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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung, mit einem textilen Gebilde, das einen eine flächenhafte oder räumliche Ausdehnung aufweisenden Garnverbund aus Garnen aufweist, unter denen sich mehrere jeweils mindestens einen elektrischen Leiter aufweisende sensorische Garne und mindestens ein nicht-sensorisches Garn befinden, wobei die sensorischen Garne mehrere berührungsempfindliche kapazitive Sensorstrukturen ausbilden und derart über den Garnverbund verteilt angeordnet sind, dass die von ihnen gebildeten kapazitiven Sensorstrukturen mehrere örtlich voneinander abgegrenzte berührungsempfindliche Betätigungsflächen mit voneinander unabhängiger kapazitiver Sensibilität definieren, wobei berührungsabhängige Kapazitätsänderungen der einzelnen Sensorstrukturen zum Hervorrufen unterschiedlicher Betätigungsszenarien individuell auswertbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Betätigungsvorrichtung.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung umfassend eine maschinelle Einrichtung und eine Betätigungsvorrichtung, wobei die maschinelle Einrichtung ein bewegliches Abtriebsteil aufweist, das als Tragstruktur für ein textiles Gebilde der Betätigungsvorrichtung fungiert, wobei das textile Gebilde einen eine flächenhafte oder räumliche Ausdehnung aufweisenden Garnverbund aus Garnen aufweist, unter denen sich mehrere jeweils mindestens einen elektrischen Leiter aufweisende sensorische Garne und mindestens ein nicht-sensorisches Garn befinden, wobei die sensorischen Garne mehrere berührungsempfindliche kapazitive Sensorstrukturen ausbilden und derart über den Garnverbund verteilt angeordnet sind, dass die von ihnen gebildeten kapazitiven Sensorstrukturen mehrere örtlich voneinander abgegrenzte berührungsempfindliche Betätigungsflächen mit voneinander unabhängiger kapazitiver Sensibilität definieren, wobei berührungsabhängige Kapazitätsänderungen der einzelnen Sensorstrukturen zum Hervorrufen unterschiedlicher Betätigungsszenarien individuell auswertbar sind, wobei die Betätigungsvorrichtung eine elektronische Auswerteeinheit enthält, mit der jede kapazitive Sensorstruktur verbunden oder verbindbar ist und durch die auf der Grundlage der von den Sensorstrukturen erfassten Kapazitätsänderungen ein elektrisches Betätigungssignal generierbar ist, wobei durch die elektronische Auswerteeinheit die berührungsabhängigen Kapazitätsänderungen der einzelnen Sensorstrukturen individuell auswertbar sind, um abhängig von der Anzahl und/oder Kombination aktivierter Betätigungsflächen unterschiedliche Betätigungsszenarien hervorzurufen.
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Aus der Literaturstelle WIJESIRIWARDANA, R.; MITCHAM, K.; HURLEY, W.; DIAS, T.; „Capacitive Fiber-Meshed Transducers for Touch and Proximity-Sensing Applications" in IEEE Sensors Journal, Vol. 5, No. 5, 2005, S.989-994; ISSN 1530-437X, ist eine in dem eingangs genannten Sinne ausgebildete Betätigungsvorrichtung bekannt, die aus einem textilen Gebilde besteht, das einen Garnverbund aufweist, der sich aus sensorischen und nicht-sensorischen Garnen zusammensetzt, durch die örtlich voneinander abgegrenzten berührungsempfindlichen Betätigungsflächen gebildet sind, die mehrere kapazitive Sensorstrukturen definieren. Das textile Gebilde lässt sich manschettenartig am Arm tragen, wobei durch selektives Berühren der Sensorstrukturen Funktionen auslösbar sind. Als sensorische Garne sind leitende Polymere vorgesehen, als nicht-sensorische Garne werden nichtleitende Polyester vorgeschlagen.
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Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der
DE 10 2016 106 071 A1 bekannt und umfasst beispielsweise einen Greifer oder einen Roboterarm, der an seiner Außenfläche mit einem sensorischen Gewebe ausgestattet ist, sodass ein Kontakt und die Kontaktstelle mit dem Greifer bzw. Roboterarm ermittelt werden kann.
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Die
US 2016 / 0 186 266 A1 beschreibt kapazitive, in einem Stück gestrickte Textilsensoren, die mehrere kapazitive Plattenelemente aufweisen, die kammartig ineinandergreifen. Die kapazitiven Plattenelemente umfassen elektrisch leitfähiges Garn, das mit textilem Garn verstrickt ist.
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Aus der
US 5 881 547 A ist ein Umwindegarn bekannt, das einen Garnkörper aufweist, der von zwei nicht isolierten, elektrisch leitenden Drähten umwunden ist.
