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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Folientyp-Drucksensoren. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung in Bezug auf Folientyp-Drucksensoren ist dafür konfiguriert, in die Sohlenstruktur eines Fußbekleidungsartikels, wie z. B. eines Schuhs, eines Stiefels, einer Sandale oder dergleichen, integriert zu werden.
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Stand der Technik
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Folientyp-Drucksensoren werden in einem weiten Anwendungsbereich verwendet, z. B. als Eingabevorrichtungen für den Mensch-Maschine- oder Mensch-Computer-Dialog oder für das Erfühlen einer Fahrzeugsitzbelegung und/oder -klassifizierung, und dergleichen.
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Das Dokument
US 2010/0063779 offenbart einen Schuh mit einem integrierten Folientyp-Drucksensor. Das Sensorsystem erfasst Leistungsdaten, die zur weiteren Verwendung über einen Kommunikationsanschluss übertragen werden. Der Schuh enthält einen in der Sohlenstruktur angeordneten Kraftsensor zum Messen eines durch den Fuß des Trägers auf die Sohlenstruktur ausgeübten Drucks (einer Kraft) in einer Vielzahl von Bereichen sowie ein elektronisches Modul, das dafür konfiguriert ist, Daten von den Sensoren zu erfassen. Das Modul ist dafür konfiguriert, die Daten zur weiteren Verarbeitung an eine externe Vorrichtung zu übertragen. In einer der in der
US 2010/0063779 offenbarten Ausführungsformen umfasst der Drucksensor vier längliche Druckmesszellen, die jeweils eine erste und eine zweite Elektrode sowie ein kraftempfindliches Widerstandsmaterial enthalten, das zwischen den Elektroden angeordnet ist, um die Elektroden elektrisch zu verbinden. Wenn auf das kraftempfindliche Material ein Druck ausgeübt wird, ändert sich die Widerstandsfähigkeit von diesem und die sich ergebende Änderung des Widerstands wird von dem elektronischen Modul erkannt.
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In den meisten heutigen Anwendungen weist jeder Drucksensor sein zugeordnetes elektronisches Steuermodul auf, das den auf die eine oder die mehreren Druckmesszellen ausgeübten Druck bewertet. Dies ist in der Zukunft nicht mehr unbedingt erforderlich. Die
US 2010/0063779 erwähnt nämlich bereits, dass das elektronische Steuermodul nach Belieben des Benutzers aus dem Fußbekleidungsartikel entfernbar sein kann. Der Benutzer kann es durch ein anderes Modul ersetzen, das möglicherweise anders konfiguriert ist. Es ist auch möglich, dass der Benutzer nur ein Paar von elektronischen Steuermodulen besitzt, die er bei verschiedenen Schuhpaaren einsetzt. Natürlich erfordert eine solche Austauschbarkeit einen gewissen Standardisierungsaufwand. Zum Beispiel müssen die elektrischen Schnittstellen von verschiedenen Folientyp-Drucksensoren mit verschiedenen elektronischen Steuermodulen kompatibel sein. Die verschiedenen Folientyp-Drucksensoren sind jedoch nicht in jeder Hinsicht gleich. Es könnte Unterschiede in Bezug auf die Anzahl, die Form, die Position usw. der Druckmesszellen, die verwendeten Materialien (und somit das Ansprechverhalten) usw. geben. Damit das elektronische Steuermodul solche Unterschiede berücksichtigt, muss der Benutzer somit einige Einstellungen an dem elektronischen Steuermodul vornehmen, wenn er es mit einem anderen Drucksensor verwendet. Dies kompliziert den Austauschvorgang und stellt eine potentielle Quelle für vermeidbare Fehler in der Handhabung dar.
