WO2011029575A1 - Magnetschaumsensor - Google Patents

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WO2011029575A1
WO2011029575A1 PCT/EP2010/005497 EP2010005497W WO2011029575A1 WO 2011029575 A1 WO2011029575 A1 WO 2011029575A1 EP 2010005497 W EP2010005497 W EP 2010005497W WO 2011029575 A1 WO2011029575 A1 WO 2011029575A1
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WO
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magnetic
sensor
foam
base body
sensor according
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/005497
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Gund
Benno Schmied
Ralf Heinrich
Original Assignee
Carl Freudenberg Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Freudenberg Kg filed Critical Carl Freudenberg Kg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/122—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a magnetic foam sensor comprising a
  • Basic body with a magnetic north pole and a magnetic south pole, wherein the main body is elastically deformable, wherein the
  • Base body is made of a foam, in which hard magnetic particles are distributed, and wherein the main body is associated with a magnetic sensor.
  • Magnetic foam sensor to be determined in which state of compression is to be examined foam.
  • the invention is therefore based on the object to realize a magnetic foam sensor, which can reliably detect dimensional changes already highly compressed foams with a simple structure.
  • a non-magnetic, compressible layer is arranged between the base body and the magnetic sensor.
  • Magnet is spaced according to the invention and therefore in a
  • the non-magnetic, compressible layer could be configured as a foam layer.
  • Foam can be easily manufactured with adjustable Kompressibiltreli.
  • Foam of the body are tuned.
  • the magnetic sensor measures the vertical component of the magnetic
  • Flux density and could be designed in particular as a Hall sensor.
  • the magnetic sensor could be between the main body and a
  • a flux concentrator increases the absolute flux density of the magnetic field generated by the magnetic body. Furthermore, the flux concentrator reduces the dependence of the measured flux density on the position of the magnetic sensor. This can also be low
  • the flux concentrator is arranged below the magnetic sensor on its side facing away from the base body.
  • a flux concentrator can be used as a spring steel plate with a special
  • the spring steel plate may be stamped or lasered and have a thickness of about 0.2 mm.
  • the width is for example about 1 cm, the length about 0.5 cm.
  • Flux concentrator is tuned to the width of the magnetic poles.
  • the main body could be designed as a flat magnetic layer.
  • shoe soles or shoe inserts can be punched out of the body.
  • the base body can be used as a floor covering.
  • a flat magnetic layer can easily be laminated with other layers.
  • the main body could be designed as a cylindrical body.
  • a cylindrical body can be easily manufactured and compressed along its height.
  • a cylindrical body is in particular for
  • the main body could have adjacently arranged magnetization strips. By several adjacent magnetized zones, a particularly strong magnetic field can be generated. This body finds advantageous in shoe soles use.
  • the magnetization strips could have north magnetic poles and south magnetic poles, with a north magnetic pole of a first
  • Magnetization strip follows a magnetic south pole of an adjacent second magnetization strip.
  • a magnetic foam sensor with a base body with concentrically arranged magnetization strips shows a particularly high sensitivity or a particularly high resolution for
  • the magnetization strips could be generated by a multipole magnetization in one step from a magnetizable surface material.
  • the magnetization strips could be designed as interconnected items. This specific embodiment allows the separate production of individual magnetization strips as cuboid blocks that can be glued or welded together.
  • the magnetic sensor could be designed as a Hall sensor, which is embedded in a Kapslung.
  • the Kapeslung can as a flat structure be designed. As a result, the Hall sensor can be connected by laminating with the base body.
  • the encapsulation could be a standard housing of the magnetic sensor, a flexible or even stretchable interconnect substrate with leads and
  • Adhesive layers and / or a hard-elastic electronic potting include.
  • the magnetic sensor could be connected to a stretchable track.
  • the magnetic sensor can be connected to an evaluation electronics.
  • the conductor track is designed to be elastic.
  • the magnetic foam sensor can be easily used in garments, since it adapts to movements of the wearer.
  • a shoe sole could include a magnetic foam sensor described herein.
  • diabetics rely on pressure points on their feet to be quickly recognized and displayed.
  • the magnetic foam sensor described here can perform this task particularly well.
  • the base body is designed in particular sole-shaped.
  • two magnetic sensors could be arranged in the field of football and a magnetic sensor in the area of the heel.
  • the ball of the foot and the heel are particularly sensitive to pressure and must be carefully monitored.
  • a car seat could be one in its upholstery
  • Magnetic foam sensor of the type described here As a result, a seat occupancy can be permanently reliably detected in motor vehicles.
  • FIG. 1 is a schematic view of a magnetic foam sensor with a non-magnetic, compressible layer, wherein a cylindrical body is shown in expanded and compressed state,
  • FIG. 2 is a perspective view of a magnetic foam sensor having a flat, rectangular base body having a strip-shaped magnetization, wherein connect to the flat base body, a non-magnetic, compressible layer and a flux concentrator,
  • FIG. 3 is a plan view of the magnetic foam sensor of FIG. 2,
  • Fig. 7 is a sectional view of the flat main body of FIG. 6, wherein an alternating strip-shaped magnetization is shown, a cylindrical body having concentrically arranged magnetization strips, and a path - magnetic flux density - diagram of various magnetic foam sensors.