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Die
DE 20 2006 020 401 U1 beschreibt ein elektrisch leitfähiges Garn, wobei ein auf einen Garnkörper aufgewickelter Metallfaden von einem elektrisch nicht leitfähigen Faden umwickelt ist, um eine elektrische Isolierung zu erhalten
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Die
DE 10 2014 103 978 A1 beschreibt ein textiles Gebilde, das einen aus Garnen hergestellten Garnverbund aufweist, bei dem es sich beispielsweise um ein Gewirk, ein Gestrick oder ein Gewebe handelt. In den Garnverbund ist mindestens ein als Sensorgarn bezeichnetes sensorisches Garn integriert, das als Umwindegarn ausgebildet ist und über zwei drahtförmige elektrische Leiter verfügt, sodass sich eine kapazitive Sensorstruktur ergibt. In dem Garnverbund können mehrere parallel zueinander verlaufende sensorische Garne enthalten sein, um mehrere kapazitive Sensorstrukturen auszubilden. Mit jeder Sensorstruktur lassen sich äußere Einwirkungen erfassen, die eine Änderung der zwischen den beiden als Elektroden fungierenden elektrischen Leitern vorhandenen Kapazität hervorrufen, beispielsweise Krafteinwirkungen oder Annäherungen durch Objekte. Bei einer Ausführung des Garnverbundes als Gewebe sind die sensorischen Garne als Schussfäden eingearbeitet. Bei einer Ausführung des Garnverbundes als Gestrick sind die sensorischen Garne als an der Ausbildung des Maschenverbundes nicht teilhabende Stehfäden eingearbeitet. Innerhalb des Garnverbundes haben die sensorischen Garne und somit auch die von ihnen definierten kapazitiven Sensorstrukturen eine linienförmige, lineare Erstreckung.
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Aus der
EP 1 605 240 A1 ist ein textiler Drucksensor bekannt, der einen mehrschichtigen Aufbau hat. Ein vollflächig leitendes Textil bildet eine erste Schicht und fungiert als großflächige Elektrode, die durch eine reversibel komprimierbare Abstandshalterschicht zu einer nichtleitenden Textilschicht auf Abstand gehalten wird, auf der eine Mehrzahl von leitfähigen Elektroden aufgebracht ist. Diese Elektroden können mit leitfähigem Garn eingestickt oder mit leitfähigen Stoffen aufgedruckt sein. Wird die Struktur lokal zusammengedrückt, verändert sich der Abstand zwischen den Elektroden und dementsprechend die Kapazität, was durch eine Messelektronik zur Berechnung des herrschenden Drucks gemessen wird.
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Viele industrielle Produktionsabläufe erfordern die Möglichkeit, gezielte Bedienungshandlungen vornehmen zu können, sodass entsprechende Betätigungsvorrichtungen bereitgestellt werden, die die gewünschte Einflussnahme ermöglichen. Beispielsweise kommen in der industriellen Automatisierungstechnik elektrische oder pneumatische Antriebe zum Einsatz, deren Betriebszustand durch Betätigungsvorrichtungen wie elektrische oder mechanische Schalter beeinflussbar ist. Solche Betätigungsvorrichtungen sind in der Regel konstruktiv aufwendig und entsprechend teuer in der Herstellung. Denkt man beispielsweise an Betätigungsvorrichtungen mit Tastern oder Schaltknöpfen, ist die Bedienung zudem wenig komfortabel, weil der Interaktionsbereich mit beispielsweise einer menschlichen Hand flächenmäßig eng begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare, leicht bedienbare und vielfältig nutzbare Betätigungsvorrichtung sowie eine damit ausgestattete Anordnung bereitzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass das sensorische Garn ein Umwindegarn ist, das sich aus einem Garnkörper als Kern und mindestens einem wendelförmig um den Garnkörper herumgewundenen drahtförmigen elektrischen Leiter zusammensetzt, wobei mindestens eine Sensorstruktur von einem einzigen, sensorischen Garn gebildet ist, das als Umwindegarn ausgebildet ist und dessen Garnkörper von zwei potentialmäßig voneinander getrennten drahtförmigen elektrischen Leitern wendelförmig umwunden ist.
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Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung enthält ein textiles Gebilde, das aufgrund seiner Flexibilität und möglichen Formenvielfalt äußerst variabel einsetzbar und an beliebigen Tragstrukturen applizierbar ist. Das textile Gebilde kann beispielsweise am Gestell einer Maschine oder an einer sich bewegenden Gerätekomponente angebracht werden. Der dem textilen Gebilde zugrundeliegende Garnverbund kann eine flächenhafte oder räumliche Gestalt haben und kann über eine große Oberfläche verfügen, sodass zu Gunsten einer zielsicheren Betätigungsmöglichkeit großflächige berührungsempfindliche Betätigungsflächen implementiert werden können. Innerhalb des Garnverbundes befinden sich mehrere sensorische Garne, die mehrere voneinander unabhängige kapazitive Sensorstrukturen definieren, aus denen ihrerseits mehrere örtlich voneinander abgegrenzte berührungsempfindliche Betätigungsflächen des Garnverbundes resultieren, die unabhängig voneinander bei Berührung mit einer Kapazitätsänderung reagieren. Es findet also nur bei denjenigen kapazitiven Sensorstrukturen eine messbare Änderung der elektrischen Kapazität statt, deren zugeordnete Betätigungsfläche berührt wird. Die Berührung mit einer Hand führt aufgrund der damit verbundenen Erhöhung der Permittivität zu einer Veränderung der Kapazität, was messtechnisch erfassbar ist und dementsprechend nutzbar ist, um die Berührung einer Betätigungsfläche zu detektieren. Aufgrund der Mehrzahl von berührungsempfindlichen Betätigungsflächen können die berührungsabhängigen Kapazitätsänderungen der zugeordneten Sensorstrukturen kombinatorisch ausgewertet werden, um darauf basierend unterschiedliche Betätigungsszenarien hervorzurufen, also beispielsweise ein erstes Betätigungsszenario bei Berührung nur einer Betätigungsfläche und ein anderes Betätigungsszenario bei gleichzeitiger Berührung von mehreren Betätigungsflächen. Somit lassen sich bei industriellen, aber auch anderen Anwendungen äußerst betriebssichere und flexible Bedienkonzepte verwirklichen.