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Aufgabenstellung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Benutzerfreundlichkeit von Folientyp-Drucksensoren zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch einen Folientyp-Drucksensor nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Aspekte der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Ein Folientyp-Drucksensor umfasst eine Trägerstruktur, aufweisend eine erste Trägerfolie, eine zweite Trägerfolie und eine Abstandsfolie, die zwischen der ersten und der zweiten Trägerfolie angeordnet ist. Es sind eine oder mehrere Druckmesszellen in der Trägerstruktur angeordnet, wobei der Abstandhalter eine Öffnung aufweist, die unter einer Druckkraft eine Biegung der ersten und/oder der zweiten Trägerfolie zueinander ermöglicht, und wobei eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung einer Impedanzänderung in Abhängigkeit der Druckkraft angeordnet ist. Der Drucksensor umfasst eine elektrische Schnittstelle zum mechanischen und elektrischen Anschließen des Folientyp-Drucksensors an eine Auswerteschaltung. Einige Anschlüsse der elektrischen Schnittstelle sind elektrisch an die Elektrodenanordnungen der Druckmesszellen angeschlossen, so dass diese ausgelesen werden können, wenn die Auswerteschaltung an den Folientyp-Drucksensor angeschlossen ist. Gemäß der Erfindung verbinden eine oder mehrere elektrische Bauteile (wie zum Beispiel Widerstände und/oder Leiter und/oder Dioden, usw.) mindestens zwei der Anschlüsse paarweise, um eine Kombination von Anschlusspaar-Impedanzen zu bilden, die codierte Informationen darstellen, die sich auf den Folientyp-Drucksensor beziehen. Wenn die Auswerteschaltung an den Folientyp-Drucksensor angeschlossen ist, kann sie die Kombination von Anschlusspaar-Impedanzen erkennen und die codierten Informationen ablesen.
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Wie die Fachleute erkennen werden, sind die codierten Informationen vorzugsweise durch die Auswerteschaltung nutzbar, um automatisch die Einstellungen vorzunehmen, die zur richtigen Steuerung des Folientyp-Drucksensors notwendig sind. Die codierten Informationen dienen als ein ”Fingerabdruck” des Drucksensors, der ohne weiteres von der Auswerteschaltung erkannt werden kann. Es ist nicht notwendig, dass der Benutzer die Auswerteschaltung manuell konfiguriert.
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Vorzugsweise ist/sind die eine oder die mehreren elektrischen Bauteile zwischen der ersten und der zweiten Trägerfolie eingebettet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist/sind das eine oder die mehreren elektrischen Bauteile auf der ersten und/oder der zweiten Trägerfolie aufgedruckt und/oder auflaminiert.
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Das eine oder die mehreren elektrischen Bauteile weisen vorzugsweise mindestens entweder Widerstände oder Leiter auf. Andere Möglichkeiten wären Dioden oder Kondensatoren. Kombinationen von verschiedenen Arten von elektrischen Bauteilen können auf einem Drucksensor verwendet werden, um die Anzahl an Kombinationen für eine gegebene Anzahl von Anschlüssen zu erhöhen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Schnittstelle einen gemeinsamen Anschluss, der an die Elektrodenanordnungen aller der einen oder mehreren Druckmesszellen angeschlossen ist, und einen oder mehrere zellspezifische Anschlüsse, die an die Elektrodenanordnung einer der einen oder mehreren Druckmesszellen angeschlossen ist, so dass von den Elektrodenanordnungen erzeugte Impedanzänderungen zwischen dem gemeinsamen Anschluss und den zellspezifischen Anschlüssen auftreten. Bei einer solchen Konfiguration können die auf die eine oder die mehreren Druckmesszellen einwirkenden Drücke einzeln erkannt werden. Es sind auch andere Konfigurationen möglich. So könnten zum Beispiel die Druckmesszellen in Reihe oder parallel geschaltet sein. Auf Grund der auf dem Drucksensor codierten Informationen kann die Auswerteschaltung in die Lage versetzt werden, sich gemäß der an ihn angeschlossenen Sensorart selber zu konfigurieren. Die elektrische Schnittstelle umfasst vorzugsweise mindestens einen zusätzlichen Anschluss, der mit einem oder mehreren der zellspezifischen Anschlüsse verbunden ist, und zwar gemäß dem für die Auswerteschaltung zur Verfügung zu stellenden ”Fingerabdruck”.
