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1. Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Socke,
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung des Klimaeigenschaften
eines Bekleidungsstücks,
insbesondere eines Schuhs.
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2. Stand der Technik
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Eines der grundlegenden Probleme
bei der Konstruktion von Schuhen besteht neben einer ausreichenden
Unterstützung
des Fußes
und der Dämpfung
der beim Laufen auftretenden mechanischen Belastungen darin, die
im Innern des Schuhs anfallende Feuchtigkeit und Wärme zügig von
der Hautoberfläche
abzuführen.
Eine zu starke Schweißabgabe
und Erwärmung
wird vom Träger
des Schuhs nicht nur als subjektiv unangenehm empfunden, sie kann auch
der Ausgangspunkt von Hautkrankheiten oder Blasenbildungen im Fußbereich
sein. Ähnliche
Probleme können
auch bei anderen Bekleidungsstücken wie
z.B. Handschuhen oder Hüten
auftreten.
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Die Hersteller bemühen sich
daher seit vielen Jahren, die Klimaeigenschaften von Bekleidungsstücken, insbesondere
von Schuhen, d.h. insbesondere die Luft- und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit
sowie die Feuchtigkeitsabsorption zu optimieren, um eine angenehmeres
Klima im Innern zu erreichen. Besondere Bedeutung hat dieses Ziel
bei der Fertigung von Sportschuhen, da durch die erhöhte körperliche Aktivität die anfallenden
Feuchtigkeits- und Wärmemengen
erheblich gesteigert werden.
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Die Entwicklung eines neuen Sportschuhs verlangt
deshalb üblicherweise
aufwendige Versuche mit vielen Athleten, die das neue Modell ausgiebig testen
und über
ihre subjektiven Erfahrungen berichten. Der Entwickler ist danach
vor die schwierige Aufgabe gestellt, aus der Vielzahl der sich häufig widersprechenden
Testberichte eine objektive Information zu erhalten, ob und inwieweit
der neu entwickelte Schuh tatsächlich
verbesserte Klimaeigenschaften aufweist. Wird daraufhin das neue
Modell modifiziert, ist zur Kontrolle eine Wiederholung der aufwendigen Testreihen
erforderlich.
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Um die Untersuchung der Klimaeigenschaften
eines Schuhs auf eine zuverlässigere
und einfachere Basis zu stellen, wurden daher im Stand der Technik
Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, mit denen die Klimaeigenschaften
eines Schuhs objektiv bestimmt werden sollen.
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So offenbart die
US 4,918,981 ein Verfahren und eine
Vorrichtung, bei der das Innere des zu untersuchenden Schuhs mit
einer wasserdichten aber dampfdurchlässigen Membran ausgekleidet
wird. Daraufhin wird der Schuh mit Wasser gefüllt, das gegebenenfalls auch
erwärmt
werden kann. Das verdunstende oder verdampfende Wasser tritt durch
die Membran als Dampf aus, wird vom Schuh entweder absorbiert oder
nach außen
weitergeleitet und an die Umgebung abgegeben. Die Menge des nach
einer bestimmten Messperiode noch vorhandenen Wassers und die Gewichtsveränderung
des untersuchten Schuhs kann als ein Maß für die Feuchtigkeitstransmissions-
und Absorptionseigenschaften des Testobjekts verwendet werden.
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Eine Fortentwicklung dieses Ansatzes
ist in der
DE 100 00 670 offenbart.
Zusätzlich
zu einer sockenförmigen
Membran, wird hier im Innern des Schuhs ein hohler Körper angeordnet,
der die Feuchtigkeit von innen an die nur für Wasserdampf durchlässige Membran
abgibt. Für
die Simulation von realistischen Bedingungen kann der hohle Körper wie ein
menschlicher Fuß ausgebildet
sein und während der
Messung im Schuh bewegt werden, um dadurch Druck gegen die Sohle
oder anderen Bestandteile des Schuhs auszuüben. Zusätzlich können mit Sensoren die relative
Feuchtigkeit und die Temperatur im Innern des Schuhs gemessen werden.