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Das sensorische Garn ist als ein Umwindegarn ausgeführt, das über einen von einem Garnkörper gebildeten strangförmigen Kern verfügt und außerdem über mindestens einen drahtförmigen elektrischen Leiter, der wendelförmig um den Garnkörper herumgewunden ist und sich in der Längsrichtung des Garnkörpers erstreckt. Mindestens eine Sensorstruktur ist von einem einzigen, sensorischen Garn gebildet, das als Umwindegarn ausgebildet ist, bei dem der Garnkörper von zwei potentialmäßig voneinander getrennten drahtförmigen elektrischen Leitern wendelförmig umwunden ist. Die beiden elektrischen Leiter sind zweckmäßigerweise elektrisch isolierend ummantelt oder beschichtet, um sie gegenseitig zu isolieren.
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Besondere Vorteile ergeben sich bei einer Betätigungsvorrichtung, deren Garnverbund als ein Gestrick ausgebildet ist. Gestricke haben eine hohe Elastizität in allen Richtungen und bieten daher einen besonderen Komfort bei der Montage am Einsatzort und insbesondere bei der Applikation an einer Tragstruktur. Die sensorischen Garne sind bevorzugt unter Maschenbildung in das Gestrick integriert und mit dem mindestens einen nicht-sensorischen Garn des Garnverbundes verstrickt. Dies bietet die vorteilhafte Möglichkeit, den als Gestrick ausgeführten Garnverbund einschließlich der integrierten sensorischen Garne mit konventionellen Textilmaschinen bei industrietypischen Produktionsgeschwindigkeiten zu produzieren.
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Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Betätigungsvorrichtung, deren Garnverbund als ein Gestrick ausgebildet ist, besteht darin, den Garnverbund durch Stricken herzustellen, wobei die sensorischen Garne in Stricktechnik unter Maschenbildung mit dem mindestens einen nicht-sensorischen, Garn verbunden werden. Der daraus resultierende Maschenverbund des Gestricks beinhaltet also nicht nur mindestens ein konventionelles, nicht-sensorisches Garn, sondern auch jedes zur Ausbildung einer Sensorstruktur dienende sensorische Garn. Somit kann die Betätigungsvorrichtung äußerst kostengünstig hergestellt werden.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung definiert.
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Zweckmäßigerweise ist die Betätigungsvorrichtung mit einer elektronischen Auswerteeinheit ausgestattet, mit der jede kapazitive Sensorstruktur verbunden oder verbindbar ist. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, um auf der Grundlage der von den Sensorstrukturen erfassten Kapazitätsänderungen ein elektrisches Betätigungssignal zu generieren, das einem möglichen Betätigungsszenario entspricht. Das Betätigungssignal ist insbesondere davon abhängig, welche und/oder wie viele Betätigungsflächen berührt werden. Bevorzugt befindet sich mindestens eine Signalaufbereitungseinheit an dem Garnverbund, die ausgebildet ist, um von den kapazitiven Sensorstrukturen erzeugte Messwerte in für die Auswerteeinheit bestimmte und von der Auswerteeinheit verarbeitbare Ausgangssignale umzuwandeln.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung gibt die elektronische Auswerteeinheit bei Detektion einer nur bei einer der Sensorstrukturen auftretenden Kapazitätsänderung ein anderes Betätigungssignal aus als bei gleichzeitiger Detektion von Kapazitätsänderungen mehrerer Sensorstrukturen.
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Zur Verbindung der Sensorstrukturen mit einer beabstandet zum Garnverbund platzierten elektronischen Auswerteeinheit der Betätigungsvorrichtung ist an dem Garnverbund zweckmäßigerweise mindestens eine elektromechanische Schnittstelle angeordnet, beispielsweise angeklebt. Es besteht die Möglichkeit, jeder Sensorstruktur eine eigene elektromechanische Schnittstelle zuzuordnen oder aber für Gruppen von Sensorstrukturen oder für sämtliche Sensorstrukturen eine einzige elektromechanische Schnittstelle vorzusehen.