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Die Auswerteschaltung, z. B. ein Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, eine frei programmierbare logische Anordnung oder dergleichen, kann ein abnehmbarer Teil des Drucksensors sein. Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung dafür konfiguriert, die Impedanzen der Elektrodenanordnungen der Druckmesszellen und die Anschlusspaar-Impedanzen zu messen. Die Auswerteschaltung kann andere Funktionalitäten implementieren, z. B. die Analyse der Ablesungen, die Speicherung von unverarbeiteten oder verarbeiteten Daten, den Datentransfer über Kabel oder eine drahtlose Schnittstelle zu einem anderen Objekt, zum Beispiel einem PC, einem Mobiltelephon, einem Tablet-Computer, einem digitalen Audioplayer, einem Herzfrequenzmonitor, einer Armbanduhr, einem Gamecontroller, usw.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Folientyp-Drucksensor und eine kompatible Auswertevorrichtung, die eine Auswerteschaltung aufweist, die an die elektrische Schnittstelle angeschlossen werden kann, als ein Set vorgesehen, dessen Zusammenbau dem Benutzer überlassen werden kann.
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Nach einer anderen oder ergänzenden Ausgestaltung der Erfindung ist der Drucksensor in der Sohlenstruktur eines Fußbekleidungsartikels angeordnet. Vorzugsweise weist der Fußbekleidungsartikel eine Aufnahme (gegebenenfalls in den Drucksensor integriert) für eine Auswertevorrichtung mit einer an die elektrische Schnittstelle anschließbaren Auswerteschaltung auf. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung umfassen die codierten Informationen vorzugsweise mindestens eine Schuhgröße, eine Angabe, ob der Fußbekleidungsartikel für einen linken oder einen rechten Fuß ist, ein Schuhmodell, eine Schuhmarke, ein Drucksensormodell, ein Herstellungsdatum, eine Seriennummer.
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Es sei angemerkt, dass ein Fußbekleidungsartikel (oder ein Paar davon) und eine Auswertevorrichtung, die eine an die elektrische Schnittstelle (oder ein Paar davon) anschließbare Auswerteschaltung aufweist, als ein Set oder separat vorgesehen werden können.
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In der Auswerteschaltung ist vorzugsweise eine Bibliothek (z. B. in Form einer Nachschlagtabelle) implementiert, die das Decodieren der codierten Informationen ermöglicht, d. h. das Bestimmen, welche einer Vielzahl von vorprogrammierten Konfigurationen zur Steuerung des angeschlossenen Drucksensors auszuwählen ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine Längs-Querschnittsansicht der Sohlenstruktur eines Sportschuhs mit einem Folientyp-Drucksensor ist;
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2 eine Draufsicht auf den Drucksensor des Sportschuhs aus 1 ist;
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3 eine schematische Draufsicht auf eine der Druckmesszellen des Drucksensors aus 2 ist;
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4 eine schematische Querschnittsansicht der Ebene B-B aus 3 ist;
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5 ein Blockdiagramm des Stromkreises des in 2 veranschaulichten Drucksensors ist;
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6 ein schematisches Blockdiagramm eines anderen Stromkreises für den Drucksensor aus 2 ist;
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7 eine schematische Querschnittsansicht der Ebene C-C aus 2 ist.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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In 1 ist ein Fußbekleidungsartikel in Form eines Sportschuhs 10 gezeigt und umfasst ein Obermaterial 12 und eine Sohlenstruktur 14. Das Obermaterial 12 ist an der Sohlenstruktur 14 befestigt und definiert eine Kammer zur Aufnahme eines Fußes. Die Sohlenstruktur 14 umfasst eine Laufsohle 14.1, eine Zwischensohle 14.2 und eine Brandsohle oder Einlegsohle 14.3, die die Unterseite der den Fuß aufnehmenden Kammer des Sportschuhs 10 bildet. Die Zwischensohle 14.2, die vorzugsweise aus einem pralldämpfenden Material gebildet ist, weist einen an seiner oberen Fläche angebrachten Folientyp-Drucksensor 16 auf. Wenn sich die Brandsohle an ihrem Platz befindet, ist der Drucksensor 10 somit zwischen der Brandsohle 14.3 und der Zwischensohle 14.2 sandwichartig eingelegt.
