf die Elektromuskelstimulation beschränkt. Vielmehr können die Elektroden auch für andere Zwecke eingesetzt werden. Erfindungsgemäß sind Verwendungen einer erfindungsgemäßen Elektrode oder eines Bekleidungsstücks zur Elektromuskelstimulation EMS und/oder zum Messen eines oder mehrerer Parameter. Erfindungsgemäß ist insbesondere die Verwendung der Elektrode als ein oder in einem Drucksensor, Ultraschallsensor, Akustik-Sensor, Berührungssensor, Widerstandssensor, insbesondere zur Körperwiderstandsmessung, Elektromyographiesensor, Beschleunigungssensor, Lagesensor, Nahinfrarotspektroskopie(NIRS)-Sensor, Sensor zur Messung der Sauerstoffsättigung, Sensor zur bioelektrischen Impedanzanalyse (BIA); Sensor zur Messung von Magnetwiderstand; Bewegungssensor, Berührungssensor, Pulsfrequenzsensor, Herzfrequenzsensor, EKG-Sensor, Temperatursensor, Sensor zur Erfassung einer Fettverbrennung, Kalorienverbrauchssensor, Schweißsensor, Standort-, insbesondere GPS-, Sensor, Atemsensor, insbesondere zur Messung von Atemfrequenz und/oder Atemtiefe, Spirometrie-Sensor, Laktatsensor, Blutzuckersensor, pH-Sensor und dergleichen.
Bezugszeichenliste

1: System
3: Sensor
4: Datenverarbeitungseinheit, Steuerung
5: Impulseinheit
6: Benutzerschnittstelle
61: Visualisierungseinheit
62: Eingabemittel
7: Energiequelle
8: Elektrode
9: Leiter
10: Körperschicht
11: Kontaktoberfläche
15: Zwischenschicht
16: elektrisch isolierende Fasern
17: elektrisch leitende Faser(n)
20: Außenschicht
30: Textil, Bekleidungsstück
m: Mindestabstand