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Die Sensorstrukturen sind zweckmäßigerweise mit einer nichtlinearen Längserstreckung in dem Garnverbund enthalten. Dies bietet eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Realisierung beführungsempfindlicher Betätigungsflächen mit großer flächenhafter Ausdehnung. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang eine Realisierung der Sensorstrukturen mit einer mäanderförmigen Längserstreckung. Damit lässt sich eine besonders hohe Auflösung der berührungsempfindlichen Bereiche innerhalb der Betätigungsflächen erzielen.
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Bevorzugt ist mindestens eine Sensorstruktur von zwei Sensorgarnen gebildet, die jeweils eine mäanderförmige Längserstreckung haben und kammartig ineinander eingreifen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Betätigungsvorrichtung enthält mindestens eine Sensorstruktur, die sich aus zwei zueinander beabstandeten und kapazitiv miteinander gekoppelten sensorischen Garnen zusammensetzt. Diese beiden sensorischen Garne sind bevorzugt mit nichtlinearem Längsverlauf in den Garnverbund integriert. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Sensorstruktur aus nur einem einzigen, über eine interne kapazitive Struktur verfügenden sensorischen Garn gebildet sein, das zur Realisierung einer großen Betätigungsfläche mit nichtlinearem Längsverlauf in den Garnverbund integriert ist.
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Mindestens eine Sensorstruktur kann aus zwei nebeneinander angeordneten, kapazitiv miteinander kooperierenden sensorischen Garnen bestehen, die beide als Umwindegarn ausgebildet sind, bei denen der Garnkörper aber jeweils nur von einem einzigen drahtförmigen elektrischen Leiter umwunden ist. Auch dieser elektrische Leiter ist zweckmäßigerweise elektrisch isolierend ummantelt oder beschichtet.
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Die Sensorstrukturen sind zweckmäßigerweise so in den Garnverbund integriert, dass die aus ihnen resultierenden Betätigungsflächen einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen Umriss haben. Grundsätzlich können die Betätigungsflächen aber auch mit anderen Umrissen realisiert werden, beispielsweise mit einem runden Umriss. Der Garnverbund hat zweckmäßigerweise eine imaginäre Hauptachse, wobei mehrere oder sämtliche Betätigungsflächen rechtwinkelig zu der Hauptachse nebeneinander angeordnet sind.
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Der Garnverbund kann eine ringsum begrenzte Flächenstruktur ausbilden, die aufgrund ihrer Flexibilität variabel formbar ist. Ein solcher Garnverbund kann beispielsweise auf einer Tragplatte oder - teilweise umschließend - an einer Tragsäule angebracht sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Garnverbund als eine axial beidseits offene Hohlstruktur ausgebildet, die beispielsweise schlauchförmig oder rohrförmig konzipiert ist. Der Querschnitt der Hohlstruktur kann beispielsweise rund oder mehreckig sein und kann sich insbesondere an der Außenkontur einer Tragstruktur orientieren, auf die der Garnverbund aufgebracht ist. Die Betätigungsflächen sind zweckmäßigerweise in der Umfangsrichtung der Hohlstruktur verteilt nebeneinander angeordnet.
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Das textile Gebilde kann zusätzlich zu dem Garnverbund einen separaten Schutz-Textilbezug aufweisen, der mechanischen Beschädigungen vorbeugen kann, der aber auch optischen Zwecken dienen kann, beispielsweise um die einzelnen Betätigungsflächen farblich kenntlich zu machen.
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Unabhängig von der Machart des textilen Gebildes ist es vorteilhaft, wenn die sensorischen Garne in der gleichen Weise wie die nicht-sensorischen Garne in den jeweiligen Garnverbund integriert sind. Mit anderen Worten sind also die sensorischen Garne mit der zur Herstellung des Garnverbundes angewandten Verarbeitungstechnik in den Garnverbund integriert. Dieser Garnverbund ist bevorzugt ein Maschenverbund und dabei insbesondere, wie weiter oben schon erwähnt wurde, ein Gestrick.
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Ungeachtet der integrierten Sensorstrukturen behält der Garnverbund seine textilen Eigenschaften bei. Somit eignet sich die Betätigungsvorrichtung unter anderem auch dort besonders vorteilhaft für einen Einsatz, wo von Hause aus textile Gebilde vorhanden sind, die dann nur noch erfindungsgemäß entsprechend modifiziert werden müssen.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Anordnung der eingangs genannten Art, deren Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgebildet ist
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, bei der der dem textilen Gebilde zugrundeliegende Garnverbund als räumlicher Hohlkörper strukturiert ist, wobei ein optionaler Schutz-Textilbezug und eine Tragstruktur doppelt-strichpunktiert schematisch angedeutet sind, und
- 2 die Betätigungsvorrichtung aus 1, wobei der Garnverbund der besseren Übersichtlichkeit wegen als Abwicklung in einer Ebene illustriert ist, wobei in strichpunktierten Ausschnitten einige Details des Garnverbundes vergrößert illustriert sind, und zwar der Maschenverbund in Ausschnitt IIa, eine aus zwei sensorischen Garnen mit je einem elektrischen Leiter aufgebaute Sensorstruktur im Ausschnitt IIb und eine aus einem sensorischen Garn mit zwei elektrischen Leitern aufgebaute Sensorstruktur im Ausschnitt IIc.