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Wie es am Besten in 2 gezeigt ist, weist der Drucksensor 16 eine Vielzahl von Druckmesszellen 18.1, 18.2, 18.3, 18.4 auf, die zusammen mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet sind und die sich in verschiedenen Bereichen der Sohlenstruktur 14 befinden, um einen von dem Fuß des Trägers auf die Sohlenstruktur 14 ausgeübten Druck zu messen.
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Die Konfiguration des Drucksensors 16 und seiner Druckmesszellen 18 wird nun anhand der 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt die Konturen der Elemente einer Druckmesszelle 18. Der Drucksensor 16 weist eine mehrschichtige Trägerstruktur auf, die eine erste Trägerfolie 20, eine zweite Trägerfolie 22 und einen Abstandhalter 24 umfasst. Der Abstandhalter 24 ist typischerweise ein doppelseitiger Klebstoff, mit dem die erste und die zweite Trägerfolie 20, 22 aneinander laminiert sind. Die erste und die zweite Trägerfolie 20, 22 bestehen vorzugsweise aus PET, aber andere Materialien, wie PEN, PI, PEEK usw., sind ebenfalls denkbar. Jede der Trägerfolien 20, 22 kann aus einer einzigen Folienschicht bestehen oder eine Vielzahl von Folienschichten aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien aufweisen. Der Abstandhalter 24 weist vorzugsweise eine PET-, PEN-, PI-, PEEK-, usw. Folienschicht auf, wobei eine Klebstoffbeschichtung auf jeder Seite von dieser aufgebracht ist. An jeder Druckmesszelle 18 weist der Abstandhalter eine Öffnung 26 auf, innerhalb welcher die erste und die zweite Trägerfolie 20, 22 zusammengepresst werden können. In jeder Druckmesszelle 18 ist eine erste Widerstandselektrode 28 dauerhaft auf der ersten Trägerfolie 20 und eine zweite Widerstandselektrode 30 dauerhaft auf der zweiten Trägerfolie 22 angeordnet, so dass sie zu der ersten Elektrode 28 weist. Jede Elektrode 28, 30 wird von einer jeweiligen Leiterbahn 34, 36 kontaktiert, die sich entlang der langen Seiten der Öffnung 26 erstreckt und die Elektrodenanordnung jeder Druckmesszelle an Anschlüsse eines elektrischen Schnittstellenabschnitts 32 anschließt (siehe 2), der zum mechanischen und elektrischen Anschließen des Drucksensors 16 an ein elektronisches Steuermodul 38 vorgesehen ist (siehe 2), das eine Auswerteschaltung zum Messen der veränderlichen Impedanz der Druckmesszellen 18 und somit des darauf ausgeübten Drucks aufweist.
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In Abhängigkeit des Drucks, der auf die Druckmesszelle wirkt, wird mindestens eine der ersten und zweiten Trägerfolie 20, 22 in Richtung zur anderen Trägerfolie abgelenkt, bis die Trägerfolien 20, 22 oder die Elemente auf ihrer jeweiligen Innenfläche in Kontakt treten. Sobald ein Kontakt hergestellt ist, vergrößert sich der Radius der mechanischen Kontaktfläche in dem Maße, wie sich der Druck erhöht. Wenn ein direkter Kontakt zwischen den Elektroden 28 und 30 hergestellt ist, wird der elektrische Widerstand zwischen den Leitern 34 und 36 endlich und folglich kann Strom fließen. In diesem Beispiel ist die Elektrode 28 teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht 40 (z. B. einer dielektrischen Schicht) bedeckt, um die elektrische Reaktion der Druckmesszelle anzupassen. In dem Maße, wie sich der Kontaktbereich zwischen der ersten und zweiten Elektrode 28, 30 vergrößert, nimmt der zwischen den Leitern 34 und 36 messbare Widerstand ab. Die Positionen der Kontakte zwischen den Widerstandselektroden 28, 30 und der jeweiligen Leiterbahn 34, 36, die Widerstandsfähigkeit der Widerstandselektroden und die Form der elektrisch isolierenden Schicht 40 bestimmen den druckabhängigen Zellwiderstand.