  • Fig. 1 shows a magnetic foam sensor comprising a cylindrical base body 1.
  • the base body 1 has a magnetic north pole 2 and a magnetic south pole 3.
  • the main body 1 is elastically deformable. This is shown schematically in the right-hand illustration in FIG.
  • the main body 1 is made of a foam of ethyl vinyl acetate, in which hard magnetic particles 4 of NdFeB are homogeneously distributed. These particles 4 have an average diameter of 10 to 50 pm.
  • the Particles 4 were magnetized by an external magnet or a magnetic pulse such that their elementary magnets are permanently aligned in the base body 1.
  • the magnetic foam sensor according to FIG. 1 therefore shows a permanent magnetization.
  • the main body 1 is made of a foam having pores 6, the diameter of which move in the range of 10 pm to 3 mm.
  • the circular base 7 of the cylindrical base body 1 according to FIG. 1 is associated with a Hall sensor 5.
  • the Hall sensor 5 and the main body 1 in their entirety form a magnetic foam sensor which can be used to detect dimensional changes and pressures.
  • a non-magnetic, compressible layer 8 is arranged between the Hall sensor 5 and the base 7 .
  • the Hall sensor 5 is embedded in an encapsulation 10 and spaced about 0.6 mm from the non-magnetic, compressible layer 8.
  • the Hall sensor 5 measures the vertical component of the magnetic
  • the base body 1 is shown in the expanded state. In the unloaded state, the base body 1 forms magnetic
  • Field lines of a certain density When pressure is applied to the main body 1 by a pressure according to the right-hand illustration in FIG. 1, the structure of the field lines, in particular their density, is changed. By changing the field lines of the magnetic field and thus its flux density, a voltage U is generated in the Hall sensor 5 as a sensor signal. The voltage U is correlated with a distance by which the base body 1 was compressed. From a detected voltage, therefore, a distance or a pressure can be determined. In knowledge of the compressibility of the foam of the base body 1 and the distance by which the base body 1 was moved from a first height to a second level, it is possible to deduce a compressive force acting on the base body 1.
  • Fig. 2 shows in a perspective view of a magnetic foam sensor having a flat, rectangular base body 1, which is formed as a flat magnetic layer. A longitudinal surface of the main body 1 is assigned a flux concentrator 9.
  • Fig. 3 shows a plan view of the
  • FIG. 4 shows a sectional view along the section line A.
  • Fig. 4 shows that the flat, rectangular base body 1 three
  • the magnetization strips 1a have magnetic north poles 2 and magnetic south poles 3, wherein a magnetic north pole 2 of a first magnetization strip 1a is followed by a south magnetic pole 3 of an adjacent second magnetization strip 1a.
  • the longitudinal surfaces of the cuboid magnetization strips 1a are assigned a flux concentrator 9. At the body 1 closes
  • the layer 8 is arranged between the Hall sensor 5 and the main body 1.
  • the Hall sensor 5 in turn is arranged between the layer 8 and a flux concentrator 9.
  • the flux concentrator 9 is arranged on the side facing away from the main body 1 of the Hall sensor 5.
  • the Hall sensor 5 is embedded in an encapsulation 10.
  • the Hall sensor 5 measures the vertical Component of the magnetic flux density of the magnetic field generated by the base body 1.
  • FIG. 5 shows geometries of the flux concentrator 9.
  • the flux concentrator 9 is designed in the shape of a butterfly in the left and middle views of FIG. 5.
  • the butterfly-shaped embodiment is particularly suitable when the flux concentrator 9 is arranged below magnetization strips 1a.
  • the flux concentrator 9 is configured circular in the right-hand view of FIG. The circular configuration is particularly suitable when the flux concentrator 9 is positioned below a magnetized cylindrical body as shown in FIG.
  • Fig. 6 shows a plan view of a magnetic foam sensor
  • FIG. 6 shows a magnetic foam sensor with a flat, rectangular base body 1.
  • Base body 1 has a multiplicity of cuboid magnetization strips 1a whose magnetic north poles 2 and south poles 3 are arranged alternately adjacent to one another. Some longitudinal surfaces of the cuboid
  • Magnetization strip 1a are assigned at selected points flux concentrators 9 and 5 magnetic sensors.
  • a compressible, non-magnetic layer 8 immediately adjoins the base body 1.
  • the layer 8 is arranged between Hall sensors 5 and the main body 1.
  • the Hall sensors 5 in turn are between the layer 8 and the
  • the flux concentrators 9 are arranged on the side facing away from the base body 1 of a Hall sensor 5.