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Die in der Zeichnung insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Betätigungsvorrichtung enthält ein textiles Gebilde 2, dessen Hauptbestandteil ein Garnverbund 3 ist, der sich aus mehreren miteinander verbundenen Garnen 30 zusammensetzt.
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Der Garnverbund 3 enthält mehrere berührungsempfindliche, örtlich voneinander abgegrenzte Flächenabschnitte, bei denen es sich um berührungsempfindliche Betätigungsflächen 4 handelt. Die imaginären Umfangskonturen, die die Betätigungsflächen 4 ringsum begrenzen, sind in der Zeichnung bei 4a durch strichpunktierte Linien kenntlich gemacht.
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Jede Betätigungsfläche 4 verdankt ihre Berührungsempfindlichkeit einer kapazitiven Sensorstruktur 5, die im Folgenden zur Vereinfachung auch nur noch als Sensorstruktur 5 bezeichnet wird. Jede Betätigungsfläche 4 hat eine eigene Sensorstruktur 5 und verfügt insbesondere jeweils über genau eine solche Sensorstruktur 5.
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Die flächenhafte Verteilung der Sensorstrukturen 5 über den Garnverbund 3 resultiert in der schon erwähnten, gegenseitigen örtlichen Abgrenzung der Betätigungsflächen 4.
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Jede Betätigungsfläche 4 verfügt aufgrund der ihr zugeordneten Sensorstruktur 5 über eine kapazitive Sensitivität. Die kapazitive Sensibilität der einzelnen Betätigungsflächen 4 ist unabhängig voneinander und äußert sich darin, dass bei Berührung mit der menschlichen Hand eine Änderung der elektrischen Kapazität der betreffenden Sensorstruktur 5 eintritt.
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Die Betätigungsvorrichtung 1 verfügt zweckmäßigerweise über eine elektronische Auswerteeinheit 6, die dahingehend ausgebildet ist, dass sie die berührungsabhängigen Kapazitätsänderungen der einzelnen Sensorstrukturen 5 individuell auswerten kann, um unterschiedliche Betätigungsszenarien abhängig davon hervorzurufen, in welcher Anzahl und/oder Kombination die Betätigungsflächen 4 aktiviert werden. Mit Aktivieren ist das Hervorrufen einer Kapazitätsänderung durch Berührung gemeint, wobei unter dem Begriff „Berührung“ sowohl ein unmittelbarer Kontakt als auch eine starke Annäherung gemeint ist.
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Die Auswerteeinheit 6 hat mindestens einen Signalausgang 7, an dem die von ihm generierbaren Betätigungssignale zum Hervorrufen eines Betätigungsvorganges ausgebbar sind.
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Das textile Gebilde 2 enthält exemplarisch pro Sensorstruktur 5 eine an dem Garnverbund 3 angeordnete elektromechanische Schnittstelle 8. Sie ist beispielsweise von einer Steckvorrichtung gebildet. Jede Sensorstruktur 5 ist an die ihr zugeordnete elektromechanische Schnittstelle 8 elektrisch angeschlossen.
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Der Garnverbund 3 ist von mindestens einem Randbereich 9 begrenzt. Exemplarisch verfügt der Garnverbund 3 über zwei Randbereiche 9, die in der Achsrichtung einer imaginären Hauptachse 10 des Garnverbundes 3 zueinander beabstandet sind und einander entgegengesetzte Endbereiche des Garnverbundes 3 definieren.
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Bevorzugt sind sämtliche elektromechanischen Schnittstellen 8 an ein und demselben Randbereich 9 angeordnet, sodass sie sehr einfach von der gleichen Seite her kontaktierbar sind.
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An jede elektromechanische Schnittstelle 8 ist eine elektrische Leitungsanordnung 11 anschließbar oder dauerhaft angeschlossen, die die elektrische Verbindung zu der bevorzugt beabstandet zu dem textilen Gebilde 2 angeordneten Auswerteeinheit 6 herstellt.
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Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel sind alle Sensorstrukturen 5 an eine gemeinsame elektromechanische Schnittstelle 8 angeschlossen, was den Anschlussaufwand zur Verbindung mit der Auswerteeinheit 6 reduziert.
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Gemäß 1 hat der Garnverbund 3 in einer bevorzugten Ausführungsform eine räumliche Ausdehnung. Er ist hier insbesondere als eine in der Achsrichtung der Hauptachse 10, das heißt axial beidseits offene Hohlstruktur ausgebildet. Man könnte die Hohlstruktur hier auch als Schlauchstruktur oder Rohrstruktur bezeichnen.