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Zur Befestigung des Drucksensors 16 an der Sohlenstruktur 14 weist der Drucksensor 16 ein oder mehrere Befestigungspolster 45 auf (siehe 2). Die Befestigungspolster 45 weisen vorzugsweise eine Schicht eines selbstklebenden oder durch Wärme aktivierten Klebstoffes auf, die zunächst durch eine Releaselage geschützt ist, welche entfernt wird, kurz bevor der Drucksensor 16 an seinem Trägerelement der Sohlenstruktur 14 angebracht wird.
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Das elektronische Steuermodul 38 ist an dem Schnittstellenabschnitt 32 lösbar an der mehrschichtigen Folienstruktur des Drucksensors 10 angebracht. Verbindungsstreifen 42 verbinden die Druckmesszellen 18 und den Schnittstellenabschnitt 32. Der Schnittstellenabschnitt 32 und die Verbindungsstreifen 42 sind Bestandteil der mehrschichtigen Folienstruktur des Drucksensors 16 und tragen die leitfähigen Bahnen (Leiterbahnen 34, 36), die die erste und zweite Elektrode 28, 30 jeder Druckmesszelle 18 mit einem Anschluss an dem Schnittstellenabschnitt 32 elektrisch verbinden. Einer oder mehrere der Verbindungsstreifen 42 können eine serpentinenartige Form haben, um als Federn zu wirken und dadurch die Elastizität des Drucksensors in der Sensorebene zu erhöhen.
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Das elektronische Steuermodul 38 weist vorzugsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), eine frei programmierbare logische Anordnung (Field-Programmable Gate Array, FPGA), einen Mikroprozessor oder dergleichen auf. Vorteilhafterweise ist das elektronische Steuermodul 38 dafür konfiguriert, die erfassten Druckdaten oder irgendwelche, von diesen abgeleitete Daten drahtlos an eine Empfängereinrichtung mit einer Benutzerschnittstelle zu übertragen. Eine solche Empfängereinrichtung könnte eine (Armband-)Uhr, den Armbandempfänger eines Herzfrequenzmonitors, einen Handcomputer, ein Mobiltelefon, einen tragbaren Mediaplayer oder dergleichen umfassen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das elektronische Steuermodul 38 in einem Hohlraum oder einer Vertiefung der Zwischensohle 14.2 angeordnet. Der Hohlraum oder die Vertiefung können sich in anderen Ausführungsformen an anderer Stelle in der Sohlenstruktur 14 befinden.
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Mögliche Konfigurationen der flexiblen Schaltungen des Drucksensors 16 werden nun anhand der 5 und 6 besprochen, welche entsprechende schematische Blockdiagramme zeigen. In diesen Figuren sind die Druckmesszellen 18.1–18.4 als veränderbare Widerstände eingezeichnet. Auf der ersten Trägerfolie 20 (d. h. zwischen der ersten Trägerfolie 20 und dem Abstandhalter 24) angeordnete Leiter sind als durchgehende Linien eingezeichnet, während auf der zweiten Trägerfolie 22 (d. h. zwischen der zweiten Trägerfolie 22 und dem Abstandhalter 24) angeordnete Leiter als gepunktete Linien eingezeichnet sind. Jede der Druckmesszellen 18.1–18.4 ist zwischen einem jeweiligen zellspezifischen Anschluss 44.1–44.4 und einem gemeinsamen Anschluss 46 angeschlossen. Die Anschlüsse sind jeweils in dem Schnittstellenabschnitt 32 (2) des Drucksensors 16 derart angeordnet, dass sie mit entsprechenden Anschlüssen des elektronischen Steuermoduls 38 (2) in Kontakt sind. Wenn das elektronische Steuermodul 38 an den Schnittstellenabschnitt angeschlossen ist, bestimmt es die auf die Druckmesszellen 18.1–18.4 ausgeübten Drücke auf Grundlage des Widerstands (oder des Stroms oder der Spannung, wenn eine dieser Größen konstant gehalten wird) zwischen jedem Anschluss 44.1, 44.2, 44.3 oder 44.4 und dem gemeinsamen Anschluss 46. In den Anschauungsbeispielen sind die Druckmesszellen Durchgangsmodus-Zellen, d. h. die Elektroden, die mit den Leitern 34, 36 in Kontakt sind und zu jeder Zelle führen, sind auf der ersten bzw. der zweiten Trägerfolie angeordnet. Um zu verhindern, dass auf beiden Trägerfolien Anschlüsse vorgesehen werden müssen, wird die zweite Leiterbahn unter Verwendung einer Durchgangsverbindung 37 durch den Abstandhalter 24 zur ersten Trägerfolie geführt.