Claims

Elektrode (8) umfassend: – zumindest eine Körperschicht (10), die als eine elektrisch leitende Kunststoff- und/oder Silikonschicht ausgeführt ist, wobei eine Kontaktoberfläche (11) der Körperschicht (10) eingerichtet ist, in Kontakt mit der Haut einer über die Elektrode (8) zu stimulierenden Person zu stehen, – eine elektrisch leitende Zwischenschicht (15), die innerhalb oder an einem Rand der Körperschicht (10) so angeordnet ist, dass an jeder Stelle ein definierter Mindestabstand (m) zur Kontaktoberfläche besteht – und eine elektrisch isolierende Außenschicht (20), die an der der Kontaktoberfläche (11) gegenüber liegenden Seite der Elektrode (8) angeordnet ist.
Elektrode (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (15) eine Elastizität von größer 23% aufweist und die Körperschicht (10) eine Elastizität von größer 27% aufweist und/oder die Elastizität der Körperschicht (10) mindestens 2% größer als die Elastizität der Zwischenschicht (15) ist.
Elektrode (8) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand (m) größer 0,4 mm und insbesondere mindestens 0,5 mm ist.
Elektrode (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Stelle der Elektrode der Abstand (m) zwischen der Kontaktoberfläche (11) und der Zwischenschicht (15) kleiner als 1,2 mm und insbesondere kleiner als 1,0 mm ist.
Elektrode (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (15) elektrisch leitende Fasern und elektrisch nicht-leitende Fasern aufweist.
Elektrode (8) gemäß Anspruch 5, wobei die elektrisch leitenden Fasern zumindest abschnittsweise in Schlaufen angeordnet sind, so dass bei einer Zugbelastung quer zur Kontaktoberfläche ein Großteil der Zugbelastung durch die elektrisch nicht-leitenden Fasern aufnehmbar ist.
Elektrode (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (15) aus einer Schicht aus ungeordneten Fasern besteht, wobei zumindest ein Teil (17) der Fasern elektrisch leitend ausgestaltet ist.
Elektrode (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der flächige Widerstand der Körperschicht (10) kleiner als 80 Ohm/sqr, bevorzugt kleiner als 30 Ohm/sqr, und insbesondere > 15 Ohm/sqr ist.
Elektrode nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Zwischenschicht ein Verbindungselement, insbesondere Druckknopf oder Steckverbindung, aufweist, und wobei das Verbindungselement geeignet ist, die Elektrode mit einer Stromquelle zu verbinden.
Bekleidungsstück (30) umfassend eine Elektrode (8) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Elektrode und das Bekleidungsstück in getrennten Arbeitsschritten hergestellt wurden und anschließend dauerhaft miteinander verbunden wurden, wie insbesondere in einem Arbeitsschritt des Vernähens, Bondens und/oder Verklebens.
Bekleidungsstück (30) umfassend eine Elektrode (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das zumindest eine das Bekleidungsstück bildende Textilbahn umfasst, wobei bei der Herstellung in die Textilbahn elektrisch leitende Bereiche (15) und dazwischen liegende isolierende Bereiche eingearbeitet wurden und zur Bildung der Elektrode(n) die Textilbahn bei den leitenden Bereichen (15) auf einer Seite mit einer die Körperschicht (10) bildenden elektrisch leitenden Kunststoff- und/oder Silikonschicht versehen ist und davon gegenüber liegend die elektrisch isolierende Außenschicht (20) aufgebracht ist, und insbesondere das Bekleidungsstück aus einer oder mehrerer derartiger Textilbahn(en) besteht, ohne dass alle Textilbahnen mit leitenden Abschnitten und/oder Elektroden versehen sein müssen.
Verfahren zur Herstellung eines Bekleidungsstücks, wobei zunächst eine Textilbahn hergestellt und elektrisch leitende Bereiche (15) und elektrisch isolierende Bereiche und Leiterbahnbereiche zur Kontaktierung der elektrisch leitenden Bereiche in die Textilbahn eingearbeitet werden, und die elektrisch leitenden Bereiche (15) von einer Seite mit einer elektrisch leitenden Schicht als Körperschicht (10) beschichtet werden und gegenüberliegend eine elektrisch isolierende Beschichtung als Außenschicht (20) aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bekleidungsstücks, wobei zunächst eine Textilbahn hergestellt wird und anschließend eine elektrisch isolierende Schicht als Außenschicht (20) an der Textilbahn angebracht wird sowie Zwischenschicht (15) und Körperschicht (10) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Zwischenschicht (15) wenigstens eine elektrisch leitende Faser umfasst.
Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, oder Bekleidungsstück nach Anspruch 10 oder 11, zur Elektromuskelstimulation EMS und/oder zum Messen eines oder mehrerer Parameter, insbesondere als ein oder in einem Drucksensor, Ultraschallsensor, Akustik-Sensor, Berührungssensor, Widerstandssensor, insbesondere zur Körperwiderstandsmessung, Elektromyographiesensor, Beschleunigungssensor, Lagesensor, Nahinfrarotspektroskopie(NIRS)-Sensor, Sensor zur Messung der Sauerstoffsättigung, Sensor zur bioelektrischen Impedanzanalyse (BIA); Sensor zur Messung von Magnetwiderstand; Bewegungssensor, Berührungssensor, Pulsfrequenzsensor, Herzfrequenzsensor, EKG-Sensor, Temperatursensor, Sensor zur Erfassung einer Fettverbrennung, Kalorienverbrauchssensor, Schweißsensor, Standort-, insbesondere GPS-, Sensor, Atemsensor, insbesondere zur Messung von Atemfrequenz und/oder Atemtiefe, Spirometrie-Sensor, Laktatsensor, Blutzuckersensor, pH-Sensor und dergleichen.