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Die Hohlstruktur ergibt sich bevorzugt nicht aus der Eigenstabilität des textilen Gebildes 2, sondern aus der Form einer in 1 doppelt-strichpunktiert angedeuteten Tragstruktur 12, auf die das textile Gebilde 2 aufgezogen ist. Die Tragstruktur 12 ist von dem textilen Gebilde 2 in einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umfangsrichtung 13 vollständig umschlossen, wobei die Umfangsrichtung 13 die Richtung rings um die Hauptachse 10 ist.
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Bevorzugt sitzt der Garnverbund 3 mit Vorspannung auf der Tragstruktur 12. Der Garnverbund 3 ist so ausgebildet, dass er zumindest eine gewisse Elastizität hat und über ein reversibles Dehnungsvermögen verfügt, sodass er die Tragstruktur 12 unter Vorspannung umschließen kann und dadurch auch ohne sonstige Befestigungsmaßnahmen rein reibschlüssig an der Tragstruktur 12 gehalten ist.
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Aufgrund seiner Flexibilität nimmt der Garnverbund 3 die gleiche Form an wie die Außenkontur der Tragstruktur 12. Ist die Tragstruktur 12 mit einem rechteckigen Umriss versehen, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft, repräsentiert der daran angepasste Garnverbund 3 einen im Querschnitt rechteckigen Hohlkörper.
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Die Tragstruktur 12 ist exemplarisch ein Hohlkörper, kann aber prinzipiell jede beliebige Gestalt aufweisen.
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Beim Ausführungsbeispiel ist die Tragstruktur 12 stationär an einem nicht weiter abgebildeten Gestell einer maschinellen Einrichtung angeordnet, die exemplarisch auch noch mindestens ein Antriebsgerät 14 aufweist, dessen Betriebszustand mit Hilfe der Betätigungsvorrichtung 1 beeinflusst werden kann. Bei dem Antriebsgerät 14 handelt es sich beispielsweise um einen fluidbetätigten Linearantrieb. Er hat ein sich im Betrieb bewegendes Abtriebsteil 15, dessen Bewegung und Position mittels einer Steuervorrichtung 16 vorgebbar ist, die beim Ausführungsbeispiel von elektro-fluidischer Bauart ist. Die Steuervorrichtung 16 enthält insbesondere eine elektrisch betätigbare Steuerventilanordnung, die in der Lage ist, aufgrund ihr zugeführter elektrischer Steuersignale eine Fluidbeaufschlagung des Abtriebsteils 15 zu steuern.
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Bevorzugt ist der Signalausgang 7 an die Steuervorrichtung 16 angeschlossen, sodass durch die seitens der Auswerteeinheit 6 erzeugbaren Betätigungssignale auf den Betrieb des Antriebsgerätes 14 Einfluss genommen werden kann.
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Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel fungiert ein bewegliches Abtriebsteil einer maschinellen Einrichtung als Tragstruktur 12 für das textile Gebilde 2. Bei diesem Abtriebsteil kann es sich beispielsweise um einen Arm oder einen Armabschnitt eines Roboters oder sonstigen Handhabungsgerätes handeln.
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In der 2 ist der Garnverbund 3 als Abwicklung gezeigt, wobei die Umfangsrichtung 13 wiederum durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
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Der Garnverbund 3 kann innerhalb der Betätigungsvorrichtung 1 auch als flächenhaftes Gebilde vorliegen, sodass er beispielsweise die Form einer flexiblen Platte oder Scheibe hat und von einem ringsumlaufenden Randbereich begrenzt ist. Ein derart gestalteter Garnverbund 3 kann entsprechend der in 2 abgebildeten Abwicklung eines Garnverbundes 3 ausgebildet sein und beispielsweise über eine rechteckige Umfangskontur verfügen. Aufgrund der inhärenten Flexibilität des Garnverbundes 3 kann auch ein derart flächenhafter Garnverbund 3 unter Anpassung an die Form einer Tragstruktur 12 flexibel am Einsatzort appliziert werden.
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Die Auswerteeinheit 6 ist beim Ausführungsbeispiel so konzipiert, dass die am Signalausgang 7 ausgegebenen Betätigungssignale davon abhängen, welche der mehreren Betätigungsflächen 4 momentan berührt werden. Dabei ist insbesondere eine Abhängigkeit von der Anzahl der gleichzeitig berührten Betätigungsflächen 4 gegeben. Exemplarisch gibt die Auswerteeinheit 6 bei Detektion einer nur bei einer der Sensorstrukturen 5 auftretenden Kapazitätsänderung ein anderes Betätigungssignal aus als bei der Detektion zeitgleicher Kapazitätsänderungen mehrerer Sensorstrukturen 5.
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Beispielsweise kann die mit der Auswerteeinheit 6 kommunizierende Steuervorrichtung 16 so ausgelegt sein, dass sie den Betrieb des Antriebsgerätes 14 stoppt, wenn nur eine der Betätigungsflächen 4 berührt und somit die dieser Betätigungsfläche 4 zugeordnete Sensorstruktur 5 aktiviert wird. Andererseits schaltet die Steuervorrichtung 16 in einen Sonderbetriebsmodus, wenn sie ein Betätigungssignal empfängt, das aus dem gleichzeitigen Berühren mehrerer Betätigungsflächen 5 resultiert, was beispielsweise dadurch ausgelöst werden kann, dass der Garnverbund 3 mit einer Hand umgriffen wird.