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Einige der zellspezifischen Anschlüsse 44.1–44.4 sind durch elektrische Bauteile mit einem zusätzlichen Anschluss 48 verbunden. Dieses Zusammenschaltungsmuster dient als ein ”Fingerabdruck”, der von dem elektronischen Steuermodul 38 (wenn dieses angeschlossen ist) lesbar ist. Um den ”Fingerabdruck” zu lesen, erkennt das elektronische Steuermodul die Impedanzen zwischen dem zusätzlichen Anschluss 48 und jedem der zellspezifischen Anschlüsse 44.1–44.4. Der Fingerabdruck stellt vorteilhafterweise Informationen über die Art von Drucksensor dar, wodurch das elektronische Steuermodul interne Parameter betreffend die Art und Weise, wie der Folientyp-Drucksensor ausgelesen werden muss, automatisch anpassen kann. Zum Beispiel könnte die Zuordnung der Anschlüsse zwischen den Arten von Drucksensoren variieren. Das Steuermodul könnte solche Informationen basierend auf dem ”Fingerabdruck” nachsehen.
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Nun mit Bezug auf 5 sind der zusätzliche Anschluss 48 und jeder der zellspezifischen Anschlüsse durch einen Widerstand (z. B. Widerstand 50.1 zwischen den Anschlüssen 48 und 44.1 oder Widerstand 50.2 zwischen den Anschlüssen 48 und 44.2) entweder zusammengeschaltet oder nicht verbunden (Trennschalter 52.3 zwischen den Anschlüssen 48 und 44.3 oder Trennschalter 52.4 zwischen den Anschlüssen 48 und 44.4). Für jedes Paar von Anschlüssen gibt es zwei Möglichkeiten (Trennschalter oder widerstandsbehaftete Verbindung). Demnach beträgt die Anzahl von verschiedenen Konfigurationen in diesem Beispiel 24 = 16. Es ist vorteilhafterweise jedoch nötig, mindestens eine widerstandsbehaftete Verbindung zu haben, um in der Lage zu sein, eine unbeabsichtigte Trennung z. B. an dem zusätzlichen Anschluss 48 auszuschließen.
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Es sei angemerkt, dass die Zellfrequenzkurve durch Änderungen der Widerstandsfähigkeit des Elektrodenmaterials beeinflusst wird, die je nach Alterung, Temperatur, Feuchtigkeit oder andere Umgebungseinflüsse schwanken kann. Um einen solchen Einfluss auf die Druckwerte korrigieren oder ausgleichen zu können, können einer oder mehrere der Widerstände 50.1 oder 50.2 als Bezugswiderstände dienen. In diesem Fall ist der Widerstand 50.1 und/oder 50.2 aus dem gleichen Material gefertigt wie die Elektroden 28, 30. Er ist irgendwo auf dem Drucksensor 16 angeordnet, so dass er im Wesentlichen die gleichen Umgebungseinflüsse erfährt wie die Elektroden 28, 30. Wenn ein Bezugswiderstand erforderlich ist, ist dies natürlich ein weiterer Grund für die Anforderung, dass mindestens eine widerstandsbehaftete Verbindung zwischen dem zusätzlichen Anschluss 48 und den zellspezifischen Anschlüssen 44.1–44.4 vorgesehen ist. In einer anderen Ausführungsform kann ein separater Bezugswiderstand vorgesehen sein.