  • FIG. 7 shows in a sectional view magnetization strips 1a of FIG
  • the magnetization strips 1a are provided with alternately adjacent magnetic north poles 2 and
  • Fig. 8 shows in a sectional view concentrically arranged
  • Magnetization strips a are provided with alternately adjacent magnetic north poles 2 and south poles 3.
  • Fig. 9 shows a path - magnetic flux density - diagram, which was measured with a hall sensor 5 of the type Allegro A 1395.
  • FIG. 9 Four embodiments of a magnetic foam sensor analogous to FIG. 1 in the compressed state (in FIG. 9 “komp”) and in the expanded state (in FIG. 9 “exp”) were investigated.
  • the compressed state of the main body 1 is about 40% of the volume of the basic body 1 of the expanded state.
  • Hall sensor 5 was used to measure the magnetic flux density in the expanded and in the compressed state.
  • the elastic magnetic foam sensor according to the prior art (“present state of development” in Fig. 9) has a base body 1 made of a foam of ethylvinyl acetate
  • the cylindrical base body 1 has a height of 4 mm, the base surfaces have a diameter of 6 mm.
  • the poles 2, 3 are assigned to the bases.
  • the measured values were measured at a distance of the Hall sensor 5 from the non-magnetic, compressible layer 8 of about 0.6 mm.
  • the magnetic foam sensor according to the prior art provided measured values which are identified by circular symbols.
  • the filled symbols represent the measured values of the expanded basic body 1, the unfilled symbols represent the measured values of the compressed basic body 1
  • the magnetic flux density of the expanded state differs from the magnetic flux density of the compressed state by about 0.5 mT (millitesla).
  • the magnetic foam sensor equipped with a nonmagnetic, compressible layer 8 of foam between base body 1 and Hall sensor 5 provided measured values which are characterized by standing triangular symbols Measured values of the expanded base 1, the unfilled symbols represent the measured values of the compressed base
  • the magnetic foam sensor which was equipped with a flux concentrator 9 between the base body 1 and Hall sensor 5 (in Fig. 9 "with
  • the filled symbols represent the measured values of the expanded basic body 1, the unfilled symbols represent the measured values of the compressed basic body 1. It can be seen from the graph of FIG. 9 that the magnetic flux density of the expanded state differs from the magnetic flux density of the compressed state by 1, 1 mT (millitesla).
  • the magnetic foam sensor which was equipped with a non-magnetic, compressible layer 8 of foam and a flux concentrator 9 between base body 1 and Hall sensor 5 (in Fig. 9 "foam and concentrator") provided measured values which are indicated by square symbols filled symbols represent the measured values of the expanded
  • Basic body 1 the unfilled symbols represent the measured values of the compressed basic body.

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Abstract

Ein Magnetschaumsensor, umfassend einen Grundkörper (1) mit einem magnetischen Nordpol (2) und einem magnetischen Südpol (3), wobei der Grundkörper (1) elastisch deformierbar ist, wobei der Grundkörper (1) aus einem Schaumstoff gefertigt ist, in welchem hartmagnetische Partikel (4) verteilt sind, und wobei dem Grundkörper ein Magnet-Sensor (5) zugeordnet ist, ist im Hinblick auf die Aufgabe, einen Magnetschaumsensor zu realisieren, welcher bei einfachem Aufbau Dimensionsänderungen bereits stark komprimierter Schaumstoffe zuverlässig erfassen kann, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (1) und dem Magnet-Sensor (5) eine unmagnetische, komprimierbare Lage (8) angeordnet ist.

Description

Magnetschaumsensor
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Magnetschaumsensor, umfassend einen
Grundkörper mit einem magnetischen Nordpol und einem magnetischen Südpol, wobei der Grundkörper elastisch deformierbar ist, wobei der
Grundkörper aus einem Schaumstoff gefertigt ist, in welchem hartmagnetische Partikel verteilt sind, und wobei dem Grundkörper ein Magnet-Sensor zugeordnet ist. Stand der Technik
Aus der DE 10 2007 022 403 A1 ist ein Sensor der eingangs genannten Art bereits bekannt. Der bekannte Magnetschaumsensor wird insbesondere verwendet, um Dimensionsänderungen von Schaumstoffen und damit deren Setzverhalten zu erfassen. Konkret kann mit dem bekannten
Magnetschaumsensor bestimmt werden, in welchem Kompressionszustand sich ein zu untersuchender Schaumstoff befindet.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Der aus dem Stand der Technik bekannte Magnetschaumsensor kann allerdings Dimensionsänderungen eines Schaumstoffs, welcher bereits erheblich komprimiert ist, nur schlecht auflösen. Insbesondere Schuhsohlen aus Schaumstoff werden häufig bereits bei ihrer Fertigung thermoplastisch komprimiert. Eine Detektion weiterer
Kompressionsänderungen ist bisher nur schwer zu erfassen, aber unbedingt notwendig, beispielsweise um Schuhsohlen für Diabetiker rechtzeitig
auszutauschen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Magnetschaumsensor zu realisieren, welcher bei einfachem Aufbau Dimensionsänderungen bereits stark komprimierter Schaumstoffe zuverlässig erfassen kann.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der eingangs genannte Magnetschaumsensor dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper und dem Magnet-Sensor eine unmagnetische, komprimierbare Lage angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass die magnetische
Flussdichte mit zunehmendem Abstand vom Magneten stark abnimmt. Weiter ist erkannt worden, dass eine Änderung des Magnetfelds überraschend gut erfasst werden kann, wenn der Magnet-Sensor an einer unmagnetischen, komprimierbaren Lage angeordnet ist. Obwohl der Magnet-Sensor vom
Magneten erfindungsgemäß beabstandet ist und sich daher in einem
schwächeren Magnetfeld befindet, können bereits geringe Veränderungen der Dicke der komprimierbaren Lage und/ oder des Schaumstoffs durch Messung der magnetischen Flussdichte überraschend gut erfasst werden. Eine solche Lage kann kostengünstig zwischen dem Magnet-Sensor und dem Grundkörper angeordnet werden.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Die unmagnetische, komprimierbare Lage könnte als Schaumstofflage ausgestaltet sein. Schaumstoffe lassen sich problemlos mit einstellbarer Kompressibiltät fertigen. Insbesondere kann die Steifigkeit der
unmagnetischen, komprimierbaren Lage gut auf die Steifigkeit des
Schaumstoffs des Grundkörpers abgestimmt werden.