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Obwohl sich mit den beschriebenen
Einrichtungen aus dem Stand der Technik gewisse Erkenntnisse über die
Klimaeigenschaften gewinnen lassen, ist die Aussagekraft der Messungen
jedoch viel zu gering, um auf die oben erläuterten aufwendigen Tests mit
Athleten verzichten zu können.
Dies liegt im wesentlichen daran, dass die kontrollierte Abgabe von
Wasserdampf durch eine Membran sich zwar messtechnisch einfach realisieren
lässt,
die tatsächlichen
Verhältnisse
eines transpirierenden Fußes
damit jedoch nur unzureichend wiedergegeben werden.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin,
dass mit den Gewichtsmessungen nach dem Stand der Technik nur die
Gesamttransmission bzw. Absorption des Schuhs bestimmt werden kann.
Für eine
fortgeschrittenere Entwicklung von modernen Sportschuhen ist jedoch
eine genaue, lokal aufgelöste
Bestimmung der tatsächlich
am Fuß vorhandenen
Situation, d.h. der Feuchtigkeit und der Temperatur notwendig. So kann
es beispielsweise vorkommen, dass ein neues Schuhmodell zwar im
Vorderfußbereich
gute Klimaeigenschaften aufweist, das im Hinterfußbereich
verwendete Material zur Stützung
und Dämpfung
jedoch in diesem Bereich des Fußes
einen unangenehmen Hitzestau verursacht und den dort anfallenden Schweiß nicht
ausreichend schnell abgeführt.
Ein solcher Konstruktionsmangel kann durch die beschriebenen Verfahren
und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht ermittelt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher das Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine
verbesserte Vorrichtung zur Untersuchung der Klimaeigenschaften
eine Bekleidungsstücks,
insbesondere eines Schuhs bereitzustellen, die zu genauen und realistischen
Messergebnissen führen,
um die Entwicklung von Bekleidungsstücken, insbesondere Schuhen,
mit einem angenehmen Klima im Innern zu erleichtern.
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3. Zusammenfassung der
Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Untersuchen der Klimaeigenschaften
eines Bekleidungsstücks, insbesondere
eines Schuhs, bei dem Tröpfchen
einer Flüssigkeit
im Innenraum des Bekleidungsstücks
verteilt werden und die Feuchtigkeit im Innenraum des Bekleidungsstücks gemessen
wird.
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Erfindungsgemäß wird somit das Innere des zu
untersuchenden Bekleidungsstücks,
insbesondere eines Schuhs, nicht mit Dampf sondern verteilten Tröpfchen einer
Flüssigkeit,
beispielsweise Wasser, beaufschlagt. Es hat sich nämlich herausgestellt,
daß die
Schweißabgabe
an der Hautoberfläche,
beispielsweise des menschlichen Fußes, überwiegend flüssig und
nicht in Form von Dampf erfolgt, so dass das erfindungsgemäße Verfahren
weitaus besser als der Stand der Technik die tatsächlichen
Verhältnisse widerspiegelt.
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Die Verteilung der Tröpfchen im
Innenraum simuliert dabei vorzugsweise die natürliche Abgabe an Feuchtigkeit
durch das dem Bekleidungsstück entsprechende
Körperteil.
Dadurch wird sichergestellt, dass auch die Auswirkungen einer unterschiedlich
starken Schweißabgabe,
beispielsweise in verschiedenen Bereichen eines Fußes (Ballenbereich und
Ferse), auf die resultierende Feuchtigkeit erfasst werden können.
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Vorzugsweise wird zusätzlich der
Innenraum erwärmt
und die Temperatur gemessen. Dabei kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Menge und/oder die Verteilung der abgegebenen Tröpfchen der
Flüssigkeit
und/oder die Erwärmung
im Innenraum in einem Zeitintervall variieren und die Feuchtigkeit
und die Temperatur werden in diesem Zeitintervall gemessen. Dadurch
lässt sich
das Ver halten des Bekleidungsstücks
bei komplexen Belastungsprogrammen, z.B. dem Trainingszyklus eines Sportlers
mit Phasen hoher körperlicher
Aktivität
und Phasen der Ruhe simulieren.