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In dem in 5 gezeigten Beispiel sind die Widerstände 50.1 und 50.2 widerstandsbehaftete Aufdrucke (die z. B. zwischen der ersten Trägerfolie 20 und der Abstandsfolie 24 sandwichartig eingelegt sind), die an beiden Enden durch zu den entsprechenden Anschlüssen führende Leiter angeschlossen sind. Eine weitere Möglichkeit wäre, die Widerstände als vorbelastete Druckmesszellen anzuordnen (d. h. eine Druckmesszelle, in der die Elektroden ständig in Kontakt gehalten werden).
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In dem Beispiel aus 6 gibt es drei Möglichkeiten der Zusammenschaltung des zusätzlichen Anschlusses 48 und der zellspezifischen Anschlüsse 44.1–44.4:
- – eine widerstandsbehaftete Zusammenschaltung (in 6 durch die Widerstände 50.1, 50.2),
- – einen Trennschalter (in 6 zwischen den Anschlüssen 48 und 44.3) und
- – eine leitfähige Zusammenschaltung (in 6 durch den Kurzschlussnebenschluss 54.4 zwischen den Anschlüssen 48 und 44.4).
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Die Fachleute werden erkennen, dass sich dadurch die Anzahl der verfügbaren Fingerabdrücke erhöht. In der Konfiguration aus 6 sollte jedoch vermieden werden, mehr als einen Nebenschluss gleichzeitig vorzusehen, da es ansonsten zu einem Kurzschluss zwischen zwei oder mehr der zellspezifischen Anschlüsse kommen würde, wodurch es unmöglich werden würde, die auf die entsprechenden Zellen ausgeübten Drücke einzeln zu erkennen.
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Um die Anzahl der Kombinationen von Anschlusspaar-Impedanzen weiter zu erhöhen, können weitere Anschlüsse vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich können Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten verwendet werden. Es ist zwar in den Zeichnungen nicht gezeigt, aber es könnten auch Kombinationen der zellspezifischen Anschlüsse 44.1–44.4 und der gemeinsame Anschluss 46 zusammengeschaltet werden.
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Nun wieder mit Bezug auf das Beispiel des Fußbekleidungsartikels ist es ersichtlich, dass das elektronische Steuermodul 38 abnehmbar in einer Aufnahme 56 angeordnet ist (siehe 2 und 7). 7 zeigt den Längsquerschnitt C-C aus 2. Der Verbindungsstreifen 43, der den Vorderfußabschnitt 58 und den Absatzabschnitt 60 des Folientyp-Drucksensors 16 verbindet, wird durch die wannenförmige Aufnahme 56 für das elektronische Steuermodul 38 geführt. Die Aufnahme 56 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial (z. B. PET oder Epoxidharz) gefertigt. Die Wandstärke der Aufnahme 56 ist derart, dass sie den Belastungen in dem Mittelbereich des Schuhs ohne wesentliche Verformung und/oder ein Brechen standhalten kann. Der Verbindungsstreifen 43 ist fest an die Unterseite der Aufnahme 56 gebunden, so dass gerade die Aufnahme 56 den größten Teil der Beanspruchungen aufnimmt, die in diesem Bereich während des Abrollens des Fußes auftreten, und so dass vermieden wird, dass der Verbindungsstreifen 43 das elektronische Steuermodul 38 aus der Aufnahme 56 wirft, wenn eine Spannung auf diesen ausgeübt wird.