Der Magnet-Sensor misst die vertikale Komponente der magnetischen
Flussdichte und könnte insbesondere als Hall-Sensor ausgestaltet sein.
Der Magnet-Sensor könnte zwischen dem Grundkörper und einem
Flusskonzentrator angeordnet sein, wobei der Flusskonzentrator auf der dem Grundkörper abgewandten Seite des Magnet-Sensors angeordnet ist. Ein Flusskonzentrator erhöht die absolute Flussdichte des Magnetfelds, welches vom magnetischen Grundkörper erzeugt wird. Des Weiteren vermindert der Flusskonzentrator die Abhängigkeit der gemessenen Flussdichte von der Position des Magnet-Sensors. Hierdurch können auch geringe
Dimensionsänderungen eines bereits erheblich komprimierten Schaumstoffs erfasst werden. Vorzugsweise ist der Flusskonzentrator unterhalb des Magnet- Sensors auf dessen dem Grundkörper abgewandten Seite angeordnet.
Hierdurch können die Feldlinien des magnetischen Feldes besonders vorteilhaft auf den Magnet-Sensor gerichtet werden. Ein Flusskonzentrator kann als Federstahlplättchen mit einer speziellen
Geometrie ausgestaltet sein. Das Federstahlplättchen kann gestanzt oder gelasert sein und eine Dicke von etwa 0,2 mm aufweisen. Die Breite beträgt beispielsweise etwa 1 cm, die Länge etwa 0,5 cm. Die Bemaßung des
Flusskonzentrators ist auf die Breite der magnetischen Pole abgestimmt.
Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass im Grundkörper SrFeO-Partikel verteilt sind. Die hartmagnetischen Partikel zeigen eine dauerhafte
Magnetisierung, nachdem deren Elementarmagnete durch einen externen Magneten oder einen magnetischen Puls ausgerichtet wurden. Mit SrFeO- Partikeln lassen sich besonders preiswert Hartmagnete herstellen.
Es ist auch denkbar, dass im Grundkörper NdFeB-Partikel
(Neodymeisenborpartikel) verteilt sind. Diese hartmagnetischen Partikel zeigen eine besonders starke dauerhafte Magnetisierung, nachdem deren
Elementarmagnete durch einen externen Magneten oder einen magnetischen Puls ausgerichtet wurden. Vorteilhaft sind die NdFeB-Partikel mit einer
Schutzschicht versehen, um deren Korrosion zu verhindern oder zu
vermindern.
Der Grundkörper könnte als flächige magnetische Lage ausgebildet sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung können aus dem Grundkörper insbesondere Schuhsohlen oder Schuheinlagen herausgestanzt werden. Des Weiteren ist der Grundkörper als Bodenbelag einsetzbar. Eine flächige magnetische Lage kann problemlos mit weiteren Lagen laminiert werden.
Der Grundkörper könnte als zylindrischer Körper ausgestaltet sein. Ein zylindrischer Körper lässt sich problemlos fertigen und längs seiner Höhe komprimieren. Ein zylindrischer Körper ist insbesondere zur
Sitzbelegungserkennung in Kraftfahrzeugen verwendbar, da er sich problemlos in den Schaumstoff von Kraftfahrzeugsitzen integrieren lässt. Der Grundkörper könnte benachbart angeordnete Magnetisierungsstreifen aufweisen. Durch mehrere benachbarte magnetisierte Zonen kann ein besonders starkes Magnetfeld erzeugt werden. Dieser Grundkörper findet vorteilhaft in Schuhsohlen Verwendung.