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Gemäß einem besonders bevorzugten
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
das Bekleidungsstück
ein Schuh und die erfindungsgemäße Verteilung
der Tröpfchen
erfolgt im Innern eines künstlichen
Fußes,
bevorzugt mit einem Nebler. Der künstliche Fuß ist dabei vorzugsweise mit
einer Socke bedeckt, wobei die Feuchtigkeits- und/oder die Temperaturmessung
an der Oberfläche des
künstlichen
Fußes
erfolgt.
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Die physikalischen Bedingungen an
genau dieser Grenzfläche
Fußoberfläche – Socke
bestimmen beim tatsächlichen
Einsatz des Schuhs die Klimaeigenschaften, so wie sie vom Träger des
Schuhs wahrgenommen werden und auf die Haut einwirken. Anders als
im Stand der Technik wird in diesem Ausführungsbeispiel nicht versucht,
die Klimaeigenschaften indirekt durch die Messung einer integralen Feuchtigkeitstransmission
oder -absorption des untersuchten Schuhs abzuschätzen, sondern die Messwerte
spiegeln unmittelbar die tatsächlich
vorhandene Situation auf der Haut wieder.
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Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft
die vorliegende Erfindung eine Socke zur Untersuchung der Klimaeigenschaften
eines Schuh mit Mitteln zum Messen der Temperatur im Gewebe der
Socke und Mittel zum Messen der Feuchtigkeit im Gewebe der Socke.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung
dieser zwei Messeinrichtungen lassen sich die wesentlichen Parameter,
die subjektiv und objektiv die Verhältnisse an der Grenzfläche Haut – Socke
bestimmen, erfassen. Dabei kann die Socke beispielsweise von einem
Athleten, der einen neu konstruierten Sportschuh testet, getragen
werden, um dadurch in Ergänzung
zu der subjektiven Wahrnehmung des Athleten online objektiv die
Klimasituation im Schuh zu erfassen.
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Vorzugsweise umfassen die Mittel
zum Messen der Feuchtigkeit zumindest einen kapazitiven Sensor,
wobei der Sensor bevorzugt einen ersten Leiter umfasst, der auf
einer Seite des Gewebes der Socke angeordnet ist und einen zweiten
Leiter, der auf der anderen Seite des Gewebes angeordnet ist. Die
Kapazität
dieses „Plattenkondensators" verändert sich
durch die Feuchtigkeit im Gewebe und ermöglicht dadurch die gewünschte Messung.
Anders als herkömmliche
Feuchtesensoren auf Halbleiterbasis ermöglicht der erfindungsgemäße Feuchtesensor die
Bestimmung absoluter Feuchtigkeitswerte und vermeidet dadurch aufwendige
Vergleichsmessungen. Ferner können
die beiden Leiter flexibel ausgebildet sein und wirken daher anders
als starre und spröde
Halbleiterbauelemente nicht störend
für den Träger der
Socke.
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Gemäß einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
sind die Leiter als spiral-/kreisförmige Metalldrähte ausgebildet.
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist der kapazitive Sensor einen isolierten Innenleiter auf, der
von Wicklungen eines zweiten Leiters umgeben ist. Auch mit dieser
Bauform lassen sich kleine Sensoren herstellen, die sich unauffällig in
das Gewebe der erfindungsgemäßen Socke
integrieren lassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zu Untersuchung der
Klimaeigenschaften eines Schuhs mit einer oben beschriebenen Socke
und Mitteln zu Abgabe von Feuchtigkeit im Innenraum der Socke bereitgestellt.
Anders als in dem im Zusammenhang mit der Socke beschriebenen Messverfahren,
wird hier der gesamte Vorgang im Schuh ohne den Einsatz eines Athleten
simuliert. Die Socke ist dabei bevorzugt um einen künstlichen
Fuß herum
angeordnet, der vorzugsweise aus einem Gitternetz geformt ist. Die Feuchtigkeit
wird im Innenraum des künstlichen
Fußes,
bevorzugt durch einen Nebler abgegeben.