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Vorzugsweise ist an dem Garnverbund 3 mindestens eine Signalverarbeitungseinheit 17 angeordnet, die ausgebildet ist, um von den Sensorstrukturen 5 erzeugte Kapazitäts-Messwerte in Ausgangssignale umzuwandeln, die über die mindestens eine elektrische Leitungsanordnung 11 an die Auswerteeinheit 6 übermittelbar sind. Zweckmäßigerweise ist unmittelbar in jede elektromechanische Schnittstelle 8 eine solche Signalverarbeitungseinheit 17 integriert.
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Die elektromechanischen Schnittstellen 8 sind beispielsweise durch Klebeverbindungen an dem Garnverbund 3 fixiert.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Sensorstrukturen 5 so ausgestaltet sind, dass die von ihnen gebildeten Betätigungsflächen 4 jeweils einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen Umriss haben. Dies trifft auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zu.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn sämtliche Betätigungsflächen 4 rechtwinkelig zu der Hauptachse 10 nebeneinander angeordnet sind. Bezogen auf das Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass alle Betätigungsflächen 4 in der Umfangsrichtung 13 verteilt nebeneinander angeordnet sind. Im Falle einer im Querschnitt rechteckigen Hohlstruktur ist es vorteilhaft, wenn jeder der vier Seitenflächen der Hohlstruktur genau eine der Betätigungsflächen 4 zugeordnet ist, die sich zweckmäßigerweise zumindest annähernd über die gesamte Seitenfläche der Hohlstruktur erstreckt.
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Die Sensorstrukturen 5 sind von speziellen Garnen 30 gebildet, die in der Lage sind, eine kapazitive Wirkung zu entfalten und eine elektrische Kapazität zu definieren. Diese Garne 30 seien als sensorische Garne 30a bezeichnet. In dem Ausschnitt IIa der 2 ist ein sensorisches Garn zur Unterscheidung von einem konventionellen Garn 30, das als nicht-sensorisches Garn 30b bezeichnet sei, strichpunktiert dargestellt.
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Die vergrößerten Ausschnitte IIb und IIc in 2 zeigen verschiedene Ausführungsformen sensorischer Garne 30a, wobei durch ein Schaltsymbol 18 die messbare beziehungsweise zu messende Kapazität symbolisch angedeutet ist.
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Die sensorischen Garne 30a sind zweckmäßigerweise als Umwindegarne ausgeführt und enthalten einen von einem üblichen Garn gebildeten Garnkörper 19, der einen strangförmigen Kern des sensorischen Garns 30a bildet. Dieser Garnkörper 19 ist insbesondere von gleicher Art wie das nicht-sensorische Garn 30b in seiner Gesamtheit. Es kann sich um ein natürliches oder künstliches Garnmaterial handeln. Der Aufbau kann als Monofilament oder Multifilament realisiert sein.
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Der Garnkörper 19 ist elektrisch insbesondere nichtleitend. Der Umwindegarn resultiert daraus, dass der Garnkörper 19 von mindestens einem drahtförmigen elektrischen Leiter 20 schraubenwendelförmig über bevorzugt seine gesamte Länge hinweg umwunden ist. Jeder elektrische Leiter 20 ist bevorzugt ummantelt oder beschichtet, damit er zur elektrisch isoliert ist.
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Eine Sensorstruktur 5 kann aus zwei beabstandet nebeneinander angeordneten sensorischen Garnen 30a bestehen, wobei eine solche Sensorstruktur 5 im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als Doppelgarn-Sensorstruktur 5a bezeichnet sei.
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Exemplarisch sind zwei der insgesamt vier Sensorstrukturen 5 als eine Doppelgarn-Sensorstruktur 5a ausgebildet. Hier ist der Garnkörper 19 jedes nicht-sensorischen Garns 30b von nur einem einzigen elektrischen Leiter 20 umwunden und die messbare elektrische Kapazität stellt sich zwischen den elektrischen Leitern 20 der beiden jeweils nur einen elektrischen Leiter 20 aufweisenden sensorischen Garnen 30a ein.
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Eine Sensorstruktur 5 kann gemäß dem Ausschnitt IIc in 2 alternativ auch von nur einem einzigen sensorischen Garn 30a gebildet sein, bei dem der Garnkörper 19 von zwei potentialmäßig voneinander getrennten drahtförmigen elektrischen Leitern 20 wendelförmig umwunden ist, wobei die Wendelstrukturen axial versetzt zueinander angeordnet sind, damit sich ein zur Ausbildung einer elektrischen Kapazität geeigneter Abstand zwischen den beiden elektrischen Leitern 20 einstellt. Eine derart ausgebildete Sensorstruktur 5 sei im Folgenden zur besseren Unterscheidung als Einzelgarn-Sensorstruktur 5b bezeichnet, wobei das Ausführungsbeispiel einen Garnverbund 3 aufweist, der über zwei Einzelgarn-Sensorstrukturen 5b verfügt.