Die Magnetisierungsstreifen könnten magnetische Nordpole und magnetische Südpole aufweisen, wobei einem magnetischen Nordpol eines ersten
Magnetisierungsstreifens ein magnetischer Südpol eines benachbarten zweiten Magnetisierungsstreifens folgt. Durch die alternierende Abfolge von
magnetischen Polen auf einer Seite des Grundkörpers kann ein leicht detektierbares Magnetfeld mit charakteristischem Feldlinienverlauf erzeugt werden. Die Magnetisierungsstreifen könnten konzentrisch angeordnet sein. Hierdurch ist eine besonders vorteilhafte Feldlinienführung bei einem zylindrischen Grundkörper realisierbar. Ein Magnetschaumsensor mit einem Grundkörper mit konzentrisch angeordneten Magnetisierungsstreifen zeigt eine besonders hohe Empfindlichkeit bzw. ein besonders hohes Auflösungsvermögen für
Magnetfeldänderungen.
Die Magnetisierungsstreifen könnten durch eine Multipolmagnetisierung in einem Schritt aus einem magnetisierbaren Flächenmaterial erzeugt werden. Die Magnetisierungsstreifen könnten als miteinander verbundene Einzelteile ausgestaltet sein. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt die separate Fertigung einzelner Magnetisierungsstreifen als quaderförmige Blöcke, die miteinander verklebt oder verschweisst werden können. Der Magnet-Sensor könnte als Hall-Sensor ausgebildet sein, der in einer Kapeslung eingebettet ist. Die Kapeslung kann als flächiges Gebilde ausgestaltet sein. Hierdurch kann der Hall-Sensor durch Laminieren mit dem Grundkörper verbunden werden.
Die Kapselung könnte ein serienmäßiges Gehäuse des Magnet-Sensors, ein flexibles oder sogar dehnbares Leiterbahnsubstrat mit Zuleitungen und
Kleberschichten und/ oder eine hart-elastische Elektronik-Vergussmasse beinhalten.
Der Magnet-Sensor könnte mit einer dehnbaren Leiterbahn verbunden sein. Hierdurch ist der Magnet-Sensor mit einer Auswerteelektronik verbindbar.
Insbesondere ist denkbar, dass die Leiterbahn elastisch ausgestaltet ist. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann der Magnetschaumsensor problemlos in Kleidungsstücken verwendet werden, da er sich Bewegungen des Trägers anpasst.
Unterhalb des Grundkörpers könnten mehrere Magnet-Sensoren angeordnet sein. Hierdurch ist ein Druckmuster oder ein Abrollverhalten eines Fusses detektierbar. Vor diesem Hintergrund könnte eine Schuhsole einen hier beschriebenen Magnetschaumsensor umfassen. Insbesondere Diabetiker sind darauf angewiesen, dass Druckstellen an ihren Füssen rasch erkannt und angezeigt werden. Der hier beschriebene Magnetschaumsensor kann diese Aufgabe besonders gut erfüllen. Zu diesem Zweck ist der Grundkörper insbesondere sohlenförmig ausgestaltet.
Vor diesem Hintergrund könnten im Bereich des Fussballens zwei Magnet- Sensoren und im Bereich der Ferse ein Magnet-Sensor angeordnet sein. Der Fussballen und die Ferse sind besonders druckempfindlich und müssen sorgfältig überwacht werden. Ein Autositz könnte in seinem Polster eine
Sitzbelegungserkennungseinrichtung aufweisen, welche einen
Magnetschaumsensor der hier beschriebenen Art umfasst. Hierdurch kann in Kraftfahrzeugen dauerhaft zuverlässig eine Sitzbelegung erfasst werden.
Verschleißerscheinungen der Polster wie Komprimierungen oder
Verpressungen werden vorteilhaft kompensiert.
In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
Fig.1 eine schematische Ansicht eines Magnetschaumsensors mit einer unmagnetischen, komprimierbaren Lage, wobei ein zylindrischer Grundkörper in expandiertem und komprimiertem Zustand gezeigt ist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Magnetschaumsensors, der einen flächigen, rechteckförmigen Grundkörper aufweist, der eine streifenförmige Magnetisierung aufweist, wobei sich an den flächigen Grundkörper eine unmagnetische, komprimierbare Lage und ein Flusskonzentrator anschliessen,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Magnetschaumsensor gemäß Fig. 2,
wobei eine Schnittlinie A eingezeichnet ist, eine Schnittansicht des Magnetschaumsensors gemäß Fig. 2 längs der Schnittlinie A,
Fig. 5 verschiedene Flusskonzentratoren,
Fig. 6 einen Magnetschaumsensor mit einem flächigen,
rechteckförmigen Grundkörper, der eine streifenförmige
Magnetisierung aufweist und an ausgewählten Stellen mit
Flusskonzentratoren versehen ist,
Fig. 7 eine Schnittansicht des flächigen Grundkörpers gemäß Fig. 6, wobei eine alternierende streifenförmige Magnetisierung dargestellt ist, ein zylindrischer Grundkörper, der konzentrisch angeordnete Magnetisierungsstreifen aufweist, und ein Weg - magnetische Flussdichte - Diagramm verschiedener Magnetschaumsensoren.
Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Magnetschaumsensor, der einen zylindrischen Grundkörper 1 umfasst. Der Grundkörper 1 weist einen magnetischen Nordpol 2 und einen magnetischen Südpol 3 auf. Der Grundkörper 1 ist elastisch deformierbar. Dies ist schematisch in der rechten Abbildung in Fig. 1 gezeigt.
Der Grundkörper 1 ist aus einem Schaumstoff aus Ethylvinylacetat gefertigt, in welchem hartmagnetische Partikel 4 aus NdFeB homogen verteilt sind. Diese Partikel 4 weisen einen mittleren Durchmesser von 10 bis 50 pm auf. Die Partikel 4 wurden durch einen externen Magneten oder einen magnetischen Puls derart magnetisiert, dass deren Elementarmagnete im Grundkörper 1 dauerhaft ausgerichtet sind. Der Magnetschaumsensor gemäß Fig. 1 zeigt daher eine dauerhafte Magnetisierung.
Der Grundkörper 1 ist aus einem Schaumstoff gefertigt, der Poren 6 aufweist, deren Durchmesser sich im Bereich von 10 pm bis 3 mm bewegen.
Der kreisförmigen Grundfläche 7 des zylindrischen Grundkörpers 1 gemäß Fig. 1 ist ein Hall-Sensor 5 zugeordnet. Der Hall-Sensor 5 und der Grundkörper 1 bilden in ihrer Gesamtheit einen Magnetschaumsensor, der zur Erfassung von Dimensionsänderungen und Drücken verwendet werden kann. Zwischen dem Hall-Sensor 5 und der Grundfläche 7 ist eine unmagnetische, komprimierbare Lage 8 angeordnet. Der Hall-Sensor 5 ist in einer Kapselung 10 eingebettet und etwa 0,6 mm von der unmagnetischen, komprimierbaren Lage 8 beabstandet. Der Hall-Sensor 5 misst die vertikale Komponente der magnetischen
Flussdichte des vom Grundkörper 1 erzeugten Magnetfelds.
In der linken Abbildung in Fig. 1 ist der Grundkörper 1 in expandiertem Zustand gezeigt. Im unbelasteten Zustand bildet der Grundkörper 1 magnetische
Feldlinien einer gewissen Dichte aus. Bei Druckbelastung des Grundkörpers 1 durch einen Druck gemäß rechter Abbildung in Fig. 1 wird die Struktur der Feldlinien, insbesondere deren Dichte, verändert. Durch die Änderung der Feldlinien des Magnetfelds und damit dessen Flussdichte wird im Hall-Sensor 5 als Sensorsignal eine Spannung U erzeugt. Die Spannung U ist mit einer Wegstrecke korreliert, um die der Grundkörper 1 zusammengedrückt wurde. Aus einer detektierten Spannung kann daher eine Wegstrecke oder ein Druck ermittelt werden. In Kenntnis der Kompressibilität des Schaumstoffs des Grundkörpers 1 und der Wegstrecke, um die der Grundkörper 1 von einer ersten Höhe auf eine zweite Höhe verbracht wurde, kann auf eine Druckkraft rückgeschlossen werden, die auf den Grundkörper 1 wirkt.
Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Magnetschaumsensor, der einen flächigen, rechteckförmigen Grundkörper 1 aufweist, der als flächige magnetische Lage ausgebildet ist. Einer Längsfläche des Grundkörpers 1 ist ein Flusskonzentrator 9 zugeordnet. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den
Magnetschaumsensor gemäß Fig. 2 mit durchbrochenen Linien und eine Schnittlinie A durch den Magnetschaumsensor gemäß Fig. 2. Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht längs der Schnittlinie A.
Fig. 4 zeigt, dass der flächige, rechteckförmige Grundkörper 1 drei
benachbarte, quaderförmige Magnetisierungsstreifen 1 a aufweist, deren magnetische Nordpole 2 und Südpole 3 alternierend, benachbart angeordnet sind. Die Magnetisierungsstreifen 1a weisen magnetische Nordpole 2 und magnetische Südpole 3 auf, wobei einem magnetischen Nordpol 2 eines ersten Magnetisierungsstreifens 1a ein magnetischer Südpol 3 eines benachbarten zweiten Magnetisierungsstreifens 1a folgt.
Den Längsflächen der quaderförmigen Magnetisierungsstreifen 1a ist ein Flusskonzentrator 9 zugeordnet. An den Grundkörper 1 schließt sich
unmittelbar eine komprimierbare, unmagnetische Lage 8 an. Die Lage 8 ist zwischen dem Hall-Sensor 5 und dem Grundkörper 1 angeordnet. Der Hall- Sensor 5 wiederum ist zwischen der Lage 8 und einem Flusskonzentrator 9 angeordnet. Dabei ist der Flusskonzentrator 9 auf der dem Grundkörper 1 abgewandten Seite des Hall-Sensors 5 angeordnet. Der Hall-Sensor 5 ist in einer Kapselung 10 eingebettet. Der Hall-Sensor 5 misst die vertikale Komponente der magnetischen Flussdichte des vom Grundkörper 1 erzeugten Magnetfelds.