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Vorzugsweise sind ferner Heizelemente
im Innenraum des künstlichen
Fußes
angeordnet. Dies ermöglicht
gleichzeitig oder versetzt mit der Feuchtigkeitsabgabe durch den
Nebler die Simulation der Hauttemperatur. Um unverfälschte Informationen über die
Wärmeeigenschaften
(Wärmekapazität und Wärmeleitung)
des untersuchten Schuhs zu erhalten ist vorzugsweise in einem dem
Unterschenkel entsprechenden Bereich oberhalb des künstlichen
Fußes
eine isolierte Vorkammer angeordnet, um den Innenraum des künstlichen
Fußes
an dieser Stelle thermisch zu isolieren.
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Zusätzliche vorteilhafte Weiterentwicklungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
der Socke und der Vorrichtung bilden den Gegenstand weiterer abhängiger Patentansprüche.
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4. Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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In der folgenden detaillierten Beschreibung werden
derzeit bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in
der zeigt:
- 1:
eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2a: eine schematische,
vergrößerte Seitenansicht
eines Sensors der erfindungsgemäßen Socke
gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
- 2b: eine schematische
Draufsicht des Sensors aus 2a;
- 3: Eine schematische,
vergrößerte Seitenansicht
eines Sensor der Sokke gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform.
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4. Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
am Beispiel der Untersuchung der Klimaeigenschaften eines Schuhs
beschrieben. Dabei kommen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Socke
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Einsatz. Es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemäße Verfahren
auch in vorteilhafter Weise zur Untersuchung der Klimaeigenschaften anderer
Bekleidungsstücke
als Schuhe verwendet werden kann. So ist die Problematik beispielsweise bei
Handschuhen ähnlich,
da auch hier die Feuchtigkeitsabsorption und – transmission, ebenso wie
die Wärmeleitfähigkeit
und Wärmekapazität (sei es
dass eine besonders gute thermische Isolation angestrebt wird, sei
es, dass eine erhöhte
Durchlüftung
des Innenraums erreicht werden soll) von erheblicher Bedeutung für ein angenehmes
Tragegefühl
sind. Ähnliches
gilt für
andere Bekleidungsstücke
wie Hüte, Mützen, aber
auch Jacken und Hosen.
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1 zeigt
einen künstlichen
Fuß 1,
der vorzugsweise aus einem aus Kunststoff oder anderen geeigneten
Materialien gefertigten Gitternetz geformt ist. Um den Kunstfuß 1 herum
ist eine Socke (nicht dargestellt) angeordnet. Der Fuß 1 weist
eine Vielzahl von Sensoren 10, 20 auf, die die
Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und gegebenenfalls weitere Meßgrößen aufnehmen,
die das Klima im Inneren eines Schuhs bestimmen. Die Sensoren 10, 20 können innerhalb
des künstlichen
Fußes 1 angeordnet
sein und/oder in die Socke integriert werden (siehe unten).
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Im Inneren des künstlichen Fußes 1 ist
ein beispielsweise über
einen Schwingquarz 31 betriebener Nebler angeordnet, der
durch eine Öffnung 32 kleine
Tröpfchen
eine Flüssigkeit
im Innenraum des künstlichen
Fußes 1 und
damit auch innerhalb der Socke verteilt (vgl. den horizontalen Pfeil
in 1). Obwohl in 1 der Klarheit wegen nur
eine Austrittsöffnung 32 angedeutet
ist, können
auch mehrere Öffnungen 32 vorgesehen
sein, um die Feuchtigkeit in einer Weise im Inneren des künstlichen
Fußes 1 zu verteilen,
die der Transpiration eines menschlichen Fußes möglichst nahe kommt. Als Flüssigkeit
kommt in erster Linie Wasser oder eine schweißähnliche Lösung in Betracht.
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Die in 1 schematisch
gezeigte Vorrichtung wird in einen zu testenden Schuh (nicht dargestellt)
eingeführt,
um dessen Klimaeigenschaften objektiv zu bestimmen. Sobald der Nebler 31, 32 die Tröpfchen im
Innern des Kunstfußes 1 und
damit auf der Innenseite der Socke verteilt, diffundiert oder wandert
aufgrund von Kapillareffekten die so erzeugte Feuchtigkeit durch
das Gewebe der Socke nach außen.