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In dem Bereich des Verbindungsstreifens 43 ist die obere (zweite) Trägerfolie des Drucksensors unterbrochen und von der Abstandsfolie 24 und der ersten Trägerfolie derart abgelöst, dass eine Zunge oder Lasche 62 gebildet wird. Diese Zunge oder Lasche 62 bildet die elektrische Schnittstelle 32 für das elektronische Steuermodul 38 und trägt die Anschlüsse (siehe 5 und 6), die abnehmbar an die Auswerteschaltung 64 des elektronischen Steuermoduls 46 angeschlossen ist. In dem Verbindungsstreifen 43 werden die Leiterbahnen jeweils zwischen der unteren (ersten) Trägerfolie und der Abstandsfolie geführt. Demnach sind Durchführungskontakte so angeordnet, dass sie diejenigen Leiterbahnen, die normalerweise zwischen der zweiten Trägerfolie und dem Abstandhalter sandwichartig eingelegt sind, zur ersten Trägerfolie führen. Auf ähnliche Weise sind Durchführungskontakte so vorgesehen, dass sie diejenigen Leiterbahnen, die normalerweise zwischen der ersten Trägerfolie und dem Abstandhalter sandwichartig eingelegt sind, zur Zunge oder Lasche 62 führen.
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Zwar wurde eine spezifische Ausführungsform im Einzelnen beschrieben, aber der durchschnittliche Fachmann wird erkennen, dass angesichts der Gesamtlehre der Offenbarung verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Details entwickelt werden könnten. Demnach sollen die besonderen offenbarten Anordnungen nur der Veranschaulichung dienen und nicht den Rahmen der Erfindung einschränken, für die der gesamte Umfang der beigefügten Ansprüche und aller Äquivalente von diesen gilt.
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Insbesondere wurde die Erfindung anhand des Beispiels eines mit einem Folientyp-Drucksensor ausgerüsteten Schuhs veranschaulicht. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Verwendbarkeit von Folientyp-Drucksensoren gemäß der Erfindung nicht auf das Gebiet der Fußbekleidung beschränkt ist. Folientyp-Drucksensoren gemäß der Erfindung können nämlich für eine Reihe anderer Anwendungen verwendet werden, z. B. in Eingabevorrichtungen für den Mensch-Maschine- oder Mensch-Computer-Dialog, in Belegungssensoren für die Automobil- oder andere Industrien, usw.
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Des Weiteren sind in dem im Einzelnen beschriebenen Beispiel die Druckmesszellen als sogenannte Durchgangsmodus-Druckmesszellen konfiguriert. Die Fachleute werden verstehen, dass die Druckmesszellen auch als sogenannte Nebenschlussmodus-Druckmesszellen konfiguriert werden können, wobei eine erste und eine dritte Elektrode in Kontakt mit den zu jeder Zelle führenden Leitern sind und auf der gleichen Trägerfolie angeordnet sind. Die zweite Elektrode ist in diesem Fall ein Nebenschlusselement, das mit der ersten und der dritten Elektrode in Kontakt gebracht wird, wenn ein Druck aufgebracht wird. Die elektrisch isolierende Schicht verhindert in diesem Fall lokal einen direkten Kontakt zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und gegebenenfalls auch zwischen der dritten und der zweiten Elektrode.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sportschuhe
- 12
- Obermaterial
- 14
- Sohlenstruktur
- 14.1
- Laufsohle
- 14.2
- Zwischensohle
- 14.3
- Brandsohle
- 16
- Drucksensor
- 18, 18.1–18.4
- Druckmesszelle
- 20
- Erste Trägerfolie
- 22
- Zweite Trägerfolie
- 24
- Abstandsfolie
- 26
- Öffnung
- 28
- Erste Widerstandselektrode
- 30
- Zweite Widerstandselektrode
- 32
- Schnittstellenabschnitt
- 34
- Erste Leiterbahn
- 36
- Zweite Leiterbahn
- 38
- Elektronisches Steuermodul
- 40
- Elektrisch isolierende Schicht
- 42, 43
- Verbindungsstreifen
- 44.1–44.4
- Zellspezifische Anschlüsse
- 45
- Befestigungspolster
- 46
- Gemeinsamer Anschluss
- 48
- Zusätzlicher Anschluss
- 50.1–50.2
- Widerstände
- 52.3–52.4
- Trennschalter
- 54.4
- Kurzschlussnebenschluss
- 56
- Wannenförmige Aufnahme
- 58
- Vorderfußabschnitt
- 60
- Absatzabschnitt
- 62
- Zunge oder Lasche
- 64
- Auswerteschaltung