Fig. 5 zeigt Geometrien des Flusskonzentrators 9. Der Flusskonzentrator 9 ist in der linken und mittleren Ansicht der Fig. 5 schmetterlingsförmig ausgestaltet. Die schmetterlingsförmige Ausgestaltung eignet sich besonders, wenn der Flusskonzentrator 9 unterhalb von Magnetisierungsstreifen 1a angeordnet wird. Der Flusskonzentrator 9 ist in der rechten Ansicht der Fig. 5 kreisförmig ausgestaltet. Die kreisförmige Ausgestaltung eignet sich besonders, wenn der Flusskonzentrator 9 unterhalb eines magnetisierten zylindrischen Körpers gemäß Fig. 8 positioniert wird.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf einen Magnetschaumsensor mit
durchbrochenen Linien. Fig. 6 zeigt einen Magnetschaumsensor mit einem flächigen, rechteckförmigen Grundkörper 1. Der flächige, rechteckförmige
Grundkörper 1 weist eine Vielzahl von quaderförmigen Magnetisierungsstreifen 1a auf, deren magnetische Nordpole 2 und Südpole 3 alternierend, benachbart angeordnet sind. Manchen Längsflächen der quaderförmigen
Magnetisierungsstreifen 1a sind an ausgewählten Stellen Flusskonzentratoren 9 und Magnet-Sensoren 5 zugeordnet.
An den Grundkörper 1 schließt sich analog zu dem Magnetschaumsensor gemäß Fig. 4 unmittelbar eine komprimierbare, unmagnetische Lage 8 an. Die Lage 8 ist zwischen Hall-Sensoren 5 und dem Grundkörper 1 angeordnet. Die Hall-Sensoren 5 wiederum sind zwischen der Lage 8 und den
Flusskonzentratoren 9 angeordnet. Dabei sind die Flusskonzentratoren 9 auf der dem Grundkörper 1 abgewandten Seite eines Hall-Sensors 5 angeordnet.
Fig. 7 zeigt in einer Schnittansicht Magnetisierungsstreifen 1a des
Grundkörpers 1 gemäß Fig. 6. Die Magnetisierungsstreifen 1a sind mit alternierend benachbart angeordneten magnetischen Nordpolen 2 und
Südpolen 3 versehen.
Fig. 8 zeigt in einer Schnittansicht konzentrisch angeordnete
Magnetisierungsstreifen 1a eines zylindrischen Grundkörpers 1. Die
Magnetisierungsstreifen a sind mit alternierend benachbart angeordneten magnetischen Nordpolen 2 und Südpolen 3 versehen.
Fig. 9 zeigt ein Weg - magnetische Flussdichte - Diagramm, welches mit einem Hall-Sensor 5 des Typs Allegro A 1395 gemessen wurde.
Es wurden vier Ausführungsbeispiele eines Magnetschaumsensors analog zur Fig. 1 im komprimierten Zustand (in Fig. 9„komp") und im expandierten Zustand (in Fig. 9„exp") untersucht. Im komprimierten Zustand beträgt der Grundkörper 1 etwa 40% des Volumens des Grundköpers 1 des expandierten Zustande. Vom Hall-Sensor 5 wurde jeweils die magnetische Flussdichte im expandierten und im komprimierten Zustand gemessen.
Der elastische Magnetschaumsensor gemäß Stand der Technik (in Fig. 9 „derzeitiger Entwicklungsstand") weist einen Grundkörper 1 auf, der aus einem Schaumstoff aus Ethylvinylacetat gefertigt ist. Im Schaumstoff sind
hartmagnetische Partikel aus SrFeO mit mittleren Durchmessern aus dem Bereich 0,5 pm bis 5 pm verteilt. Der zylindrische Grundkörper 1 weist eine Höhe von 4 mm auf, die Grundflächen einen Durchmesser von 6 mm. Die Pole 2, 3 sind den Grundflächen zugeordnet.
Die Messwerte wurden bei einem Abstand des Hall-Sensors 5 von der unmagnetischen, komprimierbaren Lage 8 von etwa 0,6 mm gemessen. Der Magnetschaumsensor gemäß Stand der Technik lieferte Messwerte, die durch kreisförmige Symbole gekennzeichnet sind. Die gefüllten Symbole repräsentieren die Messwerte des expandierten Grundkörpers 1 , die ungefüllten Symbole repräsentieren die Messwerte des komprimierten
Grundkörpers 1.
Aus dem Diagramm gemäß Fig. 9 ist erkennbar, dass sich die magnetische Flussdichte des expandierten Zustands von der magnetischen Flussdichte des komprimierten Zustands um etwa 0,5 mT (Millitesla) unterscheidet.