Die Socke trägt
dabei zu einer gleichmäßigen Verteilung
der Feuchtigkeit bei. Der Widerstand, den der zu untersuchende Schuh
je nach seiner Konstruktion der Feuchtigkeitstransmission entgegensetzt
und der Anteil an Feuchtigkeit, den er selbst aufnimmt, bestimmt
die resultierende Feuchtigkeit, die von den Feuchtesensoren 10 gemessen
wird.
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Ähnlich
erfolgt die Simulation der Wärmeabgabe
durch den menschlichen Fuß:
Im Inneren des Kunstfußes 1 sind
vorzugsweise ein oder mehrere Heizelemente 40 angeordnet,
die eine bestimmte Wärmeleistung
abgeben. Durch einen zusätzlich
angeordneten Miniventilator 50 kann die erzeugte Wärme (und
gegebenenfalls auch die Tröpfchen)
im Inneren des Kunstfußes 1 gleichmäßig oder
auch lokal unterschiedlich verteilt werden. Die thermischen Isolationseigenschaften
des untersuchten Schuhs bestimmen daraufhin ebenso wie seine Wärmekapazität die resultierende
Temperatur im Inneren des Kunstfußes 1.
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Die Feuchtigkeit- und die Temperaturmessung
erfolgt dabei bevorzugt unmittelbar im Übergangsbereich zwischen Kunstfuß 1 und
Socke. Die an dieser Stelle gemessenen Werte geben am besten die
tatsächlichen
Feuchtigkeits- und Temperaturwerte wieder, so wie sie beim späteren Einsatz
des Schuhs von seinem Träger
auf der Haut wahrgenommen werden.
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Wie in 1 schematisch
angedeutet, sind die Feuchtigkeits- und Temperatursensoren 10, 20 vorzugsweise
an mehreren Stellen (vorderer Sohlenbereich, hinterer Sohlenbereich,
Fersenbereich, Zehenbereich, Spann, etc.) am Kunstfuß angeordnet. Sinnvollerweise
wird die Anordnung der Sensoren 10, 20 auf den
späteren Einsatz
des Schuhs abgestimmt und kann damit gezielt Aussagen über bestimmte
Bereiche liefern, die besonderen Belastungen unterliegen.
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Oberhalb des oberen Ende des Kunstfußes 1 ist
vorzugsweise eine Vorkammer 60 angeordnet, die verhindert,
das eine Wärmeabfuhr über diesen,
dem menschlichen Unterschenkel entsprechenden Bereich das Ergebnis
der Temperaturmessungen und die Wärmebilanz verfälscht. Zu
diesem Zweck wird die Vorkammer 60 durch ein oder mehrere
eigene Heizelemente (nicht dargestellt) auf die Temperatur des Inneren
des Kunstfußes 1 erwärmt. Dazu
ist ein weiterer Sensor 21 vorgesehen, der die Temperatur im
oberen Bereich des Innern des künstlichen
Fußes 1 mißt.
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Da ein Temperaturgradient zwischen
dem Kunstfuß 1 und
der Vorkammer 60 damit wegfällt, erfolgt auch in diesem
Bereich keine Wärmeleitung nach
außen.
Die im Inneren des Kunstfußes
gemessene Temperatur bestimmt sich daher, wenn das System im Gleichgewicht
ist, im wesentlichen nur durch die Bilanz zwischen der durch die
Heizung 40 (und den Ventilator 50) eingebrachte
Wärmeleistung und
der durch den zu testenden Schuh nach außen abgegeben Wärmeleistung.