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Vorzugsweise wird man den Garnverbund 3 so aufbauen, dass seine Sensorstrukturen 5 entweder nur Doppelgarn-Sensorstrukturen 5a oder nur Einzelgarn-Sensorstrukturen 5b sind. Es ist aber ohne weiteres möglich, beide Arten von Sensorstrukturen 5a, 5b kombiniert in ein und demselben Garnverbund 3 vorzusehen, was beim Ausführungsbeispiel der Fall ist.
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Die elektrischen Leiter 20 sind an die Signalverarbeitungseinheiten 17 angeschlossen, die die momentan vorhandene Kapazität messen und in ein an die Auswerteeinheit 6 zu übermittelndes Ausgangssignal wandeln können.
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Die Sensorstrukturen 5 haben zweckmäßigerweise eine nichtlineare Längserstreckung. Dies trifft beim Ausführungsbeispiel auf alle Sensorstrukturen 5 zu. Die Sensorstrukturen 5 verlaufen hier in der Achsrichtung der Hauptachse 10, allerdings mit abschnittsweiser Richtungsänderung quer zur Hauptachse 10.
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Als vorteilhaft wird es angesehen, die Sensorstrukturen 5 mit einer mäanderförmigen Längserstreckung in den Garnverbund 3 zu integrieren, was beim illustrierten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
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Handelt es sich bei der Sensorstruktur 5 um eine Einzelgarn-Sensorstruktur 5b, ist zweckmäßigerweise das einzige sensorische Garn 30a mit mäanderförmigem Längsverlauf versehen, wobei die einzelnen Querabschnitte, die rechtwinkelig zu der Hauptachse 10 ausgerichtet sind, in der Hauptachsrichtung bevorzugt einen relativ geringen Abstand zueinander haben.
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Ist die Sensorstruktur 5 als eine Doppelgarn-Sensorstruktur 5 ausgebildet, ist es vorteilhaft, wenn jedes der beiden sensorischen Garne 30a ebenfalls eine mäanderförmige Struktur hat, wobei zum Erreichen einer optimalen kapazitiven Kopplung die beiden mäanderförmigen sensorischen Garne 30a kammartig ineinander eingreifen. Daraus ergibt sich eine gegenseitige Überlappung der Querabschnitte 23 der beiden sensorischen Garne 30a in zu der Hauptachse 10 rechtwinkeliger Richtung. Auf diese Weise können die beiden sensorischen Garne 30a in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet sein und dennoch insgesamt eine mäanderförmige Sensorstruktur 5 ausbilden.
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Bei dem illustrierten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die sensorischen Garne 30a in der gleichen Weise wie die nicht-sensorischen Garne 30b in den Garnverbund 3 integriert. Mit anderen Worten werden die sensorischen Garne 30a bei der Herstellung des Garnverbundes 3 in der gleichen Weise verarbeitet wie das mindestens eine nicht-sensorische Garn 30b. An dieser Stelle sei bemerkt, dass der Garnverbund 3 über nur ein einziges, ununterbrochen durchgehendes nicht-sensorisches Garn 30b oder aber über mehrere nicht-sensorische Garne 30b verfügen kann.
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Als besonders vorteilhaft wird eine Ausführungsform angesehen, bei der der Garnverbund 3 ein Maschenverbund ist. Bevorzugt ist der Garnverbund 3 als ein Gestrick 3a ausgebildet. Letzteres trifft auf das Ausführungsbeispiel zu.
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In dem Ausschnitt IIa der 2 ist stark vergrößert illustriert, wie mindestens ein sensorisches Garn 30a und mindestens ein nicht-sensorisches Garn 30b einen Maschenverbund des Gestricks 3a bilden. Bei der Herstellung des Gestricks 3a werden die sensorischen Garne 30a und das mindestens eine nicht-sensorische Garn 30b in der üblichen Stricktechnik miteinander verbunden. Zur Integration der sensorischen Garne 30a bedarf es daher keiner technologischen Änderung im Strickprozess.
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In 1 ist durch eine doppelt-strichpunktierte Linie auch noch ein optionaler separater Schutz-Textilüberzug 24 angedeutet, mit dem der Garnverbund 3 überzogen sein kann, um ihn vor Umgebungseinflüssen zu schützen und/oder um ein gewünschtes optisches Erscheinungsbild zu erzielen.
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Es ist auch noch zu erwähnen, dass die sensorischen Garne
30a, insbesondere in Übereinstimmung mit den Ausführungen in der
DE 10 2014 103 978 AI, so ausgeführt sein können, dass sie mehrere kapazitiv unterschiedlich reagierende Abschnitte haben, was eine zusätzliche Ortsauflösung hinsichtlich des berührten Bereiches innerhalb der einzelnen Betätigungsflächen
4 ermöglicht.