Der Magnetschaumsensor, der mit einer unmagnetischen, komprimierbaren Lage 8 aus Schaumstoff zwischen Grundkörper 1 und Hall-Sensor 5 ausgerüstet wurde (in Fig. 9„mit Schaum"), lieferte Messwerte, die durch stehende dreieckförmige Symbole gekennzeichnet sind. Die gefüllten Symbole repräsentieren die Messwerte des expandierten Grundkörpers 1 , die ungefüllten Symbole repräsentieren die Messwerte des komprimierten
Grundkörpers 1.
Aus dem Diagramm gemäß Fig. 9 ist erkennbar, dass sich die magnetische Flussdichte des expandierten Zustands von der magnetischen Flussdichte des komprimierten Zustands um 1 ,9 mT (Millitesla) unterscheidet.
Der Magnetschaumsensor, der mit einem Flusskonzentrator 9 zwischen Grundkörper 1 und Hall-Sensor 5 ausgerüstet wurde (in Fig. 9„mit
Konzentrator"), lieferte Messwerte, die durch liegende dreieckförmige Symbole gekennzeichnet sind. Die gefüllten Symbole repräsentieren die Messwerte des expandierten Grundkörpers 1 , die ungefüllten Symbole repräsentieren die Messwerte des komprimierten Grundkörpers 1. Aus dem Diagramm gemäß Fig. 9 ist erkennbar, dass sich die magnetische Flussdichte des expandierten Zustands von der magnetischen Flussdichte des komprimierten Zustands um 1 ,1 mT (Millitesla) unterscheidet. Der Magnetschaumsensor, der mit einer unmagnetischen, komprimierbaren Lage 8 aus Schaumstoff und einem Flusskonzentrator 9 zwischen Grundkörper 1 und Hall-Sensor 5 ausgerüstet wurde (in Fig. 9„Schaum und Konzentrator"). lieferte Messwerte, die durch quadratische Symbole gekennzeichnet sind. Die gefüllten Symbole repräsentieren die Messwerte des expandierten
Grundkörpers 1 , die ungefüllten Symbole repräsentieren die Messwerte des komprimierten Grundkörpers .
Aus dem Diagramm gemäß Fig. 9 ist erkennbar, dass sich die magnetische Flussdichte des expandierten Zustands von der magnetischen Flussdichte des komprimierten Zustands um 2,5 mT (Millitesla) unterscheidet.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der
Beschreibung und andererseits auf die Patentansprüche verwiesen.

Claims

Patentansprüche
Magnetschaumsensor, umfassend einen Grundkörper (1) mit einem magnetischen Nordpol (2) und einem magnetischen Südpol (3), wobei der Grundkörper (1) elastisch deformierbar ist, wobei der Grundkörper (1) aus einem Schaumstoff gefertigt ist, in welchem hartmagnetische Partikel (4) verteilt sind, und wobei dem Grundkörper ein Magnet-Sensor (5) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (1) und dem Magnet-Sensor (5) eine unmagnetische, komprimierbare Lage (8) angeordnet ist.
Magnetschaumsensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet-Sensor (5) zwischen dem Grundkörper (1) und einem
Flusskonzentrator (9) angeordnet ist, wobei der Flusskonzentrator (9) auf der dem Grundkörper (1) abgewandten Seite des Magnet-Sensors (5) angeordnet ist.
Magnetschaumsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass im Grundkörper (1) NdFeB - Partikel (4) verteilt sind.
Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) als flächige magnetische Lage ausgebildet ist.
Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) als zylindrischer Körper ausgestaltet ist. Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) benachbart angeordnete Magnetisierungsstreifen (1a) aufweist.
Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsstreifen (1a) magnetische Nordpole (2) und magnetische Südpole (3) aufweisen, wobei einem magnetischen Nordpol (2) eines ersten Magnetisierungsstreifens (1a) ein magnetischer Südpol (3) eines benachbarten zweiten
Magnetisierungsstreifens (1a) folgt.
Magnetschaumsensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsstreifen (1a) konzentrisch angeordnet sind.
Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsstreifen (1a) als miteinander verbundene Einzelteile ausgestaltet sind.
Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet-Sensor (5) als Hall-Sensor
ausgebildet ist, der in einer Kapselung (10) eingebettet ist.
Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet-Sensor (5) mit einer dehnbaren Leiterbahn verbunden ist.
Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Grundkörpers (1) mehrere Magnet- Sensoren (5) angeordnet sind.
Schuhsole, umfassend einen Magnetschaumsensor nach einem der voranstehenden Ansprüche.
14. Schuhsole nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Fussballens zwei Magnet-Sensoren (5) und im Bereich der Ferse ein Magnet-Sensor (5) angeordnet ist.
15. Autositz mit einer in dessen Polster aufgenommenen
Sitzbelegungserkennungseinrichtung, welche einen
Magnetschaumsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.
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