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Für
exakte Messungen der Klimaeigenschaften des Schuhs ist es ferner
vorteilhaft, wenn die in 1 schematisch
dargestellte Vorrichtung unter definierten äußeren klimatischen Bedingungen
eingesetzt wird. Dazu wird vorzugsweise ein sogenannter Klimaschrank
(nicht dargestellt) verwendet, der die definierte Einstellung der
Luftfeuchtigkeit, Temperatur und weiterer Parameter um den zu testenden Schuh
herum erlaubt. Über
zusätzliche
Feuchtigkeits- und Temperatursensoren 15, 25 können mögliche Schwankungen
der Außenbedingungen
während
der Messungen mitverfolgt werden.
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Zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die Einrichtungen des Kunstfußes bzw. der Socke vorzugsweise über einen
Anschlußstecker 70 und
einen Verbindungsschlauch 71 mit geeigneten Steuereinrichtungen
verbunden. In Betracht kommt insbesondere die Steuerung der Messung über einen
PC (nicht dargestellt), der mit Hilfe einer geeigneten Verstärker- und
Messelektronik eine bequeme Aufnahme der Feuchtigkeits- und Temperaturdaten
ermöglicht
und gleichzeitig die vom Nebler und von den Heizelementen abgegebene
Feuchtigkeits- bzw. Wärmemenge
kontrolliert. Neben der Einstellung von einer zeitlich konstanten
Feuchtigkeits- und Wärmeabgabe
ermöglicht
dies in vorteilhafter Weise Messungen durchzuführen, bei denen die abgegebenen
Feuchtigkeits- und/oder Wärmemengen und/oder
die Außenbedingungen
um den zu messenden Schuh herum über
ein bestimmtes Zeitintervall variieren. Die aus dem Kunstfuß ausbringbaren
Wärme-
und Feuchtigkeitsmengen sowie die Umgebungsbedingungen sind dabei
in weiten Grenzen verstellbar.
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Dadurch lassen sich nicht nur die
thermischen Zeitkonstanten und Feuchtigkeits-Diffusionskoeffizienten für den untersuchten
Schuh bestimmen, sondern auch verschiedene Belastungsprogramme durchspielen,
die Phasen starker körperlicher
Aktivität
im Wechsel mit Phasen der Ruhe simulieren. Im Ergebnis erhält der Konstrukteur
damit objektive und umfassende Informationen über die Klimaeigenschaften
des getesteten Schuhs. Durch die bevorzugte Verbindung zum PC lassen
sich die gewonnenen Ergebnisse schnell und bequem auswerten.
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Mit der oben beschriebenen Vorrichtung
und dem entsprechenden Messverfahren lassen sich die Klimaeigenschaften
eines Sportschuhs ohne jegliche Mitwirkung eines Athleten bestimmen.
Es kann jedoch Fälle
geben, in denen es wünschenswert
ist, die im tatsächlichen
Einsatz in einem von einem Sportler getragen Schuh auftretenden
Feuchtigkeits- und Temperaturwerte aufzunehmen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung läßt sich
die oben erwähnte
Socke um den Kunstfuß 1 auch
als Socke für
den Fuß eines Testathleten
verwenden. In diesem Fall sind die oben genannten Temperatur- und
Feuchtigkeitssensoren in der Socke angeordnet und messen die dort
im realen Einsatz anfallende Feuchtigkeit, sowie die auftretende
Temperatur.
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Für
die Temperaturmessung werden dabei ebenso wie im oben beschriebenen
Kunstfuß 1 vorzugsweise
langzeitstabile NTC-Widerstände
verwendet, die in kleinen Bauformen erhältlich sind und sich leicht über eine
geeignete Elektronik mit einem PC o.ä. auslesen lassen.
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Bei den Feuchtigkeitssensoren können im oben
beschriebenen Kunstfuß die
unterschiedlichsten Arten von Sensoren verwendet werden (resistive Sensoren,
kapazitive Sensoren, etc.), während
in der erfindungsgemäßen Messsocke
für den
Einsatz am menschlichen Fuß bevorzugt
kapazitive Sensoren Verwendung finden. Dies liegt daran, dass herkömmliche
Feuchtigkeitssensoren typischerweise aus einen Halbleitermaterial
hergestellt werden und daher spröde
sind. Darüber
hinaus können
solche Sensoren nur relative Feuchtigkeiten bestimmen.
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Gemäß einem besonders bevorzugten
Ausführungsbeispiel
weist die erfindungsgemäße Socke einen
kapazitiven Sensor 100 auf, der den in den 2a, 2b schematisch
dargestellten Aufbau hat. Dabei ist ein erster elektrischer Leiter 101 oberhalb eines
Teilbereiches 102 des Gewebes der Socke und ein zweiter
Leiter 103 unterhalb dieses Teilbereiches 102 angeordnet.
Dadurch wird ein „Plattenkondensator" gebildet, dessen
Kapazität
durch die dieelektrischen Eigenschaften des zwischen den zwei Leitern 101, 103 befindlichen
Gewebes 103 bestimmt wird.
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Transpiriert der Fuß, gelangt
Feuchtigkeit in den Gewebebereich 102 und der Wert ε, der die
dieelektrischen Eigenschaften des Gewebes beschreibt, verändert sich.
Die dadurch verursachte Änderung der
Kapazität
des Plattenkondensators kann beispielsweise durch den veränderten
Wechselstromwiderstand der Anordnung gemessen werden. Mit einer entsprechenden
Kalibrierung können
mit diesem Sensor auch Absolutwerte der Feuchtigkeit im Gewebe bestimmt
werden. Obwohl in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus den 2a, 2b die elektrischen Leiter 101, 103 auf
der Ober- bzw. Unterseite des Gewebes angeordnet sind, sind auch
andere Konfigurationen denkbar. So können die beiden Leiter 101, 103 beispielsweise
auch in das Gewebe der Socke integriert werden.
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Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, ist
vorzugsweise mindestens ein Leiter 101, 103 elektrisch
isoliert. In dem in den 2a, 2b gezeigten Beispiel werden
als Leiter jeweils Kupferdrähte
verwendet, die kreisförmig
mit einem Durchmesser von ca. 25 mm gewunden sind und sich flexibel
dem Gewebe der Socke anpassen können.
Andere Materialien sind ebenfalls möglich. Alternativ sind auch
spiralförmige
Ausführungen
denkbar. Unabhängig
davon wird mit dieser Anordnung ein kapazitiver Sensor geschaffen,
der den Träger
der Socke nicht stört
und daher problemlos Langzeitmessungen ermöglicht.
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3 zeigt
einen kapazitiven Sensor 100' für eine Messsocke
gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Dabei wird ein Koaxialleiter mit einem Innenleiter 110 und
einer Abschirmung 111 verwendet. Die äußere Isolation 112 und die
Abschirmung 111 werden auf die gewünschte Sensorlänge gekürzt. Danach
wird ein Teil der Abschirmung wie in 3 gezeigt über die äußere Isolation
gestreift und dient als Kontakt für eine Kupferdrahtwicklung 120.
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Diese Kupferdrahtwicklung 120 bildet
zusammen mit dem durch eine innere Isolation 113 isolierten
Innenleiter 110 den Kondensator, während die Abschirmung 111 nur
zur elektrischen Kontaktierung von außen dient. Gelangt Feuchtigkeit
zwischen die Wicklungsbahnen des Kupferdrahts und den Innenleiter 110, ändert sich
wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Wechselstromwiderstand des Sensors. Die Kalibrierung dieser
Ausführungsform
erfolgt durch einfaches Kürzen
des Innenleiters 110 und der Kupferwicklung 120.
Um Kurzschlüsse und
damit resistive Messungen zu verhindern, ist der Innenleiter an
seinem Abschluss durch einen Isolator 125 abgedichtet,
beispielsweise mit einem Epoxidklebstoff.
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Der einfache Aufbau dieses Sensors
ermöglicht
ebenso wie die oben beschriebene Ausführungsform eine weitgehende
Miniaturisierung, so dass er problemlos in das Gewebe der Messsocke
integriert werden kann.
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Das Gewebe der Messsocke kann unabhängig von
ihrer speziellen Funktion aus üblichen,
für eine
Socke verwendeten Materialien gefertigt werden (Baumwolle, Kunstfasern,
Mischgewebe, etc.).